Batteriespeicher Eigenbau - Akkus laden

[Papa Romeo]

https://forum.fhem.de/index.php?msg=1287348

Hab mir überlegt, dass es eigentlich wenig Sinn macht mit der Veröffentlichung des ,,BMS für 12V Akkus" zu warten bis
alles komplett ist und funktioniert.
Gerade auch dahin begründet, dass doch einige auf der Suche nach geeigneten Ladegeräten sind und gerade solche, wie
sich brain666 zugelegt und wieder zurückgesendet hatte eigentlich für diesen Zweck ganz gut geeignet sind, wenn man
sie ein wenig modifiziert.

Ich habe bereits schon länger einige 24 Volt Varianten dieser Netzteile in Betrieb (einen der ersten Flachbildschirmen
damit wieder lauffähig gemacht, Versorgung und Ladung der Akku´s meines Garagentorantriebes und einiges mehr).

Für das jetzige Projekt habe ich mir mal zwei 12 Volt/30 Ampere Netzteile (Bild 01), für gerade mal zusammen 27 Euro, zugelegt.

Links neben der Anschlussleiste befindet sich ein Trimmpotentiometer, mit dem die Ausgangsspannung in der Regel so um die
+/-5% eingestellt werden kann. Bei 12 Volt also rechnerisch von 11,4 bis 12,6 Volt, was zum Laden eines 12 Volt Akkus
natürlich nicht ausreichend ist und deshalb eine Modifikation erforderlich macht, die gewährleistet, dass die Spannung
auf einen Wert von mindesten 13,8 Volt eingestellt werden kann.

Zu meinem Erstaunen allerdings, konnte ich bei den von mir besorgten Netzteilen die Ausgangsspannung bereits bei dem
Einen von 9,6 bis 14,7 und beim Zweiten von 9,8 bis 14.8 Volt einstellen, was wiederum eine Modifikation überflüssig
machen würde, wenn man die Netzteile nur zum ,,einfachen" Laden der Akkus verwendet ohne diese Ladung z.B durch PV-überschuss
oder ähnliches zu steuern.

Ich möchte aber auf diese Ladung Einfluss nehmen können und meine Akkus mit meinem PV-Überschuss laden.
Da sich Schaltnetzteil aber nur sehr schlecht AC-seitig steuern lassen, da sie die Eigenschaft haben,
ihre Ausgangsspannung über einen weiten Bereich der Eingangsspannung konstant zu halten, muss die Steuerung
DC-seitig erfolgen. Dies kann man dadurch bewerkstelligen, dass man das oben schon angesprochene
,,Trimmpotentiometer" elektronisch bzw. softwaretechnisch steuerbar macht.

Dazu gibt es auch schon jede Menge Bausteine, deren wir uns bedienen können. Steuerbar über Up/Down Eingänge oder über I2C.

Beispiele wären da X9C103, MCP 4151, MCP 4132, AD 5220.

Ich hab meine Modifikation so ausgelegt dass hier der gängigste Wert, also die 10 kOhm Varianten Verwendung finden.
Damit ergibt sich eine Einstellbereich von knapp über 11 Volt bis 13,8 Volt (über Spindeltrimmer einstellbar).
Wird die Steuerung entfernt z.B. Kabelbruch, stellt sich  Ausgangsspannung auf etwa 9,6 Volt ein. D.h. die Akkus
werden im Fehlerfall nicht überladen.

Modifikation:

Bild 02:      Originalzustand vor der Modifikation.

Bild 03:      R39 (680 Ohm), R40 (1,5 kOhm), Trimmpotentiometer (1 kOhm) auslöten.

