bedienungs-anleitung

BEDIENUNGS-ANLEITUNG
36V/48V-LiFePo DUAL-SOLAR-REGLER (10A)
Solarmichel 09/2014
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Wichtig! Unbedingt Lesen!
Bei Schäden die durch Nichtbeachtung dieser Bedienungsanleitung entstehen erlischt
jeder Gewährleistungsanspruch. Für Folgeschäden, die daraus resultieren übernehmen
wir keine Haftung.
Bestimmungsgemäße Verwendung:
Der bestimmungsgemäße Einsatz des Gerätes ist das Aufladen von 36V bzw. 48VLiFePo4-Akkus durch 3 bzw. 4 Solarpanele in Reihenschaltung, mit einer
Gesamtspannung von ca. 60V bzw. 80V und einem Abgabestrom von max. 10A. Kleine
Li-Akkus dürfen nur mit dem für sie zulässigen maximalen Ladestrom geladen werden.
Ein anderer Einsatz als vorgegeben ist unzulässig.
INHALTSVERZEICHNIS:
Bestimmungsgemäße Verwendung:
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Betriebsbedingungen
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Sicherheitshinweise
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Produktbeschreibung
5
Technische Daten
6
Wissenswertes über Lithium-Akkus
6
Die Inbetriebnahme
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Schaltplan + Bestückungsplan
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Ersatzteil-Liste
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Schaltungsbeschreibung
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Nachwort
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Barfuß
Verlag
ISBN-0815-4711-6
Version 17/08/2014
Copyright: [email protected]
Druckliste 16 Seiten (4 Blätter)
16,1;14,3;12,5;10,7
8,9;6,11;4,13;2,15
3
Betriebsbedingungen:
•
Der Betrieb der Baugruppe darf nur an der dafür vorgeschriebenen Spannung
verfolgen. Je nach der Regler-Ausführung ist die Akkuspannung 36V oder 48V, die
Solarmodulspannung 60V oder 80V. Es darf nur die Spannung der jeweiligen ReglerVariante verwendet werden.
•
Die Betriebslage ist beliebig.
•
Die an der Baugruppe angeschlossenen Solarpanele dürfen eine Anschlussleistung von
max. 10A und einer Maximalspannung von 67.5V / 90V nicht überschreiten.
•
Bei der Installation des Gerätes ist auf einen ausreichenden Kabelquerschnitt der
Anschlussleitungen zu achten. Minimal 2,5mm², je nach Länge auch bis zu 10mm².
•
Das Gerät ist für den Gebrauch in trockenen und sauberen Räumen bestimmt und ist
unbedingt vor Feuchtigkeit, Spritzwasser, und Hitzeeinwirkung zu schützen.
•
Dringt irgend eine Flüssigkeit in das Gerät ein, so könnte es dadurch beschädigt
werden. Sollten Sie irgendwelche Flüssigkeiten in, oder über die Baugruppe
verschüttet haben, so muss das Gerät von einem qualifizierten Fachmann überprüft
werden.
•
Bei der Bildung von Kondenswasser muss eine Aklimatisierungszeit von bis zu 2
Stunden abgewartet werden.
•
Die zulässige Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) darf während des Betriebs 0
Grad und 40 Grad nicht unter, bzw. überschreiten. Starke Temperaturschwankungen
sollten vermieden werden, da es hierbei zu Fehlfunktionen kommen kann.
•
Der Regler darf nicht starken Erschütterungen oder Vibrationen ausgesetzt werden.
•
Es ist unbedingt auf die angegebenen Grenzwerte von Spannung und Strom zu achten.
Das Überschreiten von Grenzwerten kann zu erheblichen Schäden führen. Der Regler
nicht zu anderen als den angegebenen Zwecken eingesetzt werden.
•
Das Gehäuse darf nur dann geöffnet werden, wenn zuvor jede Spannungsquelle
abgetrennt wurde.
•
Die Anschlussleitungen müssen regelmäßig auf Schäden untersucht und bei Schäden
ausgewechselt werden.
•
Baugruppen und Bauteile gehören nicht in Kinderhände. Die Baugruppe darf nur unter
Aufsicht eines fachkundigen Erwachsenen oder eines Fachmanns in Betrieb genommen
werden.
