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elweb Technik
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vor 13 Jahren, 8 Monaten
Letzter Beitrag:
vor 13 Jahren, 8 Monaten
Beteiligte Autoren:
Wolfgang Jenne, Bernd Schlüter, Karl, Georg Schütz, Emil, Ingo Bösch

DC/DC Wandler

Startbeitrag von Wolfgang Jenne am 07.09.2004 22:46

Hallo,

ich bin am Ueberlegen, wie in mein Twike Li-Batterien reinkommen könnten. Das Problem ist das Laden und das Ueberwachen der 100 in Serie geschalteten Zellen. Da kam mir der Gedanke einfach 4-8 hochkapazitive TS Zellen zu nehmen und diese mit einem DC/DC Wandler auf die erforderliche Spannung zu bringen.
Hat jemand Erfahrung mit solchen Wandlern ? Der Wandler müsste eine Spannung von 12-16 resp. 24-32 Volt auf 280 bis 400 Volt bringen können (bei einer Leistung von ca. 5 kW). Die Spannungsstabilität spielt wohl nicht so eine grosse Rolle.
Ich hab mir mal Wechselricher angeschaut, da gibt es einiges zu annehmbaren Preisen, aber 230 VAC sind wohl nicht genug wenn man sie gleichrichtet.

Hat jemand eine Idee oder Erfahrung dazu ?

besten Dank und schöne Grüsse,

Wolfgang

Antworten:

Hallo Wolfgang

Moderne Wechselrichter enthalten einen DC/DC-Wandler von 12V oder 24V auf ca. 325V. Die 325V werden dann in 230V Wechselspannung umgewandelt. Du müsstest also nur den Wechselrichter öffnen und die Gleichspannung herausführen. Normalerweise arbeiten solche DC/DC-Wandler aber nur in einer Richtung. Du könntest die beim Bremsen gewonnene Energie nicht mehr in die Batterien zurückspeisen. Damit die Rekuperation weiterhin verwenden werden kann, müsste ein bidirektionaler DC/DC-Wandler verwendet werden. Vielleicht findest du einen Wechselrichter der die Batterie laden kann wenn das 230V Netz zur Verfügung steht. So ein Gerät enthält wahrscheinlich einen bidirektionalen DC/DC-Wandler.

Gruß
Ingo

von Ingo Bösch - am 08.09.2004 06:28
Hallo Wolfgang,

diese Möglichkeit hatte ich mir auch schon mal überlegt aber wegen der Kosten wieder verworfen. Ein einfacher 230 V Wechselrichter mit 5 KW Leistung kostet wohl rund 3.000 EUR. Willst Du mehr als 230 V dann brauchst Du drei die man koppeln kann um ein Drehstromnetz zu erzeugen. Ich habe ein solches Modell in meinem Wohnmobil. Du findest dazu Information dazu unter [www.victronenergy.com]
Allerdings ist das noch viel teuerer.

Da die Wechselrichter normalerweise isoliert zwischen Ein-/Ausgang sind könntest Du aber eventuell die gleichgerichteten und geglätteten DC-Ausgänge von zweien in Serie schalten. Man müsste sich das aber bei einem konkreten Wechselrichter ansehen.

Ein großes Problem dürfte aber auch das Gewicht darstellen. Ein 5 KW Wechselrichter dürfte wohl nicht unter 30 kg wiegen. Damit würde der Gewichtsvorteil von Lithium wieder verloren gehen.

Gruß,
Emil

von Emil - am 08.09.2004 06:34
Hallo Emil,

so was hab ich auch schon gefunden. Der Preis wäre etwa 500 Euro das Gewicht Pro Stück weniger als 9 kg.
(http://www.pro-umwelt.de/product_info.php/cPath/21_22/products_id/51)
Da diese Dinger geregelt sind, bin ich mir aber nicht sicher wie sie im Betrieb reagieren. (Ich möchte eigentlich gerne noch eine der alten Twike Batterien als Puffer dazwischenschalten, dann wäre die Regeneration gelöst).
Bist Du sicher, dass man zwei solche gleichrichten und in Serie schalten könnte ? Das wär ja dann viel zu viel Spannung, wie kriege ich die wieder runter ?

Gruss Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 08.09.2004 10:00
Hallo Ingo,

Deine Idee ist gut. Die Frage ist nur ob ich wenn ich so ein Ding kaufe wirklich Problemlos die DC Spannung abgreifen kann ohne dass es Probleme mit der Steuerung des Wechselrichters gibt. Das Problem mit der Rekuperation würde ich mit einem meiner alten Batterieblöcke lösen, den ich dazwischen schalten würde. Ich hätte also 2 Batteriespannungen, eine im Bereich von 20 Volt und eine im Bereich von 360 Volt wobei die hohe nur als grössere Kapazität und zum Regenerieren dienen muss.

