Ladeelektronik

[andreas]

So, gebaut, getestet und spielt. Akkus abgeschaltet, Windrad dreht hoch, Spannung auch. Bei 42 V knackt es kurz, der Zeiger vom Strominstrument knallt gegen den rechten Anschlag, die Spannung fällt auf Null. Das Windrad tourt sehr schnell ab, der Strom geht schnell runter bis fast Null. Sobald der Wind ein wenig nachläßt, läßt der Thyristor los, es kann der normale Betrieb weiter gehen. Ich hätte es gleich so bauen sollen... Die Schaltung:

crowbar.JPG (10.03 KiB) 14610-mal betrachtet

MfG. Andreas

[Wilfried]

Hallo Andreas,

genial! Es sind oft die einfachsten Dinge...

Beste Grüße
Wilfried

[Wolle]

Hallo,

ich lese nun schon eine ganze Zeit (halbes Jahr) im Forum mit und möchte nun auch beginnen ein Windrad zu bauen.
Meine Frage hier zur Ladeelektronik:
Da hier mehrere Schaltungen vorgestellt wurden und selbstverständlich immer kleine Verbesserungen und Ideen dazu kommen wollte ich fragen,
ob es nun einen "optimale" (ist mir klar, das nix perfekt sein kann!!) Ladeelektronik gibt und jemand den Stromlaufplan hier einstellen könnte.
Also ich meine ohne PIC oder ähnlichem, nur Hardware.
Gehe von den hier typischen Strom und Spannungswerten aus, welche hier besprochen wurden.
Bin für jede Hilfe dankbar.


@ Andreas:
Brauche mal Hilfe bei dem Thyristor.
Der Thyristor muss ja über das Gate "gezündet" werden. Leider weiß ich nicht, wie ich die "Zündvoraussetzungen" (ab welchen Strom- bzw. Spannungwert?)
aus einen Datenblatt heraus lese, da ich das noch nicht so oft gemacht habe. Die ganzen Abkürzungen in solch einem Datenblatt sind ziemlich verwirrend .
Kannst du mir Helfen?


MfG Wolle

[andreas]

Hallo Wolle,

es kann keine optimale Ladeschaltung für alle Zwecke gebe, denn dazu sind die Verhältnisse viel zu unterschiedlich. Ermittle die bei Dir typischerweise auftretenden Werte, dann kann man über eine passende Schaltung nachdenken.

Zum Thyristor: Der wird allein mit Strom gezündet. Der Zündstrom und der Haltestrom sind die wichtigsten Werte, sie stehen auch in jedem Datenblatt drin. Das Gate braucht also einen bestimmten Zündstrom eingefüttert, bevor die Laststrecke über Anode und Kathode durchschaltet. Gewöhnlich stehen dabei so um 1 bis 2 V am Gate an, die Werte streuen aber gut. Wird der Zündstrom verringert oder abgeschaltet, bleibt der Thyristor am Gleichstrom durchgeschaltet, bis man seinen Haltestrom auf der Laststrecke unterschreitet. Zünd- und Haltestrom haben bei kleinen Thyristoren oft ziemlich gleiche Werte.

MfG. Andreas

[Wolle]

Hallo,

@ Andreas: Danke

Da es an scheinend den fertigen Bausatz von ELV nicht mehr gibt , (oder ich finde Ihn nicht), bin ich nun ziemlich aufgeschmissen...
Hab mich in den letzten Tage damit mal beschäftigt, weil ich auch eine Ladeelektronik benötige u. so einen Bausatz leider nicht finde.

Das Thema heißt ja: Buck-Boost-Converter oder kombinieren von einzelnen Step-Up- und Step-Down-Wandler oder einen Sepic-Wandler verwenden:

- die ELV-Schaltung verwendet den LTC3780, habe mir mal das Datenblatt angeschaut, und habe mal ein paar Fragen:
--- welche N-Kanal-MosFets werden bei euch verwendet? kann ich auch andere N-Kanal-MosFets verwenden
--- was sind das für Dioden?
--- Könnte jemand mal nen Foto von der Platine posten?

