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elweb Batterie
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Erster Beitrag:
vor 1 Jahr, 3 Monaten
Letzter Beitrag:
vor 1 Jahr, 3 Monaten
Beteiligte Autoren:
Bernd Schlueter, Hotzi-47, R.M, el El, Norbert Kern

Gleichstromladen, wichtige Anforderung an Kontakte und Schalter

Startbeitrag von Bernd Schlueter am 09.09.2016 05:16

Wer einmal den gleißend heißen Lichtbogen gesehen hat, der entsteht, wenn man eine Stromverbindung, die unter mehr als 20 Ampere und 100Volt steht, auseinanderzieht, weiß, das eine einfache Trennung von Kontakten nicht möglich ist. Allerdings reicht eine Stromunterbrechung von wenigen Millisekunden, um den entstehenden Lichtbogen abreißen zu lassen. Dies war mit einer der Gründe, warum Ende des 19. Jahrhunderts sich das Wechselstromnetz gegenüber dem Gleichstromnetz durchsetzte.
Gleichstromschalter sind ungleich aufwendiger zu bauen. Kompaktere Ausführungen müssen auf komprimiertes isolierendes Gas, Isolationsflüssigkeiten, Magnetfelder zum Ausblasen des Lichtbogens und Kühlflächen zurückgreifen. Gleichstromschmelzsicherungen ersticken gerne den entstehenden Lichtbogen in Quarzsand und sind somit noch einfach zu bauen.

Teilt man den Stromweg in Tausenden oder Millionen kleinen Stromwegen auf, kann jedoch ein kleiner Bruchteil eines Kubikmillimeters genügen, den Stromfluss zu unterbrechen. Dies geschieht in den Leistungshalbleitern, die meist aus einer Vielzahl parallelgeschalteter Einzelhalbleiter bestehen, die unter dem Mikroskop oft als Matrix zu erkennen ist. Auch hier entstehen Mikro"licht"bögen, allerdings ohne Licht, weil sich diese innerhalb µs bis ns abkühlen, aber immerhin Halbleitermaterialien umkristllisieren und damit altern lassen und irgendwann, nach Millionen und gar Billionen Schaltvorgängen ausfallen lassen.
Mit Halbleitern lässt sich also Gleichstromtechnik bequem beherrschen. Nicht ohne Grund tragen die auch für Gleichstrom zugelassenen Stecksysteme nach "Typ2" Verriegelungssysteme, die ein Herausziehen unter Last unmöglich machen. Diese Verriegelung wird erst freigegeben, nachdem der Stromfluss, meist durch ein Halbleiterelement unterbrochen wurde, einfache Leistungstransistoren, IGBTs und andere spezielle Typen.
Wurde diese Verriegelung, weil sie störte, abgesägt, greift eine zweite Sicherung: Ein Kontaktstift der zwei Steuerleitungen ist kürzer ausgeführt und unterbricht Millisekunden vor dem Trennen der Hauptkontaktstifte den Stromfluss über Halbleiterelemente.
Man sollte gut überlegen, ob man an diesen Stellen manipuliert.

Die Sicherheitseinrichtungen machen Gleichstromladeeinrichtungen so teuer, aber meiner Meinung werden da Preise generiert , die völlig unangemessen übertrieben sind. Das unangemessene Geschäft mit den Ladesäulen reicht fast an das mit den Fahrzeugen heran.
Auf über 12.000 Elektroautos kommen heute 4500 offizielle Ladestationen.

Beim Induktionsladen entfällt dieser Aufwand.

Um Gleichstromnetze einfacher gestalten zu können, ist es sinnvoll, halbleitergesteuerte Strompausen von wenigen Millisekunden einzulegen, die das Abreißen von Lichtbögen ermöglichen.Für starke Induktivitäten reicht das nicht immer aus und es bedarf zusätzlicher Maßnahmen, die aber bei weitem nicht den Aufwand des heute in Wechselstromnetzen verlangten PFC erreichen.

