Laden einer Bleibatterie über Solarladeregler und Konstantstrom

Hi,

was fehlt sind genauere Werte der verbauten Komponenten (StepUp-Wandler, Solarladeregler, Solarpanel, ...) für eine genauere Analyse.

Wieso hat bei dir der StepUp-Wandler 14,4V DC? Der lädt doch nicht den internen Akku sondern speist den Laderegler? Die Spannung könnte dann doch höher gewählt werden, aber nicht über die max. Spannung vom Solarladeregler gehen. Ich erwähne das deshalb, weil der StepUp einen Spannungsunterschied braucht.

In den Pluszweig StepUp-Wandler und Solarpanel zum Solarladeregler würde ich lieber einen Umschalter einbauen, da es zu Spannungsunterschieden kommen kann.

Anschluss Extern 12V (Eingang) hat eine Verbindung zum Verbraucher, da kann noch einen Verpolschutz (z.B. Mittels Diode) einbauen werden oder einen Stecker/Buchse der verpolungssicher ist (nur eine Steckrichtung).

Wenn der interne Akku leer ist und du klemmst einen vollen Akku an, dann könnte ein sehr hoher Ausgleichsstrom fließen!? Der könnte einiges killen Der Solarladeregler wird vermutlich dann den Strom begrenzen? Aber hält das der StepUp-Wandler dann auch aus?

Wofür dienen denn der Kondensator (und die Spule (Relais))?

Wo lägen die Nachteile?

Ich finde das Ganze etwas aufwändig. Solarpanels sind meist nicht so effektiv und funktionieren nur bei Sonneneinstrahlung. Solarladeregler und StepUp-Wandler haben einen Eigenstromverbrauch.
Da wäre mir ein Akku mit Spannungsanzeige und Ladebuchse lieber.
Auf der anderen Seite haben gerade solche Konstruktionen ihren Reiz

Ist es problematisch, StepUp-Wandler unter Vollast laufen zu lassen?

Auf Dauer schon. Dann sollten dieser aktiv gekühlt werden. Schwierig in einer Box.

Hey,
Danke für deine Antwort!

Das Solarpanel hat eine Nennleistung von 20W (wahrscheinlich optimistisch, aber kann man ungefähr mit rechnen). Der Solarladeregler ist ein einfacher PWM-Regler und verträgt laut Hersteller bis zu 20A über den Eingang.

Akku ist ein 12V 15Ah Bleivliesakku, laut Hersteller mit bis zu 4,5 A bei 14,4 - 14,9V Ladeschlussspannung ladbar.

StepUp-Wandler ist noch nicht festgelegt, ich habe mir gedacht, vielleicht einen Buck-/Boost-Wandler mit Strombegrenzung zu verwenden. Das sollte die Ausgangsspannung ja konstant auf dem benötigten Wert halten, egal ob die Versorgungsspannung (extern) höher oder niedriger ist, oder? Ich spreche jetzt nicht von einem einfachen StepUp, sondern von einem Wandler, der in beide Richtungen funktioniert. Mit Strombegrenzung (falls ich sowas finde) sollte es ja möglich sein, den Ladestrom auf 2 bis 3A zu begrenzen. Ausgleichsströme sollten dadurch doch verhindert werden, oder? Der Wandler würde dann ja nur den Strom ziehen, auf den er begrenzt ist.

Stecker wird ein Hohlstecker, also verpolungssicher. Dioden zwischen Wandler und Laderegler und Solarpanel und Laderegler sollen schädliche Ströme "in die falsche Richtung" verhindern; in der Beschreibung des Solarpanels ist angegeben, dass eine "Schattendiode" eingebaut ist, funktioniert diese dann auch gegen Ströme von Wandler Richtung Solarpanel?

Umschalter bzw. Relais wäre aber sicherlich auch eine Möglichkeit. Das gesamte Konstrukt soll nach Möglichkeit so einfach zu bedienen sein wie möglich, daher soll dem Benutzer so viel wie möglich abgenommen werden, also nach Möglichkeit keine verzichtbaren Schalter und Buchsen.