- habe noch den LM5118 gefunden, welcher auch ein Buck-Booster ist:
--- höhere Eingangsspannung 75V!! Für das Projekt mit den 2 Nabenmotoren an einem Rotor (zum addieren der Spannungen),
welches hier im Forum schon besprochen wurde, sehr gut geeignet wäre
--- fängt früher mit laden an als der LTC3780, ab 3V dh. man kann noch früher die Energie ernten, sprich bei geringerer Drehzahl startet der Ladevorgang
--- Problem daran, habe keine typical Application gefunden und man bräuchte bestimmt nen guten Bastler/Elektroniker,
welcher die Schaltung dimensioniert da man erstmal aus dem Datenblatt schlau werden muss!!, außerdem scheint der IC noch nen Exot zu sein

Könnte mir die ganze Ladeschaltung so vorstellen:

- Sicherheitseinrichtung für das Windrad bei zu starkem WInd (die von Andreas mit dem Thyristor, die ist genial, vllt. noch erweitert mit verschiedenen Z-Dioden-Kombinationen
über Jumper), so kann jeder selber "bestimmen", wann sein Windrad ausgebremst wird (je nach vertrauen in seine mech. Arbeit )
- anschließend der passende Buck-Booster-Konverter (was das größte Problem darstellen dürfte!!)
- und zum Schluss ein (einstellbaren) Tiefenentladeschutz
http://www.elv.de/Tiefentladeschutz-fuu ... ch_/marke_

MfG Wolle

[german mill]

Hallo ,

den LM5118 gibt es bei Farnell für 9,05€!! Im Datenblatt ist ziemlich zum Schluß auch ein fertiges Schaltbild enthalten. Bei entsprechender Dimensionierung kommen sicher auch mehr als 3A raus.

Gruß gm

[jb79]

Mist, Browser kurz vor dem langen Post abgestürzt.
Nun die kurze Zusammenfassung: Den Bausatz wollte ich mir letze Woche auch nochmal bestellen, gibts aber nicht mehr

Photo von der Platine mach ich keines, hab aber dafür etwas viel besseres:
Platinenlayout gibts hier, komplette Anleitung mit Schaltplan, Bauteillisten usw. da

Du kannst auch andere Dioden/Transistoren verwenden, solltest aber bedenken daß die Schaltung mit hohen Frequenzen (200kHz) arbeitet und man da nicht jede x beliebige Diode oder x beliebigen FET nehmen kann.

Bei den Dioden handelt es sich um sehr schnelle Schottky Dioden, die im Prinzip aber nur ganz kurz Strom führen während die Transistoren einschalten, danach werden sie von den Transistoren kurzgeschlossen, da die Schaltung als synchroner Gleichrichter arbeitet. Das heißt daß der parallel zur Diode angeschlossene Transistor so gesteuert wird daß er genau dann eingeschaltet ist wenn die Diode auch leiten würde. Das hilft den Wirkungsgrad um ca. 5% gegenüber einer Schaltung mit dem LM5118 anzuheben, erhöht aber den Aufwand (doppelte Transistoranzahl, schwierigere Ansteuerung).

zur Dimensionierung des LM5118: registrier dich einfach bei National Semiconductor (hab ich auch gemacht), dann kannst du die WBENCH Tools (grüner Button mit "Start your design") nutzen, das ist kostenlos und die verschicken auch keine unnötigen Mails.

Du gibst dort im Prinzip ein, was du haben willst (Spannungen, Ströme, usw.) und das Tool gibt dir komplette Dimensionierungsvorschläge (sofern möglich) incl. Bauteillisten, Effizienzberechnung, Kosten oder Effizienzoptimierung usw.

Was du noch bedenken solltest: Der DC/DC Wander muß je nach Ladezustand der Batterie und Wind geregelt werden, sonst holt er nicht das Maximum aus dem Windrad. Soll heißen: du brauchst eine Schaltung, die die Eingangsleistung maximiert, also durch permanente Versuche das PWM Verhältnis zu ändern und abermalige Messung versucht das maximale Produkt aus Eingangsspannung und Eingangsstrom zu erhalten.

Dieses Prinzip nennt sich MPP (Maximum Power Tracking) und ist vor allem aus der Photovoltaik bekannt, wird aber natürlich auch bei Windrädern eingesetzt, um das Maximum an Leistung rauszuholen. Eine kurze Erklärung findest du hier.
Zum Thema MPP und Windkraft gibts hier etwas zu lesen.

[Wolle]

@ jb79:

Das ist ja echt suuuuuuuper!! Vielen Dank!
Willst du die nun auch noch Einen zusammenbasteln (Laderegler). Das einzigste kleiner Problem könnten die Halbleiter sein, diese zu besorgen.
Also Reichelt scheint schon einige nicht zu haben oder hab sieauf die Schnelle nicht gefunden.
Die kleine Änderung mit dem Spannungsteiler war ja für deinen Microproz.
Hast du sonst noch was an der Schaltung verändert?