Antworten:

Das mit den verschieden langen Stiften hab ich mir auch schon überlegt, wusste nur nicht das es das schon gibt. Was ich aber noch nicht rausbekommen hab ist wie es beim Stapler gemacht wird. Formal musst Du das Gerät abschalten und dann den Stecker ziehen wen Du ihn brauchst bevor er voll ist. Hab aber schon welche gesehen die das ohne Abschalten gemacht haben und es gab kein Lichtbogen. Meiner Meinung nach sollte die Elektronik so weit sein das sie an der Geschwindigkeit der Strom / Spannungsschwankung die bei einem Lichtbogen entsteht sofort abschaltet. Das ist zwar noch nicht die saubere Super Lösung aber der mini Lichtbogen würde im Steckergehäuse bleiben und die welche das immer tun müssen halt mal ein Kontaktpaar tauschen.

von Norbert Kern - am 09.09.2016 10:46
Die heutigen IGBTs schalten in weit weniger als einer µs ab. da kommt der Lchtbogen nicht weit und ist schon abgeschaltet. Kein Problem, das Trennen der Kontaktstifte zu erkennen. Der Lichtbogen erzeugt ein sehr hochfrequentes Spektrum, das man leicht detektieren kann. Auch Schmorstellen im Fahrzeug werden dabei detektiert. Das geht auch mit einem alten Mittelwellenradio. Sollten wir nicht wegwerfen, kann für uns sehr nützlich sein.
Der alte Hertzerzeugte mit seinen Funkenstrecken ja Wellen von 3cm Wellenlänge, also 30 Gigahertz. das schaffen nicht einmal die handies.

von Bernd Schlueter - am 09.09.2016 11:40
Zitat
Bernd Schlueter
Wer einmal den gleißend heißen Lichtbogen gesehen hat, der entsteht, wenn man eine Stromverbindung, die unter mehr als 20 Ampere und 100Volt steht, auseinanderzieht, weiß, das eine einfache Trennung von Kontakten nicht möglich ist.
.....
Mit Halbleitern lässt sich also Gleichstromtechnik bequem beherrschen. Nicht ohne Grund tragen die auch für Gleichstrom zugelassenen Stecksysteme nach "Typ2" Verriegelungssysteme, die ein Herausziehen unter Last unmöglich machen. Diese Verriegelung wird erst freigegeben, nachdem der Stromfluss, meist durch ein Halbleiterelement unterbrochen wurde, einfache Leistungstransistoren, IGBTs und andere spezielle Typen.
.....
Auf über 12.000 Elektroautos kommen heute 4500 offizielle Ladestationen.


Hallo Bernd,
bin im vielem gleicher Meinung, auch, weil ich vor langer langer Zeit mal Gleichstromlichtbogen-Löscheinrichtungen mal mit gebaut hatte. Einfaches Kupferrohr mit einer Sprengkapsel drin.
Außerdem habe ich bei der Tour de Sol 1986 mit nur 8 A aus einem Solargenerator einen sehr hübschen Lichtbogen gemacht. War schon heftig, konnte den aber ziemlich schnell löschen. Batterie ist trotzdem explodiert, na ja, alles schon mal erwähnt.

Moderne Halbleiterschalter - so hörte ich von Semikron Mitarbeitern - haben heute weniger Verluste, also Durchgangswiderstand als Relaiskontakte. Und Abschalten kann man damit freilich viel sicherer und schneller, auch Gleichströme. Das wird in vielen E-Autos auch so gemacht.