Da das ganze eine Festival-Musikbox werden soll, ist die Möglichkeit des autarken Betriebs über Solarenergie wichtig, daher das Solarpanel. Es soll aber auch sowohl über eine Batterie als auch über ein Netzteil betrieben/ geladen werden können. Ich habe dazu bereits etwas in dem ursprünglichen Thread geschrieben:

Noch einmal zum Konzept; es gibt zwei verschieden Betriebsmodi: Batterieversorgung (Standalone). Die Verbraucher werden über die Batterie betrieben und diese im Betrieb vom Solarladeregler über die Solarzellen aufgeladen. Es liegt keine externe Spannung an. Externer Betrieb. Dieser unterteilt sich in: Betrieb über eine externe mobile Spannungsquelle (Batterie in den meisten Fällen). Sollte die Sonneneinstrahlung nicht ausreichen, um einen Betrieb zu gewährleisten und die interne Akkuspannung zur Neige gehen, kann eine externe Batterie angeschlossen werden. Über diese Spannung werden die Verbraucher betrieben. Wahlweise kann per Schalter der StepUp-(Boost-)Wandler eingeschaltet werden, der (zusammen mit den Solarzellen) den internen Akku über die externe Batterie auflädt. Verwenden eines Netzteils, wenn Netzspannung vorhanden ist. Primär zum Laden, aber auch für Indoor-Verwendung (keine ausreichende Sonneneinstrahlung, um den internen Akku zu laden/ den Betrieb zu gewährleisten). Ein 12V-Netzteil wird angeschlossen, die Verbraucher laufen über dieses Netzteil. Per Schalter kann der StepUp-(Boost-)Wandler eingeschaltet werden, um den internen Akku über das Netzteil zu laden.

Dies erklärt auch die Verwendung des Relais und des Kondensators: Das Relais schaltet bei anliegender externer Spannung die Verbraucher auf diese Spannung um, der Kondensator puffert, um ein eventuell angeschlossenes Schaltnetzteil zu entlasten (Impulsströme etc. sollen vermieden werden).

Mein Problem bzw. Dilemma bei der ganzen Geschichte ist folgendes (ich habe das mal versucht in drei Umsetzungsszenarien zu erläutern):
- Baue ich eine externe Ladebuchse ein, ist der Betrieb während des Ladens eventuell nicht gewährleistet und die Solarpanels müssten eventuell abgeschaltet werden, damit das dann extern angeschlossene Ladegerät nicht eventuell Schaden nehmen könnte. Alternativ Diode, die die Ladespannung aber etwas absenkt -> Akku wird nicht voll geladen. Außerdem Ladeschlussspannung dieses Akkus bei fast 15V und nicht 14,3X. Laden nur mit 230V Netzstrom und Mitführen des Ladegeräts notwendig. Ladegerät kostet Geld.

- Fester Einbau von Ladegerät und Netzteil, Anschluss von 230V Kaltgerätestecker an das Gerät und interne weitere Verschaltung. Der Benutzer bekommt zwar nichts mit, jedoch platzraubender, schwerer, evtl auch teurer und 230V im Gehäuse, muss ja auch nicht unbedingt sein. Selbes Problem mit der Ladeschlussspannung und den Solarpanels. Zusätzliche Schwierigkeit, den vollen Ladezustand zu erkennen, da Ladegerät eingebaut. Außerdem Anschluss von externer Batterie nur über zusätzliche Anschlüsse und Dioden/ Relais möglich, wieder aufwändiger. Kein Laden im mobilen Betrieb (über Batterie/ KFZ/ sonstige 12V)

