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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Batterie am Fahrrad Laden? Schaltplan?


Autor: Stefanie B. (sbs)
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Hallo!

Mein Fahrraddynamo liefert eine Wechselspannung.
Ein Pol ist an Masse(Fahrradrahmen), der andere hat eine 
Amplitude/Frequnez die von der Geschwindigkeit abhängig ist.

Mein Verbraucher (Fahrradlampen) hängt mit einem Pol auch an Masse, also 
dem Rahmen.

Nun zum Problem:

Ich möchte ein Akku einbauen, der die Energie des Dynamos speichert, und 
bei Bedarf an die Lampen abgibt.

Wie lädt man am besten den Akku?

Mein Denkansatz dazu:
-Brückengleichrichter scheidet aus, da es dann zu einem Kurzschluss 
kommt.
-Die Phase des Dynamos mit zwei Schottkydioden 
gleichrichten(2xHalbwellengleichrichtung, negativ+positive Halbwelle))
-Positive Halbwelle einfach an Akkuplus anschließen
-AkkuMinus an Masse anschließen
-Wie kriege ich jetzt die negative Halbwelle in den Akku?


Wer kann mir bei diesem Problem helfen?

Gruss
Stefan

: Verschoben durch Admin
Autor: Schwurbl (Gast)
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Wenn Du es schafst, den Dynamo isoliert an die Halterung zu montieren, 
ist das Problem aus der Welt und der Brückengleichrichter wieder im 
Rennen. Optimalerweise mit Schottkydioden aufgebaut.

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Einfacher dürfte es sein, die Verbraucher vom Rahmen zu isolieren. Dann 
lässt sich wieder die gute alte Gratzbrücke einsetzen.

Bedenke, daß ein Fahrraddynamo im Leerlauf sehr hohe Spannungen erzeugen 
kann; das trifft selbst für diese minderwertigen* Seitenläufer zu.

Seitdem Halogenlämpchen für Fahrradbeleuchtung verwendet werden, wird 
der "Überschuss" mit Zenderdioden verbraten, aber ein sinnvolles 
Akkulademanagement sollte mit einem DC-DC-Wandler aufgebaut werden, der 
einen weiten Eingangsspannungsbereich akzeptiert.


*) deren Wirkungsgrad ist erschreckend mies. Nimm 'nen Nabendynamo, 
alles andere ist erbärmlich schlecht.

Autor: 900ss D. (900ss)
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Sorgloslösung :-)
http://www.brix.de/elektrik/laderegler_fahrrad.html
Ich kann Dir diese Schaltung wärmstens empfehlen. Ich kenne ein Fahrrad, 
welches damit ausgestattet ist. Seit ca. 6 Jahren funktioniert es 
einwandfrei.

Autor: winne (Gast)
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Dynamo-->Spannungsverdoppler/Gleichrichter-->Stepdown/Lade-Entladeregler 
-->Lampen.

Autor: winne (Gast)
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Im linken Teil findest du die Verdopplerschaltung bestehend aus 
D1,D2,C1,C2

http://www.led-treiber.de/assets/images/Fahrrad-LED.gif

näheres hier:

http://www.led-treiber.de/html/dynamo-treiber.html...

Autor: NochEinGast (Gast)
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Hallo Stefan,

wenn es nur um die Realisierung eines Fahrradstandlichtes (mit LEDs 
z.B.) geht, würde ich das nicht mit einem Akku, sondern mit einem 
Goldcap 1F machen... oder sehe ich die Aufgabenstellung falsch?

>Ich möchte ein Akku einbauen, der die Energie des Dynamos speichert, und
bei Bedarf an die Lampen abgibt.

Jernd

Autor: winne (Gast)
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mh von LED habe ich bei ihm nichts gelesen, ich hatte auch nur auf die 
Spannungsverdoplerschaltung hinweisen wollen,

welche man gerne noch in eine Ladungspumpe abwandeln kann um den 
Massebezug anders zu gestalten.