Bild 04:      erforderliche Bauteile für die Modifikation:
                    1 x Widerstand 10 kOhm
                    2 x Widerstand 27 kOhm (alternativ 1 x Widerstand 12 kOhm)
                    1 x Widerstand 68 kOhm
                    1 x 5 polige Stiftleiste 2,54 mm
                    1 x 3 polige JST- Lötbuchse gewinkelt
                    1 x Lochrasterplatine ca. 1,5 x 3 cm
                    1 x Spindeltrimmer 5 kOhm

Bild 05:      den mittleren Stift der 3-poligen JST-Buchse entfernen und an den beiden äußeren Stiften                                               
                    den 10 kOhm Widerstand anlöten.

Bild 06:      die 3 mittleren Stifte der 5-poligen Stiftleiste entfernen

Bild 07-08:  die Stiftleiste die beiden 27 kOhm Widerstände (parallel verbinden) und den     
                    Spindeltrimmer auf der Lochrasterplatine verlöten

Bild 09-10:  für R39 den 68 kOhm Widerstand, für R40 die hergestellte Lochrasterplatine und für das
                    Trimmpotentiometer die mit dem 10 kOhm vorbereitete JST-Buchse verlöten

Bild 11:      Überprüfung Umin  (10 kOhm Potentiometer anstatt Steuerbaustein)
Bild 12:      Überprüfung Umax (10 kOhm Potentiometer anstatt Steuerbaustein)
Bild 13:      Ausschnitt am Gehäusedeckel, damit dieser wieder richtig montiert werden kann.

Abgleich:

Die maximale Ausgangsspannung wird erreicht, wenn, wie im Testaufbau, das Potentiometer den geringsten Widerstand,
also etwa 0 Ohm aufweist. Ist das der Fall, wird mit dem Spindelpotentiometer die Ausgangsspannung auf etwa 13,8 Volt
eingestellt. Die Umin ergibt sich dann durch die Bauteil-Bemessung mit etwa 11 Volt automatisch.

Optionale Modifikation:

Bei den von mir genutzten Netzteilen ist es so, dass der Lüfter einfach parallel zum Ausgang gelegt ist. D.h. wiederum,
dass wenn man das Netzteil ausschaltet, die Lüfter durch die Rückspannung der Akkus lustig weiter laufen.

Abhilfe ist in den Bildern 14-15 dokumentiert.

1.    die JST-Buchse von FAN1 auslöten und an der Stelle wo FAN2 steht einlöten
2.    die Positionen D9/D10 mit zwei Gleichrichterdioden (1N4001 ö.ä.) bestücken
3.    in die Position C32 einen Elko 47uF/25V und in die Position RT2 eine Brücke einlöten
4.    Bild 16: in die Position R37 eine Brücke oder je nachdem wie stark man die Lüfter-Geräusche unterdrücken
        will einen Widerstand von 2,2 bis 10 Ohm einlöten.

Wie gesagt, ich arbeite schon länger mit diesen Netzteilen und habe mir vor einiger Zeit mal eine kleine Platine
(Bild 17) erstellt die über einen ESP12 bzw. optional dazu einen NRF24l01 ein digitales Potentiometer, sprich
MCP 4151, steuert. Ich hab noch so zwei, drei übrig      ... wer also Bedarf hat ...


So, das war´s erst mal.

LG
Papa Romeo

[pula]

Respekt für die Projekte, die Du immer wieder aus dem Hut zauberst!

[Papa Romeo]

Hallo pula,

danke für die Blumen  .

LG
Papa Romeo

[Papa Romeo]

Hier das Ganze dann auch noch schaltungstechnisch ...

LG
Papa Romeo

[KölnSolar]

Wie immer interessant und Hut ab.
Grüße Markus

[Papa Romeo]

Wie immer interessant und Hut ab.
Grüße Markus

OT:

Hallo Markus,

denke ist einfach meine Art ... testen, probieren ... funktioniert´s, funktioniert´s nicht ... wenn nicht warum ... wie bekommt man es zu funktionieren ...
Die Projekte entstehen einfach aus den Problemen, die sich ergeben wenn man irgendwas bewerkstelligen will ...
... und wenn´s dann Lösungen gibt ... warum in aller Welt, soll ich Diese dann für mich behalten ...