- In diesem Thread diskutierte Umsetzung: Externe Versorgungsspannung schaltet Relais um, Verbraucher werden nun über diese Spannung betrieben. Per Schalter ist ein Wandler einschaltbar, der über den Solarladeregler die Batterie auflädt. Die Ladeschlussspannung ist präzise einstellbar, dieses Problem wäre also mMn. gelöst. Die Schaltung würde nicht unterscheiden müssen, ob externe Batterie oder 12V Netzteil angeschlossen ist. Nur eine Buchse wird benötigt, keine zusätzliche Ladebuchse. Die Ruheströme sind zu verschmerzen, da davon ausgegangen wird, dass bei Externbetrieb genügend Kapazität vorhanden ist. Niedrigerer Wirkungsgrad, dafür auf dem Papier günstiger und für den Benutzer einfach. Laden der Box über Batterie/ KFZ/ Sonstige 12V ist möglich, während über das Solarpanel zusätzlich aufgeladen wird. Ladezustand ist über den Solarladeregler ablesbar (da gibts soweit ich weiss eine Leuchte für, kann den auch mal hier verlinken, falls relevant).

Vorteile der letzten Methode sind meiner Meinung nach, dass nicht Ladegerät und Netzteil für einen reibungslosen Betrieb (ich bin mir zwar nicht sicher, denke aber, dass es Probleme bei gleichzeitigem Laden und Betrieb geben könnte) mitgeführt werden müssen, keine Basteleien mit 230V notwendig sind, Gewicht und Kosten gespart werden und ein Laden unterwegs möglich ist. Daher meine Fragestellung und der Thread.

Was meint ihr dazu?

Okay, bisschen viel Text

Solarpanel: 20W ist sehr optimistisch, dass ist unter optimalen Bedingungen und die herrschen in unseren Breitengraden nicht. Außerdem scheint die Sonne nur tagsüber. Vom Gefühl würde ich mit etwa 10W bei 4h/Tag und 5W bei 4h/Tag rechnen, dann sollte der komplett leere Akku in etwa 3-4Tagen aufgeladen sein.

Solarladeregler: Interessant wäre noch die max. Eingangsspannung. Verkraftet dieser auch die, von dem StepUp-Wandler kommende, Impulsspannung? Darf man, und dass ist sehr wichtig, am Solarladeregler eine andere Stromquelle als das Solarpanel anschließen? Nenn am besten mal den Typ.

Akku: Da würde ich nicht über 14,5V gehen, da es sonst Probleme geben kann. Besser schonend laden, dann lebt der Akku auch länger.

Buck-/Boost-Wandler mit Strombegrenzung: Klingt teuer. Als primitive Strombegrenzung konntest du eine 12V-Glühbirne in die Plusleitung vor den StepUp-Wandler einbauen.

Schattendiode: Müsste eine Bypass-Diode sein ( http://www.photovoltaik.org/wissen/bypass-diode ).

"So einfach wie möglich": Der Schalter vor dem internen Akku müsste eigentlich ständig an sein, damit geladen werden kann. Der internen Akku dient als Puffer, es wäre daher schlecht, wenn der Verbraucher an ist und der internen Akku über den Schalter abgeklemmt, dann versorgt nur das Solarpanel, über den Solarladeregler, den Verbraucher.
Wäre es nicht dann sinnvoller den Schalter ganz wegzulassen oder mit dem Solarpanel zu koppeln, so das dieser mit abgeklemmt wird?

Dilemma (1): Du könntest die Ladebuchse direkt an den internen Akku anschließen, evtl. eine Zigarettenanzünderbuchse, dann hättest du einen doppelten Nutzen. In die Box dann noch ein Staufach für das Ladegerät.
Paralleles laden sollte eigentlich keine Probleme machen, es müssen halt das Ladegerät und der Solarladeregler aufeinander passen.

Dilemma (2): Ladegeräte sind nicht so schwer, ein passenden Netzteil schon eher. Das Ladegerät direkt an den internen Akku anklemmen. Gute Ladegeräte haben entsprechende Schutzschaltungen, ein kleines würde auch reichen (=günstiger <30€). Der Verbraucher wird dann über den internen Akku versorgt und das Ladegerät lädt nur.