•
In gewerblichen Einrichtungen sind die Unfallverhütungsvorschriften für elektrische
Anlagen und Betriebsmittel zu beachten.
•
In Schulen, Ausbildungseinrichtungen, Hobby- und Selbsthilfe-Werkstädten ist das
betreiben der Baugruppe durch geschultes Personal verantwortlich zu überwachen.
•
Betreiben sie die Baugruppe nicht in einer Umgebung in welcher brennbare Gase,
Dämpfe oder Stäube vorhanden sind, oder vorhanden sein können.
•
Eine Reparatur des Gerätes darf nur von einem Fachmann vorgenommen werden.
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Sicherheitshinweise:
•
Bitte beachten Sie, dass in jedem Fall eine erneute Feinjustierung notwendig wird,
sollte der eingestellte Modus (36V oder 48V) durch die innenliegenden JumperStecker geändert werden. Für diese Feinjustierung brauchen Sie unbedingt ein
Labornetzgerät das die benötigten Spannungen erzeugen kann. ACHTUNG: Ohne eine
genaue Feinjustierung schaltet der Regler nicht auf den exakt benötigten AbschaltSpannungen und kann ihren Akku dann schwer beschädigen und sogar unbrauchbar
machen.
•
Diese Schaltung hat keine Einzelzellen-Überwachung. Es dürfen deswegen immer nur
gut ausbalancierte Zellen zusammen aufgeladen werden, weil sich sonst das LadungsUngleichgewicht beim Laden in Reihenschaltung nur noch weiter erhöhen würde und im
Extremfall einzelne Zellen durch Überladen zerstört werden können.
•
Aus diesem Grunde dürfen auch nur LiFePo4-Akkus mit einem eingebauten BMS
(Batterie-Management-System) mit dieser Baugruppe geladen werden.
•
Sollten im Akku schon einmal einzelne Zellen wegen irgendwelchen Defekten
ausgetauscht worden sein, müssen diese regelmäßig überprüft und mit den anderen
Zellen während des Ladens und Entladens verglichen werden. Sollten die Zellen ein zu
großes Ladungs-Ungleichgewicht aufweisen sind diese zuerst einzeln zu laden oder zu
entladen.
•
Bei Geräten mit einer Betriebspannung von über 35Volt darf die Endmontage nur von
einem Fachmann unter Einhaltung der VDE-Bestimmungen vorgenommen werden.
Deshalb fällt der Anschluß dieses Gerätes immer in den persönlichen Risikobereich des
Eigentümers.
•
Werkzeuge dürfen nur an den Bauteilen benutzt werden, wenn sichergestellt ist, dass
das Gerät von allen Spannungsquellen getrennt sind und elektrische Ladungen, die in
dem im Gerät befindlichen Bauteilen gespeichert sind, vorher entladen worden sind.
•
Bei Bruchstellen oder Isolationsfehler an den spannungsführenden Kabeln und
Leitungen muss der Regler unverzüglich aus dem Betrieb genommen werden, bis die
defekte Leitung ausgewechselt worden ist.
•
Bitte beachten Sie dass Bedien- oder Anschlussfehler außerhalb unseres
Einflussbereichs liegen. Verständlicherweise können wir für Schäden, die daraus
entstehen keinerlei Haftung übernehmen.
•
Die Inbetriebnahme darf grundsätzlich nur erfolgen, wenn die Schaltung absolut
berührungssicher und elektrisch isoliert in das Gehäuse eingebaut ist.
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Produktbeschreibung:
Dieser 36V / 48V-LiFePo4 Dual-Solar-Regler wurde speziell zum gleichzeitigen
Aufladen von 12 bzw. 16 Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen in Reihenschaltung entwickelt.
Die Haupt-Einsatzgebiete sind das Aufladen von 36V und 48V E-Bike-Akkus, EScooter-Akkus, E-Motorrad-Akkus, Elektro-Carts und Elektro-Autos.....
Der Regler arbeitet mit ±0,05V super genau, ist aber sehr empfindlich gegen Staub
und Feuchtigkeit. Wegen den verwendeten Zehner Dioden können große
Temperaturschwankungen in der Umgebung die Schalt-Spannungen leicht verändern.