Es haben schon einige gemeint ich soll mein PayPal-Konto (Art Kaffee-Kasse) angeben und sie würden mir was zukommen lassen, aber ich hab dann das Gefühl,
dass ich die Projekte bezahlt haben will ... will ich nicht...

LG
Papa Romeo

[KölnSolar]

30A ist ja schon ne Hausnr.

Dummyfrage: Stellt sich der Ladestrom über die Ladespannung ein ? Bzw. wie wird "Dein BMS" messen und steuern ?

(Ich stoße gerade mit meinem Aufbau u. preiswertem KfZ-Ladegerät an die Grenzen, da, wie beim Kfz, gleichzeitig mit dem Laden Leistung entnommen wird u. bekomme den Akku nicht mehr voll. Ich erwäge daher per Relais bei Solarüberschuss die 12V-Verbraucher auf ein Netzteil umzuswitchen. Dann werde ich einen fetten Elko[vorhanden aus defekten Solarwechselrichtern] auf die Verbrauchseite legen müssen, um USV sicherzustellen. Geht das so einfach, was sich der Laie(ich) da denkt ? )

[Papa Romeo]

Dummyfrage: Stellt sich der Ladestrom über die Ladespannung ein ? Bzw. wie wird "Dein BMS" messen und steuern ?

...geht nur über die Ladespannung. Deshalb der Umbau zur Steuerung der Ausgangsspannung. Ich bin noch am Austesten,
ob ich für die Messung der Ausgangsspannung/Ladestrom PZEM´s oder INA´s verwende.
INA´s wären mir lieber, aber da besteht das Problem, das ich bei einem Zweig Diese galvanisch trennen muß.

Ich erwäge daher per Relais bei Solarüberschuss die 12V-Verbraucher auf ein Netzteil umzuswitchen.

Hast du eventuell die Möglichkeit über zwei "Akkubänke" zu arbeiten. Die erste Bank wird geladen, die Zweite versorgt die Verbraucher.
Zum Wechsel beide kurzzeitig parallel schalten und dann die Zweite zum Laden freigeben und die Erste versorgt die Verbraucher.

LG
Papa Romeo

[KölnSolar]

No, nur eine. Bin ja im Testmodus.

[Papa Romeo]

Ich erwäge daher per Relais bei Solarüberschuss die 12V-Verbraucher auf ein Netzteil umzuswitchen. Dann werde ich einen fetten Elko[vorhanden aus defekten Solarwechselrichtern] auf die Verbrauchseite legen müssen, um USV sicherzustellen.

Schau dir mal die Schaltung im Anhang an. Mit fetten Elko´s rumbasteln ist immer so ne Sache und da du eh ein Relais verbauen willst.
Gibt da schöne KFZ-Relais mit Wechsler bis zu 30/50A Schaltleistung. Dioden mit 30 oder 50A sind allerdings schwer zu bekommen.
Aber halb so wild. Einfach z.B. drei, vier oder fünf 10A Dioden parallel schalten geht auch. Ja nachdem was deine Verbraucher an Strom ziehen.

LG
Papa Romeo

[KölnSolar]

Morjen. Hast Du das Schaltbild jetzt "schnell" selbst gemalt ? Wenn ja, mit welchem Tool. Suche schon immer nach einem Tool, um einfache Schaltungen zu visualisieren.

Da hast Du mich mit der Leistungsfrage ganz schön nachdenklich gemacht.  Es werden 2 Zweige werden: 1*Kleinstspannung mit Dauerkleinverbrauchern < 10A Die habe ich bisher aktiv an der altersschwachen Starterbatterie laufen. Heftig wird dann der 2. Kreis über 1,2 kW 230VAC Wechselrichter. Diesen als Nacht(1kW-Wasserkocher u. Kühlschrank) u. Notstromversorgung mit Stromspitzen über 100ADC . Sind zwar unkritisch bzgl. USV, also Unterbrechungsfreiheit unwichtig, aber eine gesteuerte Trennung/Wechsel würde eher auf der AC-Seite Sinn machen. Dann ist man aber vergleichbar Notstromlösungen mit div. Schützen auch bei einem ordentlichen Installationsaufwand, um zu 100% sicherzustellen, dass die beiden Wechselstromkreise auch im Fehlerfall niemals eine (allpolige) Verbindung haben.
Muss da noch weiter recherchieren, wie sich das am einfachsten realisieren lässt. Vielleicht einfach nur manuell umschalten ? 

