Spannungsbegrenzer

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

-hallo,

Solar-Photovoltaik, Insellösung, 12V plus Inverter 3,5Kw, 230VAC, Akkubank 10068 Ah. Alles Super. Die Akkus sind NiCd, Hoppecke HNF Hochleistungs-Industrie-Akkus, 100St. 1,2V Elemente, 780kg.
Ich hätte die Akkus nicht gekauft, wenn ich sie nicht für 250€ komplett mit Verbindern als Neuware gekriegt hätte. Der Listenpreis liegt knapp unter 10 000€. Da war mir der Memory-Effekt egal. Soweit alles super, kein Problem. Stunden bis Tagelang, hobeln, sägen, schleifen. Kurzfristig max. Laststrom 3000A. Ladestrom normal 300A.
Nicht der Memory macht Probleme, sondern der Laderegler. Bleiakkuregler taugen auch bei aller Schrauberei nicht. Das Problem ist schlicht, dass ich einen Regler brauche, der bei einer Last von 20 A Ladestrom die Photovotaik abschaltet. Das Problem sind die 15,2V-15,5V max. V (Gasungsspannung). Gefordert ist bei NiCd eine gleichmäßige Ladung, ohne irgendwelchen Firlefanz.
Mit Photovoltaik habe ich 30J Erfahrung, aber nicht mit NiCds.
Als Gegenleistung biete ich einen Besuch auf der betr. Hütte( Top-Standart)an.

#2

Hallo !

So ganz verstehe ich die Anlage und Beschreibung nicht,da geriet wohl etwas durcheinander.

  1. Nennspannung der Batterie, ist das 12 V,also 10 x 10 Zellen in Reihe und Parallel ?
    Woher kommt denn die „krumme“ Nennkapazität des Gesamtakkus von 10086 Ah ? Was hat eine Einzelzelle an Ah ? Das müssten dann ja 1,2 V/1008 Ah sein ? Kann das sein ?

  2. Spitzenstrom 3000 A aus der 12 V Batterie?
    Bei 3500 W Konverter ? Nennstrom(nicht Ladestrom!) 300 A, das kommt hin.

  3. Solarmodule liefern welche Spannung und welchen Strom ?

MfG
duck313

#3

OT: Begriffe
Hallo Hüttengeist

Solar-Photovoltaik, Insellösung, 12V …
gibt es auch noch andere Photovoltaik Einrichtungen?

Und…
Als Gegenleistung biete ich einen Besuch auf der betr. Hütte( Top-Standart)an.
Wofür hängst du eine Standarte an die Spitze?

Verwundert
Rochus

#4

Hallo Duck,

die Akkus sind im System 12 V, haben aber eine höhere Leerlaufspannung. Es sind 10 Elemente hintereinander, in 10 Reihen parallel. Die Aufteilung in 10 Reihen erlaubt es mir die Hälfte der Bank aus dem Memoryschlaf zu holen, ohne den Betrieb zu unterbrechen. Dto. die andere Hälfte. Die tatsächliche Spannung unter knapp 10A Last liegt bei vollen Akkus bei 13,2V. Wir haben einen Inverter der 3,5kw leistet. Darauf beziehen sich die 300A Laststrom (Anlaufstrom). Die 3000A sind die rechnerische Größe, die der Akku beim extremen Schnellladen und als max. Kurzzeitlast erträgt. Herstellerangaben. Es handelt sich um Hoppecke HNF, wenn ich nicht irre. Die sind auf Extrembelastung ausgelegt. Im Original kommen die in sog. Flurförderfahrzeugen zum Einsatz. Das sind die Fahrerlosen Dinger in den Lagern, Hochregallagern, da sind extrem kurze Ladezeiten und hohe spontane Lasten gefragt. Das Problem: es gibt keine Laderegler für NiCd die mit Solar arbeiten. Klar, die Anwendung ist atypisch. jetzt habe ich das Problem, dass mit zunehmendem Memory, oder zu wenig Verbrauch, die Akkus überladen werden. Spannungen bis über 16V. Ich hau dann die Solarzellen raus.
Nur bin ich nicht immer vor Ort. Stromer sind Tüftler, ich baue drauf.
ich danke dir bli

#5

Moin,

… Akkubank 10068 Ah. …
Die Akkus sind NiCd,
Hoppecke HNF-Akkus, 100St. 1,2V Elemente, 780kg.