Was aber mit der Voreinstellung von etwa einem halben Volt Sicherheitsabstand zur
Maximal-Nennspannung der LiFePo´s von 43,8V / 58,4V niemals gefährlich werden
sollte.
Der Ruhestromverbrauch des Reglers ist mit 5mA äußerst gering, so dass beim Laden
kaum Verluste (nur 2,8W) entstehen. Selbst bei angezogenen Relais beträgt der
Stromverbrauch nur etwa 80mA.
Als Stromquelle sind hier, je nach Ausführung, 3 oder 4 Solarpanele vorgesehen, die
in Reihenschaltung, zusammen etwa 60V oder 80V Leerlaufspannung haben müssen,
diese dürfen einen maximalen Abgabestrom von 10A niemals überschreiten können,
was bei 12Volt Solarpanelen mit je 200W erreicht wird. Bei der 48V Version können
aber auch zwei 24Volt Panele, in Reihe geschaltet, verwendet werden. Wichtig ist hier
nur eine Leerlaufspannung von um die 60V bzw. 80Volt.
Bitte darauf achten, dass die verwendeten Solarpanele alle etwa die gleiche Leistung
haben und beim Laden nicht nur eines abgeschattet werden kann.
Der max. Ladestrom der Module sollte für den zu ladenden Akku angemessen sein. Für
kleine Akkus bis 7Ah besser nur 50W Panele verwenden (2,5A). Größere Akkus bis
20Ah vertragen da schon mehr, z.B: 90W Panele, die dann mit 4,5A laden.
Die Ladezeiten richten sich ganz nach Sonneneinstrahlung, der Größe der Solarpanele
und der Kapazität des Li-Akkus. Bitte beachten sie dabei den max. Ladestrom der
jeweiligen Li-Akkus. In der Regel dürfen LiFePo4-Akkus nur bis max. 2C geladen
werden. Das bedeutet beispielsweise bei einer Kapazität von 5Ah max. 10A
Ladestrom.
Sollte der Regler einmal, bei erreichen der Maximalspannung abgeschaltet haben
muss die Spannung des Li-Akkus erst wieder um etwa 3 Volt abfallen (Hysterese),
damit sich der Regler von selber wieder in den Lademodus zurückschaltet.
WICHTIG: Es muss grundsätzlich immer eine Batterie am Regler angeschlossen sein,
wenn die Solarpanele eingeschaltet werden.
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Dadurch ergibt sich die folgende Reihenfolge bei jeder Inbetriebnahme:
1.
2.
3.
4.
5.
Li-Batterie anschließen
Solarmodule einschalten
Warten bis der Akku voll geladen ist
Solarmodule ausschalten
Li-Batterie abklemmen
Eine andere Reihenfolge kann zu schweren Schäden wichtiger Bauteile im Regler
führen. Also bitte unbedingt immer beachten! Zum praktischen aus und einschalten
der Solarmodule ist deshalb ein Kipp-Schalter angebracht.
Kurz vor Erreichen der max. Lade-Endspannung von 43,8V bzw. 58,4V werden die
Solarpanele sicherheitshalber hier schon etwa 0,9V früher, also bei etwa 43,1V /
57,5V vom Akku getrennt. Relais 1 muss bei dieser Spannung einschalten und öffnet
damit den Kontakt zu den Solarmodulen.
Nochmal ein Volt davor, also bei etwa 42,1V bzw. 56,5V wird der Ladestrom durch
den zweiten Regler, dem Relais 2 und dem Set aus den zwei Hochlast-Widerständen
auf 500mA bzw. 600mA begrenzt, damit das BMS (Batterie-Management-System)
das im Li-Akku eingebaut sein muss, zuverlässig seine Dienste leisten kann.
Ein analoges Volt- und Ampere-Meter ergänzen die Schaltung und ergeben Auskunft
über den aktuellen Ladestrom und der Ladespannung. Wer möchte, kann sogar noch
zusätzlich einen extra Ampere-Stunden-Zähler integrieren. Damit lässt sich der LiAkku und seine Kapazität dann bestmöglich überwachen.