Vielleicht gucke ich jetzt auch erst einmal nach einer Neubatterie, um da Erfahrung zu sammeln. Beim Testbetrieb des Kühlschranks hatte ich mir(wohl mangels ausreichender Batteriespannung) das Klixon der Anlaufsteuerung zerschossen. Klixon bekam ich nicht einzeln, so dass ich die Anlaufsteuerung komplett tausschen musste. Erfahrung gesammelt....    

Hast Du eine Idee zum Wirkungsgrad Deines Eigenbau-Ladegeräts ?

Grüße Markus

[RalfRog]

Nur als Idee, falls du sie nicht schon selber hattest.
Vielleicht lassen sich Anregungen im Bereich Solarstrom bei Wohnmobilen holen. Die müssen ja auch große Ströme im 12V-Zweig händeln.

[Papa Romeo]

Morjen. Hast Du das Schaltbild jetzt "schnell" selbst gemalt ? Wenn ja, mit welchem Tool.

Ja, schau in deine PN !

Hast Du eine Idee zum Wirkungsgrad Deines Eigenbau-Ladegeräts ?

Hab ich jetzt beim 12V-Projekt noch nicht gemacht. Aber ist dann leicht festzustellen, da ich im AC-Kreis sowieso
einen PZEM-004 zwischenschalte, da ich für die Überschuß-Steuerung ja wissen muss, wie viel Leistung ich gerade
in die Batterien pumpe. DC-seitig muss ich die Spannung und den Strom ebenfalls wissen, um die beiden Kreise (bei 24Volt)
spannungsmässig und bei eventuell erforderlicher Parallelschaltung von Ladegeräten diese strommässig an einander anpassen
zu können.

Bei meinem 24-Volt Projekt für meine beiden 29.4V/50A Lithium-Blöcke hatte ich das irgendwann einmal bestimmt, aber ich weiß
es leider nicht mehr. Kann ich im Moment auch nicht bestimmen. Ich muss hier DC-seitig nicht messen, da ein 7S-BMS die
Ladung steuert.

LG
Papa Romeo

[KölnSolar]

PN bekommen. Danke.

Ich fragte halt deshalb nach dem Wirkungsgrad, weil ja interessant, ob es unabhängig von meinem Ladeproblem, bei schlechtem Wirkungsgrad auch Sinn machen würde den Verbrauchszweig bei Solarüberschuss abzuklemmen. Meine Messdaten sind da sehr interpretationsbedürftig. Gefühlter Wirkungsgrad bei nur 10%    Liegt aber vermutlich nur an der altersschwachen Batterie. Heute mal flugs eine 7,2 Ah geladen und da sahen die Daten plausibel aus(ich nehme an, dass Standardgeräte so 70-85% liegen). Jetzt habe ich erst einmal für meinen PKW eine neue AGM bestellt, da die vorhandene im Winter das zeitliche segnen wird. Vor ihrem Einbau werde ich sie ausgiebig als Heimspeicher testen.   

Nur als Idee, falls du sie nicht schon selber hattest.
Vielleicht lassen sich Anregungen im Bereich Solarstrom bei Wohnmobilen holen. Die müssen ja auch große Ströme im 12V-Zweig händeln.

Anregungen habe ich da schon her. Aber konkretes Ab-/Zuschalten bei unterschiedlichen Spannungsquellen hatte ich dort noch nicht gesucht. 

Grüße
Markus