Wie sind die verschaltet ?
Als 12V, je 10St. in Reihe und Parallel ?
Das sind dann ~ 1000Ah bei einer 12V-Anlage.
…

Da war mir der Memory-Effekt egal.

Gibt es bei diesen offenen Nass-Akkus praktisch garnicht.
…

Bleiakkuregler taugen auch bei aller Schrauberei nicht. Das
Problem ist schlicht, dass ich einen Regler brauche, der bei
einer Last von 20 A Ladestrom die Photovotaik abschaltet.

Warum sind 20A hier ein Problem?
Sicher nicht für die Akkus.
Unsere FNC® Batterien(70-100Ah je Anlage),
werden bei Starkladung ca. 6-12h,
mit >35-40A Anfangsstrom geladen.
Du hast die 10-fache Kapazität!

Die Inbetriebsetzungsladung kann wie folgt errechnet werden:
Annahme: 100 Ah FNC Zelle
I5 = Cn / 5 h
100 Ah / 5 h = 20 A
Der entsprechende I5 bei Deiner Batterie,
(1,2V/100Ah x 10 = 12V/100Ah x 10) ~ 200A !!!

Das Problem sind die 15,2V-15,5V max. V (Gasungsspannung).

Vom Pb-Akku !

Bei einem NiCd-Akku aber nicht.

…
Gegen Ladeschluß überschreitet die Zelle die
Gasungsspannung von 1,55 bis 1,6 V/Zelle
und es beginnt bei offenen Zellen eine Überladereaktion
bei der aus dem in der Elektrolytlösung enthaltenen Wasser,
Wasserstoff- und Sauerstoffgas erzeugt wird.
…
Betriebstemperatur = - 20 bis 45°C
[http://www1.ict.fraunhofer.de/deutsch/scope/ae/nikoh…]Entsprechende Gasungspannung
wird bei einem 12V-NiCd-Akku bei 20°C Umgebungstemperatur
erst 15,5-16V erreicht.
Deine Spannung erreicht diese Grenze, gerade mal so
und ist bei 20A, im unteren Bereich für den Ladestrom.

Gefordert ist bei NiCd eine gleichmäßige Ladung, ohne
irgendwelchen Firlefanz.

Falsch.
Diese Akkus können mehr ab, als Pb-Akkus.

Bereitschaftsparallelbetrieb = 1,40 – 1,45 V/Zelle IU(Ladeerhaltung)

  • Starkladung = 1,55 – 1,65 V/Zelle
    Ladeüberwachung nötig,
    sicheres Abbruchkriterium nötig bis 1,9 V/Zelle.

http://www.hoppecke.de/content/download/284/1889/fil…
http://www.hoppecke.de/content/download/287/1898/fil…
http://www.hoppecke.de/content/download/292/1913/fil…
http://www.hoppecke.de/content/download/308/1961/fil…

Mit Photovoltaik habe ich 30J Erfahrung, aber nicht mit NiCds.

http://www.hoppecke.de/produkte/technologien/nicd
…
Das Rekombinationssystem AquaGen® ist hier aber empfehlenswert.

mfg
W.
Haben solche FNC® Batterien, als 24V-Starter für Notstromdiesel.