Technische Daten:
Batterienennspannung:
48V-Version
36V-Version
51V / 57,5V
38,2V / 43,1V
Maximaler Solarmodulstrom:
10A
10A
Normale Modul-Leerlaufspannung:
80V
60V
Toleranz Modul-Leerlaufspannung:
75V bis 90V
56V bis 67,5V
Ruhestromverbrauch beim Laden:
5mA
5mA
Abschalt-Stromverbrauch:
80mA
60mA
Schaltspannungen R1 / R2:
57,5V / 56,5V
43,1V / 42,3V
62V bis 51V
52V bis 41V
Hysterese:
ca. 3V
ca. 3V
Begrenzter Ladestrom (R2):
600mA
500mA
110x40mm
110x40mm
171x121x51mm
171x121x51mm
ca. 750g
ca. 750g
Typ. Akku-Spannung: Leer/Voll
Einstellbereich:
Abmessungen Platine:
Maße Alu-Gehäuse:
Gewicht:
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Wissenswertes über Lithium-Akkus:
In allen teuren und modernen Geräten, wie Digital-Kameras, Handys, Laptops, AkkuMaschinen, E-Bikes, Elektro-Autos usw. werden jetzt die leistungsstarken LithiumAkkus verwendet. Es gibt schon eine verwirrend große Zahl verschiedener Lithium
Batterie-Typen. Die Weiterentwicklung ist immer noch voll im Gange, doch es haben
sich vier Haupt-Typen etabliert. Der älteste, der Lithium-Ionen-Akku (Li-Ion) und
später der Lithium-Polymer-Akku (Li-Po) haben beide eine typische Zellspannung von
3,6Volt. Sie werden immer noch in Handys, Laptops, Digital-Kameras, und MP3-Playern
verwendet.
Achtung Brandgefahr: Der Li-Ion-Akku kam ein wenig in Verruf, weil er
brandgefährdet ist. Wenn man diesen Akku-Typ unter 1,5V pro Zelle tiefentlädt
entstehen kleine Kurzschluss-Stellen im Akku. Versucht man so einen Akku dann
wieder aufzuladen kann er sich dadurch so stark erhitzen, dass das leicht brennbare
Lithium im Akku Feuer fangen kann. Ein zuverlässiger Tiefendladeschutz ist hier sehr
wichtig. Also äußerste Vorsicht beim Herumexperimentieren, denn Lithium brennt
ganz furchtbar.
Der Lithium-Mangan-Akku (LiMnO2) mit einer Zellspannung von 3,75V ist in den
meisten älteren E-Bikes eingebaut. Man findet sie manchmal auch in ComputerNotstrom-Versorgungen, E-Skootern und Elektro-Autos. Die Chemie dieser Akkus
schließt eine Brandgefahr aus. Sie sind also ungefährlich, recht robust, erreichen
aber nur etwa 1000 Lade-Zyklen.
Die bis heute (2014) beste und marktreife Technologie sind die Lithium-EisenPhosphat-Akkus (LiFePo4) auch Li-fe-po`s genannt. Sie sind absolut brandsicher,
verbrauchen sogar nur recht wenig Lithium für ihre Herstellung, erreichen bis zu
2500 Zyklen, haben eine typische Zellspannung von 3,3Volt.
Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus sind relativ leicht und die Energie-Dichte ist sehr groß.
Das Bedeutet dass sie im Vergleich mit anderen Batterie-Typen sehr klein sind. Nach
einem recht früh schon einsetzenden Kapazitätsverlust auf etwa 80% der
Nennkapazität, verlieren sie danach für den Rest ihrer, von 4 bis 7 Jahre reichenden,
Lebenszeit nur noch sehr langsam ihre Kapazität.
LiFePo4-Zellen altern etwas schneller wenn sie sehr warm sind (über 40Grad), wenn
sie unter 50% entladen, oder wenn sie über 80% vollgeladen sind. Am besten sollten
wir sie immer mit dem Spezial Ladegerät aufladen, das in der Regel zu den LiFePo4Batterien mitgeliefert wird. Niemals mit größeren Ladeströmen laden als zulässig.
Auch niemals ohne eine Maximal-Spannungs-Überwachung aufladen. Selbst die
Standard-Ladung (bei den früheren Ni-Cd und Ni-Mh), mit einem Zehntel der
Kapazität ist hier keine sichere Methode solange man nicht die Zellspannung aller
Zellen überwacht.