Gruss, Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 08.09.2004 10:04
Hallo Wolfgang,

der Wechselrichter hat nur eine Dauerleistung von 2.500 W, die 5.000 W kann er nur kurzzeitig liefern. Ich hatte bei meinen Angaben nur auf entsprechende Sinuswechselrichter mit eingebautem Lader geschaut, die aber teuerer und schwerer sind. Diese hätten dann auch gleichzeitig das Laden übernehmen können. Die Wechselrichter von Victron kann man perfekt auf die Ladespannung von Lithiumbatterien programmieren. Ab natürlich reicht für Deinen Zweck auch ein einfacher Trapezwechselrichter.

Das mit dem Zusammenschalten der Wechselrichter sollte funktionieren wenn ein IT-Netz realisiert wird. Hier unterbleibt die Verbindung einer der Phasen mit der Erde und Minus der Batterie und zum Schutz muss dann ein Isolationswächter eingesetzt werden oder das Gerät hat Schutzisolierung. Bei kleineren Wechselrichtern ist das meist der Fall. Bei dem von Dir gezeigten Wechselrichter wird aber wohl ein TN-Netz realisiert sein, d.h. eine der Phasen ist mit dem Schutzkontakt verbunden. Damit kann man einen nachgeschalteten RCD zum Schutz verwenden.

Die Verbindung zwischen Phase und Erde/Gehäuse/Minus muss in diesem Falle aufgetrennt werden. Wenn eine Trennung des Minus vom Gehäuse nicht möglich ist dann kann man für beide in Serie zu schaltenden WR je einen eigenen Batterieblock verwenden deren Plus und Minus in keiner Weise verbunden sind. Dann hat man nach dem Gleichrichter zwei isolierte Gleichspannungen die man bedenkenlos in Serie schalten kann. Dies ist dann ähnlich wie bei den IVT-Ladern.

Um die Spannung in den gewünschten Bereich zu bekommen muss man wohl in diese Geräte eingreifen. Man muss erstmal sehen was nach der Gleichrichtung und der Glättung aus der Trapezspannung wird und dann gegebenenfalls das entsprechende Poti manipulieren.

Natürlich sollte man hier die Sicherheitsaspekte nicht ausser acht lassen. Der Einsatz von Isolationswächtern und entsprechenden Sicherungen scheint mir nötig um nicht bei einem Fehler das Leben zu riskieren.

Gruß,
Emil

von Emil - am 08.09.2004 11:22
Bei ebay unter [cgi.ebay.de] gibt es Spannungswandler, die eine Dauerleistung von 1200W haben und 99€ kosten. Wenn man da die 325V DC abgeift und 4-5 parallel schaltet müsste man 5kW zusammenbekommen. Vom Gewicht scheint es auch erträglich zu sein.

von Georg Schütz - am 08.09.2004 15:36
Ich stelle gerade fest, dass 2000W Dauerleistung über [cgi.ebay.de] für 189€ zu haben sind.

von Georg Schütz - am 08.09.2004 15:40
Ich gebe ja auch gerne meinen Senf dazu, auch, wenn ich manchmal recht falsch liege:
1. Die Idee mit den zwei Spannungen finde ich ausgezeichnet. Die Spitzenlast würde dabei von den Hochvoltbatterien übernommen werden, die Hauptbatterie hätte eine höhere Lebensdauer. Für die Hochvoltbatterien könnten auch Nicads, z.B. Mignonzellen konkurrenzfähig sein, die meist eine weitaus höhere Stromfestigkeit aufweisen, sodass dann sogar zwei Sätze , eine immer im Lade- die andere immer im Entladebetrieb, nötig wären. Es müsste sichergestellt werden, dass diese immer voll geladen und erst dann wieder entladen werden.
Mit Lithium wird die Vorausschau bezüglich bevorzugter Ladung oder Entladung der Batterien vereinfacht, aber entfällt auch nicht ganz. Es gibt außerdem einen ordentlichen Gewichtsvorteil und es genügt ein einziger Einrichtungswandler, was ja auch die Hauptbatterie schont. Auch in Bezug auf evtl. in ferner Zukunft zu erwartende erschwingliche Ultracaps, wäre dies eine gute Lösung, falls sich die Spannungsstabilisierung und Sinus- bzw. Trapezformung des Wandlers abschalten lässt, damit erhöht sich auch die Dauerleistung des gleichen Wandlers nicht unerheblich.. Schwankt die Kondensatorspannung um nur 30%, nutzt man bereits 50% der Kondensatorenergie (wegen W=0,5*C*U²).