Der Typ2 Stecker ist freilich mal auch für DC spezifiziert worden. Und natürlich nur für stromloses Stecken, genau wie bei AC. Nur Tesla nimmt den modifizierten Typ2 tatsächlich für seine Supercharger und schiebt 120 kW rüber. Respekt, aber nur möglich mit besseren Kontakten, wie mir der Lieferant auf der eCarTec seinerzeit versichert hatte.
Gleichstromsteckverbinder sind nicht so einfach. Die bekannten Anderson Stecker für 50 oder mehr A sind problematisch. Steck- und lösbar eigentlich auch nur spannungs- und stromfrei. Eigentlich gemacht, um ein Gerät mehr oder weniger dauerhaft anzuschließen. Nicht für häufiges An- und Abstecken im Betrieb und nie und nimmer wenn Ströme fliessen. Mein Zivan NG3 z.B. im AX ist über Anderson angeschlossen. Einmal und fertig, sozusagen fest verbaut. Getrennt wird nur bei Ausbau, und dann strom- und spannungslos. Also keine Netzverbindung am Zivan und auch die Batterietrenner am AX-Auto raus.

Ich habe dank eigener Erfahrungen grossen Respekt vor Gleichströmen.

Ach nochwas zu den aktuellen Zahlen:
Ladestationen laut heutiger Statistik bei goingelectric: 6.759 Ladestationen mit 20.080 Ladepunkten.
Anzahl der Elektroautos am 1.1.2016: 25.502 Stück, Quelle: KBA und Wikipedia
Verkäufe von batterie-elektrischen Fahrzeugen in Deutschland im ersten Halbjahr 2016: 4357 Stück.
Mit anderen Worten: zur Zeit dürften über 30.000 reine Elektroautos in Deutschland fahren. Abziehen muss man die wieder exportierten Fahrzeuge, dürften einige Tausend sein, vor allem die Kias fehlen, die nach Norwegen gingen. Aber hinzu zählen würde ich die Twizys und andere, die in der E-Auto Zählung des KBA nicht auftauchen. Also auch alle Dreiräder wie CityEl oder Twikes.

Also sooooooo schlecht finde ich das Zahlenverhältnis Elektroautos pro Ladestation oder umgekehrt nicht. Immerhin sind viele Wohnwagenplätze mit ihren vielen CEEblau Dosen nicht gelistet, und natürlich alle privaten Heimladeboxen auch nicht. Und schließlich wird hauptsächlich zu Hause geladen. Elektriker jedenfalls, Verbrenner-Tankstellen zu Hause? Eigentlich nie.

Gruss, Roland
Auch wenn die Zeit laut einem Stein relativ ist, gefallen mir die aktuellen Zahlen besser. Mit anderen Worten: doch lieber etwas mit der Zeit gehen..

von Hotzi-47 - am 09.09.2016 20:06
Roland, die andersons haltens aber aus, zumindest stromlos. Ich hab hier 175er an den Ladern, ich schließe sie damit täglich beim Laden an und ab. Möchte dadurch eine zusätzliche Gefahrenquelle bei einem ev. Unfall verhindern. Mechanisch halten sie es stromlos ohne weiteres aus. Über die kleineren kann ich nix sagen, mag sein daß die brechen?

von el El - am 09.09.2016 21:03
Zitat
el El
Roland, die andersons haltens aber aus, zumindest stromlos. Ich hab hier 175er an den Ladern, ich schließe sie damit täglich beim Laden an und ab. Möchte dadurch eine zusätzliche Gefahrenquelle bei einem ev. Unfall verhindern. Mechanisch halten sie es stromlos ohne weiteres aus. Über die kleineren kann ich nix sagen, mag sein daß die brechen?


Hallo Konstantin,
ja natürlich stromlos. Da kann man schon häufig stecken, einige Tausend Male machen sie das mit.
Also einmal täglich. Dann sind 3000 Steckverbindungen ca. 10 Jahre. Ich kenne die Spezifikation der Anderson Stecker nicht, würde aber gerne wissen, für wie viele Steckungen.. oder so sie spezifiziert sind.

Ich denke, man sollte ganz einfach wissen, was man macht. Du weißt es, da wird es schon klappen. Denn Du steckst und trennst ja strom- und möglicherweise auch spannungslos. Na ja, wenigstens die Lader sind spannungslos, die Akkus haben ja Spannung. Oder ist da noch irgend eine Trennung dazwischen?