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Deshalb braucht man unbedingt ein sogenanntes BMS (Batterie-Management-System)
mit Zell-Balancern um ganze Batterie-Akku-Packs (mehrere Zellen in Reihenschaltung)
aufladen zu können.
Viele BMS-Systeme arbeiten nicht wirklich ausreichend gut, weil sie keine ZellBalancer besitzen. Dadurch verkürzt sich die Lebenszeit der Akkus oft ganz
drastisch. Denn wenn die Zellen einmal ins Ungleichgewicht geraten, verstärkt sich
der Effekt schon durch wenige Zyklen ganz enorm.
Auf meinem Internet-Blog: www.lithium-balancer.blogspot.com.es/2014/01/deutsch
findet ihr eine Anleitung zum einfachen Selbstbau eines solchen BMS.
Lithium-Akkus haben prinzipiell keinen Memory Effekt, wie die NiCd-Akkus.
Sie sind giftiger Sondermüll der gesondert entsorgt werden muss.
Die Inbetriebnahme des Dual-Solar-Reglers:
Zuerst wird, je nach Regler-Variante, ein 36V bzw. 48V-LiFePo4-Akku angeschlossen.
Dabei bitte nicht zu lange Kabel verwenden, sonst kann der Regler die
Batteriespannung nicht richtig messen und würde viel zu früh schon abschalten. Vor
allem wenn wir mit großen Ladeströmen laden ist hierbei auf einen ausreichenden
Kabelquerschnitt zu achten. Ich empfehle (als Beispiel) bei 4A Ladestrom, ein etwa
1m langes Lade-Kabel mit 2x 2,5mm². Bei 10A Ladestrom sollten das, bei gleicher
Länge des Ladekabels, aber schon mindestens 2x 8mm² sein. Nicht erschrecken, beim
Einstecken wird es kurz Funken, da sich die Kondensatoren im Regler zuerst aufladen
müssen. Das eingebaute Voltmeter schlägt nun aus und zeigt die aktuelle
Akkuspannung an.
Nun werden 3 bzw. 4 Solarmodule in Reihenschaltung verkabelt. Der erste PlusAnschluss und der letzte Minus-Anschluss der Module wird, je nach Länge, in einem
ausreichend dickem Kabel zum Regler geführt. In der 36V-Version werden nur 3
Solarpanele benötigt, hier entfällt das Modul 4 in dieser Zeichnung. Bei gutem
Sonnenschein vor dem Anschließen die Solaranlage nochmal sicherheitshalber
nachmessen: Es sollten um die 60V bzw. 80V Modulspannung anliegen, der
Kurzschluss-Strom darf 10A nicht überschreiten.
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Der Schalter auf Stellung OFF legen, und die Module, richtig gepolt, an den Regler
anschließen. Dann den Schalter umlegen, und los geht’s! Wenn jetzt das AmpereMeter ausschlägt, und die Spannungs-Anzeige langsam nach oben klettert ist bis
hierhin schon mal alles in Ordnung.
Während des Aufladevorgangs können wir gelegentlich prüfen ob das Gehäuse nicht
zu heiß wird. Denn die Schottky-Diode erzeugt durch ihren Spannungsabfall etwas
Wärme. Jetzt müssen wir warten bis der Akku die 42,3V bzw. die 56,5V Marke
erreicht. Hier sollte jetzt Relais 2 durchschalten und die Rote LED aufleuchten. Der
gebremste Ladestrom darf jetzt nur noch um die 600mA bzw. 500mA betragen.
Wenn Regler 2 den Solarstrom über die Hochlast-Widerstände leitet werden auch
diese sehr warm, und das Gehäuse erwärmt sich dabei nochmal ewas mehr.
Es ist normal wenn dadurch die Spannung des Li-Akkus dabei wieder um ein oder zwei
Volt absinkt, und dann viel langsamer wieder nach oben klettert. Doch je nach der
Größe des angeschlossenen Akkus, sollte er dann nach weiteren 10 bis 20 Minuten
seine Maximalspannung von 43,1V bzw. 57,5V erreicht haben. Das Relais 1 schaltet
den Modulstrom nun komplett ab und die grüne LED leuchtet. Der Ladevorgang ist
damit beendet. Zum abklemmen des Akkus immer zuerst die Solarmodule, durch
umlegen des Kippschaters, vom Regler trennen.