#6

Hi, hast du den Konverter schon gekauft?
3,5 KW bei 12 Volt halte ich für nicht die beste Lösung, nochdazu wo du viele Zellen zur beliebigen Aufteilung hast
1)Bei 24 Volt hättest du nicht nur den halben Strom (Kabelquerschnitt) sondern auch noch die Möglichkeit durch variieren der Zellenzall zwischen 18 und 21, oder was auch immer, einen handelsüblichen Laderregler zu verwenden, der für Blei oder Lithium verschiede voreingestellbare Spannungen liefert, eben je nach Akkutyp, auch lässt sich meist per Dipschalter oder Computerkonfiguration die Gasungssteuerung abstellen.
Sieh dir doch die Mppt Regler von Phocos oder von MSTE oder auch andere an.
Der Vorteil ist bei einer so kleinen Zellenspannung von 1,2 Volt Nenn, auf jedenfall, dass durch ändern der Zellenzahl du dich bestens auf die vorwählbaren Abschaltspannungen anpassen kannst.
und bei 24 oder gar 48 Volt geht das noch feiner abgestuft als bei 12 Volt.
notfalls bleiben dir ein paar Zellen übrig.

  1. Du hast Bedenken dass dir 10 Zellen überladen werden?
    ich glaube, wenn du die Gasungssteuerung ausschaltest, das nicht passiert da du bei fast allen Reglern zumindest zwischen Nass, Agm und Gel wählen kannst.
    du hast sicher eine TAbelle welcher Bleiakkutyp welche Abschaltspannung hat.
    die vergleichst du alle , mit dem was NC braucht, bei 9 10 oder 11 Zellen
    wie sieht eigentlich die Temperaturkompensation bei NC aus?
    eventuell kannst du damit den Regler auch noch weiter feintrimmen.
    Notfalls durch Austausch des Fühlers in einen Fixwiderstand
    und laden der Akkus bei konstanter Temperatur.
    erwärmt wird die BAtterie durch einen LAdestrom von 20 A wohl kaum.
    OL

PS . wo ist die Hütte? … mehr auf http://w-w-w.ms/a44wx4

#7

Die einzig sichere Lösung der Ladungsbegrenzung bei NiCd Akkus ist die Temperaturüberwachung. Der Spannungsverlauf ist unsicher. Die Delta U Erkennung ist sehr heikel und bei vielen parallel geschalteten Zellen unsicher.

Ich habe eine Temperaturüberwachung auf 20° über Umgebungstemperatur eingestellt und fahre bestens dabei
Überwacht werden mehere Zellengruppen die in thermischem Kontakt zueinander stehen.

#8

Moin,

… Die Delta U Erkennung ist sehr heikel und bei vielen
parallel geschalteten Zellen unsicher.

…
Richtig lesen !

Es geht hierbei um NiCd-Industrieakkus, 1,2V/100Ah pro Zelle.
Das sind offene Nasszellen der Fa.Hoppecke
und keine kleinen Trocken-Akkus.

Daher ist Dein Beitrag hier, unsinnig.

mfg
W.

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#9

hallo zusammen,

allen die sich Gedanken gemacht haben, herzlichen Dank. Jetzt beginnt das Sortieren der Ideen. Vieles ist mit NiCd anders, und auch schwieriger als bei Blei. Der Spannungsverlauf beim Laden und Entladen. Die Temperatur der Akkus ist kein Problem. 780kg im kühlen Keller. Was die Blubberei angeht, frage ich beim Hersteller nach.
Der Tipp auf eine höhere Spannung zu gehen, ist nicht schlecht. Zumindest bei 24V hätten wir noch Zugriff auf DC-Verbraucher (LKW,Bus). Da bin ich aber bei meinen Hüttenkameraden auf Granit gestoßen, sie könnten ja dann ihre Kühlbox nicht mehr anschließen. Heute geht fast alles mit 230V, dank dem Inverter. Bei einer sommerlichen Nutzung tritt nur an ein paar Tagen das Problem auf. Dank der großen Akkubank haben wir Strom wie aus der heimischen Steckdose. Der einfachste Regler ist der Kopf. Steigt die Spannung über 16V, Verbraucher einschalten.
Wir haben einen stillgelegten Steca-Regler, eben für Blei. Den werde ich meiner Neugierde opfern, und so lange dran rumbasteln, bie er das macht was ich will, oder bis er kaputt ist.