Dilemma (3): Im Gegensatz zu Dilemma (1) + (2) kann man hier alles über eine 12V-Buchse lösen. Du willst vermutlich keinen Spannungswandler 12V auf 230V in die Box einbauen?

Hey,

Kurze Erklärung zu dem Schalter: Hab das in der Skizze nicht richtig aufgezeichnet. Soll ein 2-poliger Schalter werden, der sowohl Akku als auch Solarpanel gleichzeitig schaltet. Zweck ist, dass die Box auch mal etwas länger gelagert werden kann, ohne dass der Solarladeregler mit seinem Ruhestrom den Akku leersaugt.
Edit: Habe ich noch vergessen: Der Schalter ist quasi durchgehend eingeschaltet (soll ein Schlüsselschalter werden, damit nicht aus Versehen ausgeschaltet wird). Nur für längere Lagerung wird der Schalter ausgeschaltet.

Buck-Boost-Wandler kostet circa 10€, wäre verkraftbar.

Mir wäre es halt schon recht wichtig, dass man auch mobil laden kann. Ein 230V-Wandler wäre noch eine Idee, allerdings auch wieder mit Kosten verbunden, müsste ich nochmal durchrechnen. Wäre nur meiner Meinung nach unsinnig, dann von 230V -> 12V -> 230V -> 14,4V zu transformieren.

Danke für deine Antwort!

Eine gute Lösung mit dem Schlüsselschalter

Wäre nur meiner Meinung nach unsinnig, dann von 230V -> 12V -> 230V -> 14,4V zu transformieren.

Stimmt, würde aber den Zweck erfüllen So ein Wandler von 12V auf 230V: http://www.amazon.de...Cnder/dp/B00JGJL4ZQ/
Externer Akku 12V -> Wandler 12V auf 230V (intern verbaut) -> Ladegerät (auch intern) 230V auf 14,4V -> interner Akku 12V.
Dazu brauchst du Wandler und Ladegerät, vielleicht wäre ein Zweitbatterielader besser geeignet und günstiger?
http://www.amazon.de...der-1/dp/B003A639YA/

Hier habe ich noch einen Laderegler gefunden, wo man Solarpanel/Netzgerät anschließen kann, das wäre vielleicht besser geeignet als ein reiner Solarladeregler: http://www.voelkner....er-12V-Baustein.html

Der Zweitbatterielader ist mir ehrlich gesagt zu teuer. Solarladeregler halte ich schon für sinnvoll, kostet auch nicht mehr als der von dir verlinkte Baustein, der laut Datenblatt aber nur 1,5A verträgt (wäre zu wenig für Solar + Ladegerät).

Macht es vielleicht Sinn, den Buck-Boost-Wandler direkt mit der Batterie zu verbinden? Geladen wird ja sowieso mit konstanter Spannung, und der Wandler, den ich mir bestellt habe, hat eine LED, die anzeigt (wenn ich alles richtig verstanden habe), dass der Ladestrom bei vollem Akku abgefallen ist. Müsste im Prinzip auch gehen, oder?

Von der Box sollen wahrscheinlich mehrere gebaut werden, eine Kostenminimierung wäre daher auf jeden Fall notwendig, daher versuche ich so geizig wie möglich zu planen

Danke für deinen Input!

Immer wieder gern.

Macht es vielleicht Sinn, den Buck-Boost-Wandler direkt mit der Batterie zu verbinden?

Das müsste auch gehen, kommt auf den Wandler drauf an. Schutzschaltung, solche wie in Ladegeräten, fehlen dann aber.

Von der Box sollen wahrscheinlich mehrere gebaut werden, eine Kostenminimierung wäre daher auf jeden Fall notwendig, daher versuche ich so geizig wie möglich zu planen

Bitte nicht zu sehr geizen. Wenn du mehrere baust, dann wahrscheinlich nicht alle für dich? Investierte lieber mehr in die Robust- und Sicherheit, bevor nachher noch was passiert, denn du bist einer der Verantwortlichen sollte was passieren. Aber keine Angst, es ist eher unwahrscheinlich, dass was größeres passiert.