Wer sich zusätzlich noch einen Piepser zur akustischen Ladekontrolle eingebaut hat,
der hört wann der Akku voll aufgeladen ist.
Sollten wir einmal vergessen den Akku von der Ladestation zu nehmen, so fällt nach
einiger Zeit die Akkuspannung, durch den Stromverbrauch des Reglers bei
angezogenen Relais (von 80mA), um den Wert der Hysterese (ca.3V) wieder zurück
und Regler 1 gibt die Module wieder frei. Durch den dann aber immer noch
angezogenen Regler 2 beginnt der Ladeprozess von Neuem, aber nur im gebremsten
Lademodus (mit 500mA bzw. 600mA Ladestrom), bis die Maximal-Lade-Spannung
dadurch erneut erreicht wird.
GANZ WICHTIG: Zum Abtrennen des Akkus unbedingt zuerst den Solar-ModulSchalter auf OFF stellen. Denn es dürfen niemals die Solarmodule ohne einen Akku am
Regler angeschlossen bleiben !!!
Der Regler sollte nicht allzu heiß werden, und muss deshalb an einem schattigen und
gut belüfteten Ort installiert werden. Eine Wandmontage auf Augenhöhe ist ideal. So
können alle Funktionen und der Ladeprozess am besten überwacht werden.
Also bitte nicht den Regler einfach nur am Kabel baumeln lassen oder gar in eine
feuchte Wiese legen. Auch Staub und Spritzwasser sind zu vermeiden.
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Schaltplan:
WICHTIG! Hier oben im Schaltplan ist nur eine Seite der 48V-Version abgebildet.
Bitte beachten Sie, dass bei der anderen spiegelverkehrten Seite die Transistoren
trotzdem alle in die selbe Richtung zeigen müssen ! Siehe Bestückungsplan unten.
Bestückungsplan:
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Ersatzteil-Liste 36V/48V-LiFePo Dual-Solar-Regler
Menge
Reichelt-Artikelnummer
Bezeichnung
1
2
2
2
2
2
2
2
1
1
2
1
6
6
3
2
2
2
1
1
1
1
1
2
3
3
2
2
1
1
1
1
1
1
1
MBR 20100CT
MKP-10-630 220N
FIN 40.61.9 24V
17W AXIAL 82
7W AXIAL 1,0K
BD 139 CDIL
1N 4007
METALL 4,70K
SLK 5MM RT
SLK 5MM GN
JUMPER 2,54 SW
SL 1X50G 2,54
BC546A
METALL 47,0K
METALL 150K
METALL 470
METALL 1,00K
METALL 16,0K
METALL 24,0K
METALL 100,0K
METALL 75,0K
METALL 82,0K
METALL 4,70K
76-40 5,0K
ZD51
ZD39
RAD FR 47/63
RAD 100/100
LÜK 10
HS 631 H2
IB2
GLIMMER TO 220
1550WE
PM 2-15A
PM 2-50µA
Schottky-Diode 20A/100V
Folienkondensator 0,22uF/400V
Steckrelais 1xUM/16A-24V
Drahtwiderstand 82Ohm/17W
Drahtwiderstand 1KOhm/7W
Transistor NPN 80V/1,5A
Gleichrichterdiode 1A/1000V
Metallschichtwiderstand 4,7K Ohm
LED-Rot
LED-Grün
Jumper
Stiftleiste
Transistor NPN 100V/0,1A
Metallschichtwiderstand 47K
Metallschichtwiderstand 150K
Metallschichtwiderstand 470 Ohm
Metallschichtwiderstand 1K
Metallschichtwiderstand 16K
Metallschichtwiderstand 24K
Metallschichtwiderstand 100K (48V-Drehspulinstrument)
Metallschichtwiderstand 75K (48V-Drehspulinstrument)
Metallschichtwiderstand 82K (36V-Drehspulinstrument)
Metallschichtwiderstand 4,7K (36V-Drehspulinstrument)
Trimmpoty 5K Ohm
Zener Diode 51V
Zener-Diode 39V
Elko-Radial
47uF/63V
Elko-Radial 100uF/100V
Lüsterklemmleiste 10mm²
Kippschalter 10A
Isolierbuchse
Glimmerscheibe TO220
Alu-Gehäuse 171x121x51mm
Drehspul Amperemeter 15A
Drehspulinstrument für Voltanzeige
Hier der Reichelt Bestell-Link:
https://secure.reichelt.de/index.html?&ACTION=20&LA=5010&AWKID=947271&PROVID=2084
Schaltungsbeschreibung:
Die hier beschriebene Schaltung ist speziell für den einfachen Nachbau und auch für
eine möglichst einfache Reparatur entwickelt worden. Die verwendeten Bauteile
lassen sich für wenig Geld beschaffen, oder können oft sogar aus altem ElektronikSchrott recycelt werden. Die hier beschriebene Schaltung ist ausschließlich für 36V
oder 48V-Akkus konzipiert. Die Schaltung beinhaltet zwei separate Regler. Einen für
die Endabschaltung (Regler 1) und den anderen für eine „Strombremse“ (Regler 2)
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kurz vor Ladungsende.