Bild folgt.

Autor: winne (Gast)
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so hier nun noch eine Schaltung mit Massebezug zum Rahmen

Autor: winne (Gast)
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Hier nun die Funktion der Schhaltung i der negativen Halbwelle wird C1 
über D1 aufgeladen.

In der positiven Halwelle steigt somit die Spannung an M1 auf 2*|Uss(g)|
(Reihenschaltung aus Gund C1)
Auf diese Spannung wird nun C2 über D2 geladen.

Somit stehen hier je nach Drehzahl und Stromverbrauch zwischen 12 V und 
20 V zur verfügung wobei der entnehmbare Strom sowohl von der 
Generatorfrequenz als auch von der Capazität der Kondensatoren abhängt.

Autor: Stefanie B. (sbs)
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Danke für soviel Feedback :-)

Ich habe seit kurzer Zeit einen Nabendynamo, daher erst die Idee mit dem 
Akku.

Ich glaube die Idee von winne mit Ladungspumpe und dann DCDC-Wandler 
dahinter ist eine sehr gute Idee, ich werde sie versuchen umzusetzen.

Ich habe nicht vor, die Beleuchtung selbst zu bauen mit LEDs o. Ä.,
sondern ich möchte nur ein Akku zur Pufferung einbauen.
Mit dem Akku kann man ja noch andere Sachen betreiben,
zb ein Handyladegerät, Audioverstärker etc pp :-)


Jetzt muss ich nur noch ein DCDCWandler mit Weiteingagnsbereich 
finden...

Gruss
Stefan

Autor: Manfred B. (vorbeigeschlendert)
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in einer c't war mal ein solches Projekt... gar nicht sooo lange her.... 
Moment... 'Strom auf'm Fahrrad' c't 23/07, Seite 190

Autor: Sun (Gast)
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Hallo,

wenn Du nicht selbst basteln willst --> www.zzing.d

Hab ich selbst und funktioniert prima :-)

Grüße  Sun

Autor: Sun (Gast)
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sorry,der Link war nicht komplett. Nächster Versuch: www.zzing.de

Sun :-)

Autor: Franz (Gast)
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Siehe auch:

www.jawetec.de

www.bos-stollberg.de

Autor: Radfahrer (Gast)
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Moin,
also ich habs bei meinem Fahrrad wie folgt gelöst:
Der verbaute Nabendynamo verhält sich wie eine KonstantSTROMquelle, d.h. 
bei Leerlauf läuft die Spannung hoch, bei Belastung liefert sie ziemlich 
konstat 500mA, unabhängig vom Innenwiderstand der Last.
Das Frontlicht ist ein normaler Halogenscheinwerfer der isoliert am 
Rahmen befestigt ist. Als Rücklicht nutze ich ein auf LED umgebautes 
Modell.
Die Dynamowechselspannung wird gleichgerichtet und bei Lichtbetieb über 
einen Schalter auf den 6V Bleiakku gegeben. Gleichzeitig schaltet ein 
zweiter Kontakt des Schalters die Verbraucher auf die Batterie.
Der Trick an der Schaltung:
Der Dynamo liefert 3W, verbraucht werden ca. 2,5W. Die Differenz wandert 
in den Akku und hält ihn frisch.
Das System funktioniert seit Jahren ausgezeichnet und das alles ohne 
Regelung...
Gruß
Radfahrer

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Hallo,

ich verwende eine andere Schaltung:

Ein 12V-Dynamo (Dymotec S12)* lädt über einen step-down-Wandler einen
7-Zellen (8.4V / 600 mAh) NiMh-Akku.
Der Step-Down-Regler ist auf 500 mA strombegrenzt, so das der Akku 
zunächst mit Konstantstrom, und dann mit Konstantspannung geladen wird.