2. Da ein Eingriff in den Wandler ohnehin sinnvoll ist, wäre zu prüfen, ob nicht durch simples Parallelschalten nur einiger Mosfets oder sogar IGBTs und eineszusätzlichen dickeren Trafos (im 500-Grammbereich) + Gleichrichters praktisch beliebige Leistungen zu wandeln sind. Dann reicht auch ein einziger 99-Euro-Wandler zur Ansteuerung UND zur VOLLEN Absicherung. IGBT-Module und Mosfets für 200 Ampere gibt es bei ebay billig und den Trafo zu wickeln, ist auch kein Problem (Litze wegen der Wirbelströme verwenden). Ich denke, dazu mache ich einmal einen thread auf, um Bastler anzuregen...Sozusagen ein booster, wie früher bei Verstärkern oder CB-Funkgeräten, fast zum Nulltarif (hier vielleicht 10 Euro und 200 Gramm pro kW).
Die Unterschiede in der Steuerung eines 69 Euro- und eines 5000-Eurowandlers sind oft gar nicht vorhanden. Dies erkennt man auch an den völlig abweichenden Preisen hier! Solaranlagen werden eben oft nach Leistung, nicht nach Aufwand berechnet. Solch ein Wandlerbooster sollte es schon auf über 95% Wirkungsgrad bringen.

Zu den Ultracaps, die noch unerschwinglich sind: ca 200 Stück von 2700 Farad und 2,5 Volt wiegen 80 kg und kosten noch über 10.000 Euro. Dabei speichern sie nur 0,14 kWh, wenn wir nur 30% Spannungsswing zulassen. 40 Stück speichern die Energie, die zum Beschleunigen und Abbremsen eines 500 kg schweren Geräts auf 72 km/h erforderlich sind, bei 30% Entladespannungstiefe. Gewicht also 16 kg, Dauerbelastbarkeit : 60 kW, also, für verrückte Stadtschumis ideal, die trotz wüstester Raserei sparsam fahren. Lebensdauer: viele, viele Autoleben lang ( 1 Million Halbzyklen, sprich eine Million mal voll auf 72 beschleunigen und wieder zum Stand bringen...sagt jedenfalls Epcos. Es gibt auch Konkurrenzfirmen.
Würden 10 mal kleinere Zellen zum gleichen Speicherenergie-Preis angeboten,
hätten wir das gleiche mit 1000 Euro, 10 kg und praktisch beliebiger Beschleunigung auf 50 km/h.
Mit dem geplanten, vielseitigen Wandler schon eine interessante Sache...Da ist selbst rein solares Fahren im Stadtverkehr möglich (verlustfreies Laden und Rekuperieren im Stau).
Auf die Verwendung im Zusammenhang mit dem Notstromaggregat will ich jetzt gar nicht erst eingehen, pfui!
Soweit zu den Möglichkeiten mit variablen DC/DC-Wandlern.
Bernd

von Bernd Schlüter - am 14.09.2004 07:59
Hallo Bernd,

Ich denke, Du hast meine Idee gut verstanden. Allerdings verstehe ich nicht warum Du zwei Hochvoltbatterien verwenden möchtest ? Ich denke nur an ein Paket, wobei ich die vorhandene Sicherung ersetzten müsste (durch eine 30 A Sicherung). Damit kann man die Spitzenleistungen abdecken und muss nicht so ein leistungstarker Wandler einsetzen (3 kW dürften dann genügen).

Ja, vielleicht könnte man einen normalen Wandler modifizieren, allerdings müsste ich dafür 500 Euro ausgeben, ohne dass ich eine Ahnung habe, dass das auch funktionieren wird...
Ich bin auch überzeugt, dass man das Teil recht günstig herstellen könnte. Schliesslich brauche ich auch keine genaue Spannungsregelung. Allerdings ist das für mich unmöglich mit meinen Elektronik - Kenntnissen. Ich habe mal versucht herauszufinden was denn die Induktivität in einem Step-up Wandler für Dimensionen haben müsste, selbst daran bin ich schon gescheitert.
Also, wenn jemand ein Schema für das Teil hat, würde ich es schon zusammenbauen können.