Hab noch ne kleine Überlegung und wollte fragen ob das sinn macht.
Und zwar muss doch bei der ELV-Ladaelektronik Ue min 7V, doch praktisch wurden hier ja ca. 3,xV angesprochen.
Jetzt meine Frage. Macht es Sinn, noch einen Step-up-Converter davor zu schalten.
Habe welche im Netz gefunden, welche schon ab 1,5V starten und dann die ELV-Schaltung zuschaltbar machen.
z.B. dachte an sowas hier, nur mit mehr Power:

http://www.nodna.com/product_info.php?p ... eec8258v83
(Finde ich übrigens für so einen Nabendynamo ganz Praktisch!!!)

oder z.B. der hier. MAX8815A

Zwar multiplizieren sich die beiden WIrkungsgerade von den Wandler (Abschätzung; denke da an 0,8 x 0,8 = 0,64) aber ansonsten würde die Energie verloren gehen und man könnte schon bei niedriger Drehzahl ernten. Natürlich müsst dann bei 3,xV - 4V der erste Wandler wieder "abgetrennt" werden (vllt. Über Relais oder so) wenn die ELV-Schaltung anfäng zu arbeiten, so das der Step-up- wandler nur am Anfnag mit in die Schaltung eingreift!
Weiß nicht ob das zuviel Aufwand ist für die geerntete Leistung bei den niedrigen Drehzahlen aber man hätte nen früheren Ladebeginn bei weniger Drehzahl.
Was haltet Ihr davon.

Das mit dem MPP ist mir aus dem 2. Semester noch bekannt (von der Solarzelle), das wäre natürlich das "non plus ultra" so ne Schaltung...

Wie gesagt bin für jede Idee, Verbesserungsvorschläge und Kritiken dankbar.

MfG Wolle

[jb79]

Nun ja, es sind nicht nur die Halbleiter, auch die Platine will mal korrekt geätzt werden.
Wenn die Bauteile und die Platine beschaffbar sind, dann wäre ich jedenfalls dabei.

Was für größere aus meiner Sicht aber mehr Sinn macht ist, sich einen Buck-Converter zu bauen, der einen entsprechend großen Eingangsbereich hat, sonst bleiben wir immer bei den maximal 5A.

Zum vorgeschalteten Boost-Converter: Prinzipiell keine schlechte Idee, nur bringt das Windrad bei so niedrigen Spannungen auch kaum Leistung die verwertbar wäre. Denke daß bis 5 oder 6V die entnehmbare Leistung immer unter den Verlusten der Schaltung bleiben würde und damit überhaupt nichts bringt.

Der USW525 legt irgendwo knapp unter 4V los, hab das mal getestet und irgendwo festgehalten, vielleicht sogar in diesem Thread.

Wenn du so einen kleinen Vorschaltregler benutzt, dann wäre es sinnvoll, die Ausgangsspannung irgendwo auf 16V zu setzen und hinten dran als Hauptregler einen Buck-Converter der ab ca. 15V (14,4V Akkuspannung) arbeitet. Womit man das Problem eventuell umschiffen könnte wäre ein Inverswandler, der liefert zwar eine negative Ausgangsspannung, die kann dafür aber größer oder kleiner als die Eingangsspannung sein. z.B. 5V am Eingang, -12V am Ausgang oder 40V am Eingang, -12V am Ausgang.

[Wolle]

ja, die original Platine hat natürlich sämtliche Durchkontaktierungen, bei den Bauelementen muss ich mal suchen.
Das nervige ist dann immr bei unterschiedlichen Anbieten die Bauelemente zu kaufen, zwecks Versandkosten ....

Stimmt, das würde natürlich Sinn machen, nur so einen Step-Down-Wandler mit niedrigen Eingangsspannung muss man erstmal finden.
Glaube kaun das es einen "besseren" Step-Down-Wandel mit niedrigerer Ue gibt, als bei einen Buck-Boost-Wandler.
Aber vllt. finden wir ja noch was passendes
Du bist doch bei National Semiconductor regestriert, vllt. spucken die was passendes aus.

Zur MPP:
http://www.schams-solar.de/download/WIN ... 00B_DE.pdf
http://imperia.mi-verlag.de/imperia/md/ ... rs_web.pdf (wieder ein wenig Theorie)
http://www.micro-energie.com/index-DE.html !!! Das schein vielversprechend zu sein!!!


MfG Wolle