Aus dieser Regler/Akku-Kombination wird ein zweiter step-down-Wandler 
gespeist, der 6 Volt für die Lampen und 5 Volt über USB zum Laden von 
Handys etc. bereitstellt.
Dieser Regler ist ebenfalls strombegrenzt auf 500 mA, was genau den 
Spezifikationen der Fahrradbeleuchtung (6V/500mA) und des USB(5V/500mA) 
entspricht.
Alternativ ist hier auch ein Step-up-Rehler möglich, der 12V 
Ausgangsspannung liefert.

Der Akku reicht aus, um etwa 1:20 min Licht zu liefern.
Aufgrund der Charakteristik des Reglers wird das Licht zunächst dunkler, 
wenn der Akku zur Neige geht; Bei ca 5.5V Akkuspannung schaltet der 
Regler dann komplett ab.
Das ist zwar nicht optimal, aber besser als gar kein Tiefentladeschutz.

Ein paar technische Daten:

Eingang:12V~, 500 mA max.
Ausgang: 6V= / 5V= , je 500 mA max.

Min. Geschwindigkeit zum Laden des Akkus (Licht aus): 9 km/H
Max. Ladestrom am Akku (Licht aus): 500 mA (C3/4) bei > 15 km/h

Min. Geschwindigkeit zum Laden des Akkus (Licht an): 15 km/H
Max. Ladestrom am Akku (Licht an): 100 mA (C1/6) bei > 15 km/h

Min. Geschwindigkeit für max. Lichtleistung bei vollkommen leerem Akku: 
9 km/H

Die komplette Schaltung ist in einem Witterungsbeständigen bopla-Gehäuse 
untergebracht, und am Rahmen befestigt.
Sie bewährt sich bei mir seit ca 3 Monaten, und war schon gut 500 km mit 
mir auf Tour.

Wer sich über die seltsame Spannungsdifferenz (Eingang 12V, Ausgang 6V) 
wundert: Es hatte sich bei mir einfach so ergeben.
Ich hatte einen 12Volt-Dynamo und ein Fahrrad mit 6V-Lichtanlage zur 
Hand.
Alternativ läßt sich aber auch ein gestrippter 6V-Dynamo (Z-Dioden 
entfernt) nutzen, oder der Ausgangsregler kann für 12V Ausgangsspannung 
umdimensioniert werden.

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Anbei Fotos vom Gerät und Schaltpläne.

Im Netzteil-Schaltplan fehlt hinter dem Gleichrichter noch eine 5W 
Z-Diode mit  24V als Überspannungsschutz.

Zur Funktion (im groben):

Im Netzteil wird die vom Dynamo kommende Wechselspannung gleichgerichtet 
und gesiebt.
Am Ausgang haben wir dann ca. 12V * 1,41 - 1.4V (Gleichrichter) = 15,5 
Volt anliegen.
Die Spannung hängt stark von der Belastung und der Geschwindigkeit ab.
Wer will kann einen 470 yF-Kondensator einsetzen, was den Bereich der 
höchsten Spannungsüberhöhung von etwa 20 km/h auf etwa 15 km/h absenkt.

Mit der Spannung vom Netzteil wird ein Step-down-Wandler gespeist, der 
an seinem Ausgang 10,1 Volt abgibt. Abzüglich der 0,3 V für die 
Schottky-Diode erhalten wir 9.8 volt zum Laden des Akkus.
Bei 7 NiMh Zellen entspricht dies genau der Ladeschlußspannung.
Der Akku wird zunächst mit Konstantstrom geladen, bis der Ladestrom 
weniger als 500 mA beträgt. Danach wird mit Konstantspannung weiter 
geladen.

Die Kombination Akku/Laderegler widerum speist einen 2. 
Step-Down-Wandler, der 6V bei 500 mA abgibt.
Damit wird das Fahrtlicht betrieben.
Aus dieser Spannung werden zusätzlich per Umschalter und Diode ca 5V 
gewonnen, die zur Speisung von USB-Geräten genutzt werden können.
Bei Vollast "zieht" dieser Wandler eingangsseitig etwa 400 mA, so das 
noch ca 100 mA zur Ladung des Akkus übrigbleiben.