Natürlich wird nicht an der Sicherheit gespart, das ist klar. Sollte etwas unsicher/ gefährlich sein, nehme ich natürlich davon Abstand. Bei der von mir geplanten Schaltung sollte aber eigentlich nichts gefährlich sein, solange man den Akku nicht überlädt dürfte doch eigentlich keine Gefahr bestehen, oder?

Ein Überladeschutz sollte im Solarladeregler sein. Beim StepUp-Wandler (direkt an Akku) nicht die Ladespannung zu hoch stellen, dass müsste ein überladen verhindern. Etwa 14,5V Ladespannung und wenn der Akku voll ist ca. 13,8V Erhaltungsladung, dafür wäre halt ein Ladegerät empfehlenswert, da hiermit automatisch geregelt wird. Hier am besten ein wenig testen.

Als Gefahrenpunkt (aus Sicherheit bezogen) sehe ich auch den internen Akku, den externen Akku und vielleicht noch den Kondensator. Hier hast du aber Sicherungen eingebaut, die schützen vor einem Kurzschluss. Schön dicht am Akku anbringen und gut isolieren, falls ein Draht auf beide Pole des Akkus fallen sollte

Bedenken hätte ich, ob die Bauteile robust genug gegen Störungen sind. Das kann man teilweise nur durch testen herausfinden.

Ich bin doch nochmal in mich gegangen und habe mir das alles überlegt, vielleicht ist ein externes Ladegerät plus Ladebuchse doch die einfachere Lösung und auch besser für den Akku auf längere Zeit. Die Möglichkeit des Externbetriebs überlege ich mir auch nochmal, hab das in der Praxis noch nie gebraucht...

Was haltet ihr von der Angabe des Herstellers, dass der Akku (12V 15Ah Blei-Vlies/ AGM) mit bis zu 4,5A geladen werden darf? Habe viele Ladegeräte mit entweder 0,8 oder 3,8 A Modi gesehen, alle so um die 20€ im Preis... Hätte jemand mit sowas Erfahrung und/ oder eine Empfehlung für mich?

Danke für die Hilfe!

Du kannst das Ganze auch Modulweise bauen. Die Festivalmusikbox mit Akku und Verbraucher, eine Solareinheit mit Solarpanel und Solarladeregler, eine externe Akkueinheit mit Akku und Strombegrenzer, ...
Bei der Festivalmusikbox den Akku, über eine Sicherung, an eine Ladebuchse (Zigarettenanzünderbuchse oder Hohlbuchse) anschließen. An die Solareinheit / externe Akkueinheit / ... kommt dann das Gegenstück (Stecker).

Den 15Ah Blei-Vlies mit bis zu 4,5A laden (etwa 1/3 C) wäre Schnellladen. Schonender ist 1/10 C, also ca. 1,5A Ladestrom, daran würde ich mich beim Kauf des Ladegerätes orientieren.

Bis 20€ bist du mit den H-Tronic und ANSMANN ganz gut bedient. Diese sind einfach und robust aufgebaut. Habe mehrere von diesen Herstellern. Kauf dir aber kein 300mA-Ladegerät, das bringt keine 300mA und braucht ewig zum laden
Auch ein Ladegerät, das hohe Spannungen erzeugen (>14,5V, z.B. Aktivator) ist nichts, damit könntest du die Verbraucher schädigen, wenn diese beim laden angeschlossen sind.

Danke für die Idee, aber ich möchte das ganze in einer Box haben, eine Art Powerbank mit anschließbaren Solarpanels habe ich schon.

Die 4,5A Ladestrom kamen mir auch viel zu hoch vor, ich habe mich mal umgeguckt, das AL800 soll ca. 800mA Ladestrom liefern, das wäre auf jeden Fall schonender und preislich liegt das auch absolut im Rahmen.

Danke!

Was verbraucht eigentlich deine Festivalbox?
Wann (Tag/Nacht) wird die wie lange betrieben?