Mit je einem Jumper-Stecker für jede Seite kann die Betriebspannung von 36V bzw.
48V ausgewählt werden. Sind beide Jumper zu den Außenseiten hin eingesteckt kann
der Strom nur über die 51V Zener-Dioden fließen und der Dual-Solar-Regler arbeitet
im 48V-Modus. Steckt man beide Jumper in Richtung Innenseite fließt der Strom
auch über die 39V-Zener-Dioden, der Regler schaltet dann schon viel früher und ist
dadurch auch für 36V-Akkus geeignet. Der Rest der Schaltung arbeitet in einem
ausreichend großen Spannungsbereich, so dass weiter nichts verändert werden muss.
Bitte beachten Sie, dass in jedem Fall eine erneute Feinjustierung notwendig wird,
sollte der eingestellte Modus geändert werden. Für diese Feinjustierung brauchen Sie
aber unbedingt ein Labornetzgerät das die benötigten Spannungen erzeugen kann.
Ohne Feinjustierung schaltet der Regler nicht auf den exakt benötigten AbschaltSpannungen und kann ihren Akku schwer beschädigen und sogar unbrauchbar machen.
Eine MBR20100 Schottky-Diode verhindert einen Rückstrom falls die Spannung der
Solarpanele unter die Batteriespannung abfällt. Es ist ratsam in der Nacht immer die
Solarpanele abzuschalten und den Li-Akku vom Regler abzuklemmen. Wenn sie den
Regler unbeaufsichtigt lassen, dann bitte immer die Panele abschalten damit sie
niemals versehentlich ohne den Li-Akku am Regler angeschlossen sind.
Zwei 17W-Hochlast-Widerstände mit 82 Ohm, in Parallel-Schaltung, also mit 34W
und 41Ohm, sorgen für eine Strombegrenzung auf ca. 500mA bei Erreichen von
42,3V in der 36V-Variante und in der 48V-Variante ca. 600mA bei Erreichen von
56,5V. So können die Balancer des Li-Akkus in Ruhe ihre Arbeit tun und alle Zellen im
Akku gut ausbalancieren, ohne von einem zu großen Ladestrom überfordert zu werden,
wobei dann oft einzelne Zellen überladen würden und richtig schnell kaputtgehen
könnten.
Die zwei Elektrolyt-Kondensatoren (Elkos) mit 100µF/100V puffern die Schaltung
gegen Störeinflüsse ab. Wegen ihnen gibt es beim Einstecken des Li-Akkus jedesmal
einen kleinen Funken, wobei sich diese beiden Elkos zunächst erst einmal aufladen.
Also nicht erschrecken, dieses Fünkchen ist völlig normal.
Die verwendeten 24V-Print-Umschalt-Relais sind sehr robust und können bis zu 16A
vertragen. Da die Relais-Kontakte bei diesen großen Spannungen schnell durch
Funkenbildung verbrennen, wird ihre Lebenszeit, durch einen passenden FunkentstörFolienkondensator, hier mit 0,22µF/400V, deutlich verlängert.