Die Spannung beider Wandler jeweils mit einem Trimmpoti justiert werden, 
und sollte auf die o.a. Werte eingestellt werden.

Zum Aufbau:

Es wird ein Kunststoff-Gehäuse ausreichender Größe (etwa 13  6  4 cm) 
benötigt.
Die Wandler sind einseitig bestückt (SMD-Technik) und werden mit 
Hitzebeständigem Kleber direkt auf den Gehäuseboden geklebt.
Das Netzteil ist so ausgelegt, das es mit 4 Schrauben + Kontermuttern 
am Gehäuse verschraubt wird. Dabei sollten kleine Gummitüllen als 
Abstandshalter untergelegt werden, da sich die Platine sonst beim 
Verschrauben durchbiegen kann.

Die 7 Akkuzellen werden zu einem Pack zusammengelötet, und anschließend 
z.B. mit Schrumpfschlauch umhüllt, um sie zu schützen.
Der ganze Akkupack wird dann im Gehäusedeckel verklebt.
Um ihn zu halten, habe ich ihn zusätzlich mit Haltedrähten am 
Gehäusedeckel fixiert.

Die Wandler & die Netzteil-Platine gibt es bei ELV:

Wandler:
http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&de...

Netzteil:
http://www.elv.de/Universal-Spannungsreglerplatine...

Akku(CNH-60AA-1Z):
http://www.elv.de/1-CNH-30AAA-1Z/x.aspx/cid_74/det...

Gehäuse(z.B. Modell G205):
http://www.elv.de/Industrie-Aufputz-Geh%C3%A4use-I...

gruß

tobi

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Eins noch:

Die Verbindungen zum Fahrrad nehme ich im Gehäuse über Lüsterklemmen 
vor.
Damit sind sie witterungsgeschützt.
Sämtliche Durchbrüche am Gehäuse müssen (z.B. mit Silikon oder 
wasserabweisendem Kleber) gut abgedichtet werden, um Wassereintritt zu 
vermeiden.
Ich habe für sämtliche Verklebungen einen 2-Komponentenkleber verwendet, 
der Wasser- sowie Hitzebeständig ist, und gleichzeitig flexibel bleibt.

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Wenn interesse am Fertig-Gerät besteht:

www.bikebox-standlicht.de

Autor: Siggi (Gast)
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Zu Deiner tollen Webseite kann ich nur gratulieren. Rote Schrift auf 
schwarzem Hintergrund ist einfach große Klasse (obwohl ich eher rosa auf 
gelb bevorzuge).

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Was soll denn das für ein Kommentar sein?

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

ein durchaus berechtigter...

Die Zugänglichkeit zu Informationen durch unpassendes Layout oder 
ungeeignete Farbwahl zu reduzieren ist allerdings im Web sehr stark 
verbreitet.

Gru0 aus Berlin
Michael

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Dann Frage ich mal anders herum:

Was ist an dem Design genau auszusetzen?

Ich habe wahrlich keine guten Augen, und kann den Text ohne Brille 
problemlos lesen.

Wenn es konstruktive Vorschläge für das Layout gibt, dann bitte her 
damit.
Aber keine Standard-PHP-Layouts etc, die mag ich absolut nicht.

Und: Die Website hat sich mittleerweile verändert, also bitte erst die 
Site betrachten, dann kritisieren.

UND:
Mal davon abgesehen ist die Website nebensache, in der Hauptsache sollte 
es doch um das Projekt gehen.