#10

Hallo

So wie ich das jetzt verstehe, möchtest Du verhindern, das die Solarzellen die Akkus über die Gasungsspannung hinaus überladen, wenn die Solarzellen direkt angeschlossen sind.
Der maximale Ladestrom stellt aber kein Problem dar.

Das heißt jetzt für mich, es muss die Spannung an den NiCd Zellen gemessen werden, und wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird, sollen die Solarzellen abgetrennt werden.
Wird eine bestimmte Spannung unterschritten, wahrscheinlich wieder dran usw…

Es ist zwar so, das es Ladegeräte, auch mit hohem Wirkungsgrad, fertig gibt, aber die hohen Ströme lassen mich zweifeln, ob das passt.

Müsste ich mir was selber basteln, würde ich eine Meßschaltung bauen, die einen entsprechend starken Schalter betätigt, also Mos-Fet oder Relais.
Mos-Fets gibts inzwischen sehr starke.

Ein Blei Ladegerät passt doch, zumindest was die Ausgangsspannung betrifft. Modernere stoppen auch bei der Gasungsspannung(von Pb-Akkus jedenfalls). Aber die Solarzellen werden keine Netzspannung abgeben, oder??

Anmerkung: Ein Gedanke war, es könnte sein, das die NiCd so billig waren, weil irgendwann entsorgt werden muss.

MfG
Matthias

#11

Guten Tag Matthias,

du hast alles richtig verstanden, bis auf das Ladegerät. Die Bleilader laden mit ihren Kennlinien bis zu einer Ladeschlussspannung von 14,2 bis 14,5V. Dann gehen sie mit der Spannung auf Erhaltungsladung 13,5V.
Und das sind die zwei Parameter die nicht zu NiCd passen.
Gefragt ist eine Konstantstromladung bis zur
Ladeschlussspannung von 15,5V. Im richtigen Leben wird so eine Akkubank mit 300A geladen.
Ich hab inzwischen, so glaube ich, bei ebay ein entsprechendes Teil gefunden. Ein Step down Schaltregler der mir die Spannungen kontrolliert. Fein einstellbar. Das Ganze ist kein China-Import, sondern von einem deutschen Tüftler mit bester Technologie zusammengestellt.
An die Entsorgung denke ich im Moment noch nicht.
bli

#12

Zenerdiode
Hallo,

Als Regler zum Einschalten eignet sich eine Zener-Diode.
Diese haben eine definierte Sperrspannung, bis zu dieser sperrt die Diode. Sobald diese überschritten wird, wird sie niederohmig. Damit ließe sich ein Schütz ansteuern, welches dann den Strom zu- oder abschaltet.

http://www.bilder-hochladen.eu/upload/d31b07-1344971…

LG
Chris

#13

Hallo Chris,

Als Regler zum Einschalten eignet sich eine Zener-Diode.
Diese haben eine definierte Sperrspannung, bis zu dieser
sperrt die Diode. Sobald diese überschritten wird, wird sie
niederohmig. Damit ließe sich ein Schütz ansteuern, welches
dann den Strom zu- oder abschaltet.

http://www.bilder-hochladen.eu/upload/d31b07-1344971…

Geht aber so nicht wirklich.

  1. Die Z-Diode hat ein Grundtoleranz. typisch so +/-5%
  2. Dann ist da noch ein Tk der Zehnerspnnung.
  3. Die Schaltspannung des Relais ist sehr im Breich „von … bis“.

Da braucht es etwas mehr Elektronik um das sauber hin zu bekommen.
Zudem hängt die richtig Schaltspannung auch noch von der Zellentemperatur der Akkus ab.

MfG Peter(TOO)

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