Die 1N4007 Hochstrom Dioden schließen die gefürchteten HochspannungsStromstöße kurz, die sonst immer nur beim Ausschalten der Relais auftreten würden.
Ohne diese Dioden würde die Schaltung durch Spannungs-Spitzen negativ beeinflusst
oder es könnten empfindliche Bauteile sogar dabei zerstört werden.
Über den 150K Ohm Widerstand wird eine Hysterese von ca. 3 Volt erzeugt. Dadurch
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bleibt die Schaltung stabil und kippt nicht so schnell gleich wieder zurück, was zu
einem unkontrollierten Flackern führen könnte, das die Relais-Kontakte dann sehr
schnell zerstören würde. Auch der kleine Elko mit 22µF puffert die Basis von
Transistor 1 zusätzlich ab. Auch er hilft mit die Schaltung gegen Spannungs-Spitzen
oder -Löcher stabil zu halten.
Nachwort:
Wir wünschen euch, dass ihr viele viele Jahre sehr viel Freude mit diesem Regler
haben werdet. Denn schon heute könne die Elektromobilität sehr viel effektiver und
ökologischer sein, wenn wir sie nicht ausschließlich aus der Steckdose nachladen
müssten. Denn konventionelle Stromanbieter arbeiten meist mit einem sehr
schlechtem Wirkungsgrad für die Umwelt. Es wird bei der Stromerzeugung oft so viel
Abwärme produziert, dass unterm Strich, von der eingesetzten Energiemenge,
vielleicht bestens noch 50% übrig bleiben.
Aber auch jeder noch so ökologische Öko-Stromanbieter ist auf das öffentliche
Strom- Versorgungsnetz angewiesen, bei dem bekanntlich durch die weiten
Transportwege und Umspannwerke auch sehr große Verluste (bis zu 35%) einfach in
Kauf genommen werden.
Das Ganze ginge natürlich auch mit einer Solaranlage inkl. Pufferspeicher und einem
230V-Spannungswandler in dem wir dann unser gewohntes 230V-Lithium-Ladegerät
einstecken können. Leider sieht es aber auch in solch einer Insel-Solar-Anlagen mit
der Effektivität nicht viel besser aus. Hier wird üblicher Weise mit dem Solarstrom
erst einmal die 12V oder 24V Pufferbatterie aufgeladen, dann auf 230V
hochtransformiert, nur um durch das 230V-Lithium-Ladegerät wieder auf die
jeweilige Akkuspannung runter transformiert zu werden. Umständlicher geht’s wohl
leider kaum, und jedesmal gibt es dabei viele unnötige Verluste.
Eine Bleibatterie hat beim Aufladen nur einen Wirkungsgrad von max. 80%, selbst ein
noch so guter Sinuswandler schafft reell höchstens 90%, billige Rechteckwandler
sogar oft nur um die 70%, zuletzt nochmal das Ladegerät mit ca. 75% Wirkungsgrad,
weil es ja meist sogar noch durch einen Lüfter gekühlt werden muss. Also verlieren
wir am Ende auch fasst die Hälfte des guten Solarstroms durch all diese Prozeduren.
Die Lithium-Batterien, wie hier, direkt von der Sonne wieder nachzuladen ist natürlich
am aller effektivsten, weil es hierbei nun so gut wie gar keine Transport oder
Umwandlungsverluste mehr gibt.
Jahrelang haben wir immer nur die schwarzen Kisten aus China an unsere Akkus ran
gelassen und uns keine weiteren Gedanken dazu gemacht. Wo sind nur all die Erfinder
abgeblieben. Wir Deutschen waren doch einst die größten Erfinder der Welt. Doch
zur Zeit verpennen wir eine zukunftsweisende Technologie nach der anderen. Die
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gesamte LiFePo4-Fertigung weltweit befindet sich noch immer komplett in China!
Selbst der hochgepriesene deutsche E-Bike-Mittelmotor von BOSCH hat einen Motor
„Made in China“ eingebaut.
Wenn die hiesige Industrie noch weiter verpennt heißt es um so mehr für uns kleinen
Leute die gute Sache jetzt endlich weiter voranzubringen.
In diesem Sinne, alles Gute
Solarmichel
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