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Die Website habe ich nochmal neu strukturiert und designed.
Jetzt gibts auch Bilder, ein neues Layout und ein Forum zu der Bixebox

gruß

tobi

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Ich bin hier auch über den Thread gestolpert
Dein Foto http://www.bikebox-standlicht.de/Innenleben_1.jpg machst Du 
bitte nochmal?
Sorge für richtig Licht in deinem Zimmer und setze deine Arbeit in die 
Mitte des Bildes. Probier mal, ob Du die Komprimierung der Bilddatei 
etwas herabsetzen kannst. Ich habe mit meinem Fotoprogramm dein Bild 
beschnitten und etwas korrigieren wollen, abeer die JPG Artefakte sind 
so erheblich, das danach keine rechte Freude aufkommen wollte. Ich habe 
es trotzdem mal angehangen.
Dein Blockschaltbild hat im Original andere Abmaße, als in der 
Darstellung auf der Seite. Dadurch wird es gestaucht.

Zur Schaltung:
Du musst ja jedes Watt selbst ertreten.
Wäre es nicht besser, den Brückengleichrichter durch 4 Schottkydioden zu 
erstzen oder gar eine Synchrongleichrichtung herzunehmen? Aber es kann 
sein, das die Wirkungsgradverbesserung an diesem Punkt nicht wahrnehmbar 
ist. Ich will das jetzt nicht nachrechnen, sind sicher nur einige 
Prozent.

Gruß
Axelr.

Autor: Dennis (Gast)
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Wäre eine PFC nicht überlegenswert? Für den Wirkungsgrad ist es bestimmt 
nicht zuträglich, wenn der Strom nur gepulst fließt. Ich weiß ja nicht, 
wie viel das ausmacht.

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Hi,

zunächst mal vielen Dank für eure Antworten.

@Axel:
Ich gebe dir recht, das Bild ist schlecht.
Bei Gelegenheit kommt da ein neues Bild hin.

Ich hatte auch darüber nachgedacht, den Gleichrichter mit Schottkys 
aufzubauen.
Allerdings ist der Wirkungsgradgewinn eher gering (grob gerechnet bei 
den Strömen etwa 2-3%), von daher habe ich darauf verzichtet, und den 
Gleichrichter der original-ELV-Platine genutzt.
Das garantiert auch eine höhere Nachbausicherheit.
Der Gesamtwirkungsgrad der 1. Stufe (Netzteil+Wandler) liegt gemittelt 
bei ca 82%; der Gesamtwirkungsgrad (Neteil+Wandler+2.Wandler) bei ca 
70%. (Beides megessen bei 12V AC, 50 Hz und 3 Watt am Ausgang)
Ich denke, sowiel ist da nicht mehr machbar.

@Dennis:
Eventuell könnte man mit einer PFC noch mehr rausholen; Allerdings wäre 
das Design der PFC aufgrund der stark schwankenden Frequenz und Spannung 
recht komplex.
Und das Gerät soll (auch von einem Laien) nachzubauen sein; Das ist auch 
der Grund, warum ich auf fertige Bausätze zurückgegriffen habe.
Ansonsten gilt das oben gesagte:
Der Gesamtwirkungsgrad der 1. Stufe (Netzteil+Wandler) liegt gemittelt 
bei ca 82%; der Gesamtwirkungsgrad (Neteil+Wandler+2.Wandler) bei ca 
70%.
(Beides megessen bei 12V AC,50 Hz und 3 Watt am Ausgang)
Ich denke, sowiel ist da nicht mehr machbar.

PS.: Die Website hat ein eigenes Forum, es wäre nett, wenn weitere 
Fragen und Anregungen zu dem Gerät dort gestellt würden, danke!

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Es gibt neue Bilder vom Innenleben und auch einen neuen Akku
(jetzt 9.6V,800 mAh, vorher 8.4V, 600 mAh)

Autor: Jan K. (--modder--)
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Hi

Ich bin grad auf diesen beitrag gestoßen. Hab auch gleich eine frage:
Sollen auf deinem Schaltplan diese Grünen flächen irgenetwas 
verdecken???

Autor: hacker-tobi (Gast)
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Die grünen flächen stehen stellvertretend für die verwendeten Bausätze, 
deren Schaltungen nicht veröffentlicht werden dürfen.

Keine sorge, es sind einfache step-down wandler bzw. Netzteilbausätze, 
denen alle Unterlagen beiliegen.

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