Gruss, Roland

von Hotzi-47 - am 09.09.2016 22:12
Hallo

Bei den Anderson ist die konstruktion ja so daß der Funke beim Stecken oder trennen an der Spitze auserhalb der Kontaktfläche auftritt. deshalb halten die Dinger bei mir eigentlich ewig.

Gruß

Roman

von R.M - am 10.09.2016 00:10
Da habe ich aber sehr im Trüben bei google gefischt und prompt hat ein alter Schuh angebissen. Nun ja, passiert jedem Angler mal.. Stand auch noch an erster Stelle.

Was macht eigentlich meine Maréchal-Steckdose? 200Ampere bei 150 Volt sind schließlich nicht wenig? Da ist doch gar nichts stromlos am Fahrzeug? Da liegt doch permanent die Spannung an .

An der künftigen HGÜ- Übergabestation in Osterrath habe ich mir mal die Lichtbögen angesehen. Irgendwann verlöschen da auch die fettesten Lichtbögen, wenn sie genug freien Platz für den "Ballon"aufstieg haben. Die sind allerdings am 50 Hz-Netz. Ob ich meinem Saxo ein paar Hörner verpasse?
Man sollte sich noch mal genauer anschauen, was die da vor über 100 Jahren konstruiert haben.Bei meinen Bauersleutfreunden existieren noch die alten schwarzen Drehschalter aus Keramik und mit Schnappmechanismus und versehen immer noch ihren Dienst.

In Geigers Zählern sind es ein paar Prozent Alkohol, die die Lichtbögen verlöschen lassen, allerdings bei wenigen µA. Bei Hochstrom nimmt man SF6, das sich ebenso bei Lichtbogentemperatur zersetzt.Magnetisch Auspusten funktioniert auch mit Neodym ganz gut.

Diese antiquierten Kontakte haben den Vorteil, dass man sieht, ob wirklich getrennt ist. Ein gezogener Stecker ist immerhin eine ziemliche Lebensversicherung.

Übrigens, wöchentlich fassen Jugendliche die 15.000Volt-Leitungen der Bahn an, Ein Riesenknall und cm-dicke kohleartige Schusskanäle bohren sich durch den Körper. Nicht wenige überleben dabei, wie auch Soldaten Durchschüsse überleben.
Das gleiche bei Blitzschlägen. Sind diese nur sehr kurzzeitig, dringen sie nicht in den Körper ein, sondern verbrennen alles über der Hautoberfläche.

Mein Induktionslader tut so etwas alles nicht und Josef Brusa hat einen sehr schönen gebaut.

von Bernd Schlueter - am 10.09.2016 03:04
Zitat
Bernd Schlueter
Was macht eigentlich meine Maréchal-Steckdose? 200Ampere bei 150 Volt sind schließlich nicht wenig? Da ist doch gar nichts stromlos am Fahrzeug? Da liegt doch permanent die Spannung an.


Hallo Bernd,
Stromlos und spannungslos sind zwei getrennte Dinge.
An den Kontakten in der Dose liegt die Spannung tatsächlich immer an.
Die zwei Signalpins sind aber für die Steuerung der Ladung vorgesehen. Der Orginal Schnelllader hat erst nach gewissenhafter Prüfung die Ladung begonnen und den Strom langsam hochgefahren.
Rausziehen des Steckers sollte man während des Stromflusses tunlichst unterlassen.
Aber natürlich trennen die Signalpins eher und unterbrechen dadurch eine oder eine halbe Millisekunde vorher den dicken Ladestrom.
Eine Technik, die auch bei CCS und Chademo üblich ist. Zur Sicherheit.
Die Mädels und Jungens haben sich was bei gedacht, als sie das konstruierten.

Gruss, Roland

von Hotzi-47 - am 10.09.2016 13:53
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