Mir erscheint die ganze Stromversorgung unterdimensioniert und verkompliziert.
Mit dem 20W Solarpanel kannst du tagsüber bei Sonnenschein gerade mal ein leise dudelndes Autoradio versorgen. Deinen 15Ah-Akku saugt dieses Radio bei mäßiger Lautstärke (Annahme 36W Eingangsleistung = 3A) in spätestens 5h leer.
-> wäre ein dicker 60...100 Ah-Akku ohne sonstigen Schnickschnack nicht viel einfacher & komfortabler?

KuNiRider (Beitrag #14) schrieb:

Was verbraucht eigentlich deine Festivalbox?

In der Box wird ein Class-D-Verstärker mit maximal 2*10W Ausgangsleistung verbaut. Dazu ein Bluetooth-Usb-SD-FM-Modul (die wurden hier letztens häufiger mal verlinkt), das wird auch nicht über 1W ziehen.

KuNiRider (Beitrag #14) schrieb:

Mir erscheint die ganze Stromversorgung unterdimensioniert und verkompliziert. Mit dem 20W Solarpanel kannst du tagsüber bei Sonnenschein gerade mal ein leise dudelndes Autoradio versorgen.

Meinst du? Ich bin mal konservativ von 4h/Tag mit 10W Ertrag und 4h/Tag mit 5W Ertrag ausgegangen und hab mit verschiedenen Lautstärken gerechnet, eine Laufzeit von über 40h ist in den meisten Fällen drin. Und ein Autoradio möchte ich auch gar nicht versorgen/ einbauen.

KuNiRider (Beitrag #14) schrieb:

-> wäre ein dicker 60...100 Ah-Akku ohne sonstigen Schnickschnack nicht viel einfacher & komfortabler?

Wäre deutlich zu schwer, preislich auch nicht rentabler und hat nicht den WOW-Effekt, den eine autarke StandAlone-Solarbox hat (meiner Meinung nach, da kann mir natürlich jeder gerne widersprechen). Gerade weil die Verbraucher im leisen Betrieb (~86dBA sind schon ausreichend, wenn man nahe an der Box sitzt und sich noch unterhalten möchte) kaum Strom benötigen (Verstärker unter 1W in diesem Szenario, das Bluetooth-Modul habe ich mal großzügig mit 2W überschlagen, den realen Verbrauch müsste ich mal messen), finde ich die Solar-Lösung eigentlich sehr passend. Ich habe mal ein Excel-Sheet mit Laufzeiten zu gegebenen Szenarien (Zimmerlautstärke, Hintergrundmusik, laute Musik, Maximalpegel) erstellt, mit optionaler Eingabemöglichkeit für Handyladungen und vorsichtshalber 30% der Batteriekapazität zwecks Tiefentladung abgezogen, bin sehr zufrieden mit der Theorie soweit, in der Praxis werde ich das ganze mal messen und in ähnlicher Form aufbereiten.

Auf jeden Fall vielen Dank für deine Antwort und deine Ideen!

Gruß

Jetzt verstehe ich den Aufwand noch weniger
Bei nur 6W Verbrauch hast du tagsüber min 8h (Festivals sind ja eher im Sommer) kein Problem und wenn du dem Akku 13Ah entnimmst, dann reicht das zusätzlich nochmal für 26h und zumindest zu meinen Zeiten war auf Festivals ja noch ab und an Livemusik und 2 h/Tag Schlaf schadet auch nicht
Somit sollte selbst ein 3 1/2 Tage Festival mit Restberieselung problemlos drin sein.
Sollte es doch länger halten müssen oder viel lauter werden, halte ich ein zweites Panel für sinnvoller, denn wenn man mit Stromanschluss campt, kann man es ja auch einfacher machen Will man eine Autobatterie leerlutschen (da kann man 20-30Ah = 40-60h rausholen), geht das mit einem popeligen 2 poligen Umschalter zwischen Akku und Verbraucher (dann kann das Panel trotzdem Laden) doch viel einfacher.