An Ultracaps denke ich noch lange nicht, die Begründung hast Du ja oben selbst geliefert. An's Notstromaggregat würde ich hingegen gerne denken, wenn es da etwas sauberes mit hohem Wirkungsgrad gäbe.

schöne Grüsse,

Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 14.09.2004 08:50

DC/DC Wandler Vorschläge

Hallo nochmals,

ich habe im Internet einiges Gefunden, das darauf hindeutet, dass dies mit wenig Mitteln zu realisieren wäre. Im Brennstoffzellenbereich werden solche Teile auch benötigt:
[www.netl.doe.gov]
oder auch
[powerelectronics.com]

Also, wenn jemand ein Schema für so ein Teil hat, wäre ich dankbar dafür.
Ich bräuchte
Vin: 10-17 Volt
Vout: 340-380 Volt
Pout: ca. 3-4 kW
Ueberlastsicher (sollte selbst abschalten, wenn die Leistung überschritten wird).


schöne Grüsse,

Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 14.09.2004 09:04

Re: DC/DC Wandler Vorschläge

Hallo Wolfgang,

guckst Du hier:

[www.brusa.biz]

die können so etwas! ( zugegeben , das dürfte nicht ganz billig werden!)

und vergleiche hier:

[forum.myphorum.de]

sonnenelektrische Grüße

Karl

von Karl - am 14.09.2004 09:36

Re: DC/DC Wandler Vorschläge

Hallo Karl,

an Brusa hab ich gar nicht gedacht, da der Preis Ihrer Produkte normalerweise nicht so recht kompatibel mit meinem Budget ist...

aber ich werd mal anfragen (zumal sie ganz in meiner Nähe sind).

Gruss, Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 14.09.2004 09:50

Re: DC/DC Wandler Vorschläge

Hallo Wolfgang,

zugegeben, "billig" ist Brusa nicht, möglicherweise aber preiswert !
Und warum das Rad neu erfinden?

Ich wiederhole mich: eine Zelle (oder möglichst wenige) und ein (sehr) guter DC-DC Wandler ( was spricht gegen 100 kW?) - das könnte die Lösung vieler Probleme sein, Ultracaps sind unnötig, das wenige an Energie können große Zellen auch verkraften!

Sonnenelektrische Grüße


Karl

von Karl - am 14.09.2004 12:09
Die zwei Batterien bezogen sich nur auf Nicads, die ja eine deutlich höhere Stromfestigkeit haben. Die würden ja nur wenige Zyklen durchhalten, wenn man die nicht ENTWEDER voll entladen ODER laden würde. Nur deshalb.
Nehmen wir Lithium, haben wir das Problem nicht und erhalten zwar keine höhere Leistungs-, aber Energiedichte.
Ich habe in der ferneren Verganngenheit ausgiebig Erfahrungen mit DC/DC-Wandlern gewonnen. Erst heute gibt es die passenden Halbleiter, dazu spottbillig. Spannungswandler arbeiten meist zwischen 50 und 200 kHz. Hat ein 500 Gramm schwerer Ferrittrafo bei Betrieb mit 50 Hz. 1 Watt Leistung, so hat der gleiche bei 50 kHz 1 MW. Statt diese hohe Leistung zu nutzen, reduziert man lieber die Kupferverluste und erhält dann einen Wirkungsgrad von zum Beispiel 99% bei nur einem Zehntel des Kupferbedarfs...
Die Welt der Elektrizität steht uns sozusagen offen. Eigentlich benötigen wir keine Kollektoren und Schleifer mehr...Da sollte viel mehr getan werden. Ich bin voller Ideen, habe aber keine Werkstatt.
Heute haben wir in Deutschland wieder eine Leistungshalbleiterfertigung. Bei ebay bekommt man gutes Material für solche Zwecke.


Bei der Spannung der Batterien sollte man vielleicht eine untere Grenze setzen, so, dass 200 Ampere Strom nicht überschritten werden. Außerdem ist noch ein Spannungsabfall von vielleicht 2 Volt zu berücksichtigen. Der kann aber auch niedriger liegen. Bei der hohen Frequenz nutzt der Strom das Innere des Kupfers nicht, er flißt nur auf einer dünnen Hülle der Drähte, die deshalb dünn sein sollten (Folien oder Litzen). Zu dick sollten die Drähte auch nicht werden. Bei 24 Volt kann man vieleicht bei 200 Ampere mit einer Ausgangsleistung von 4 KW rechnen,. Einfacher ist es bei zum Beispiel doppelter Spannung...400 Volt müssen wirklich nicht sein.
Pro Epcos-Ultracap von 390 g Masse und 2,5 Volt Spannung bei 2700 Farad Kapazität kann man mit einer Leistung von ca 1 kW Belastbarkeit rechnen!!!
Aber 10 Stück, um den Bereich zwischen 16 und 24 Volt zu nutzen, sollten es schon sein. Ist für die genannten Spezial-Schumizwecke vielleicht geeignet. , aber damit speichert man schon die Energie, um (theoretisch) auf 36 km/h zu beschleunigen und die Energie innerhalb 4 Sekunden zurückzugewinnen (Verluste!) . Die Verluste der Ultracaps sind sehr gering und kosten keine Zyklen.
Die könnten bald interessant werden, denn die Monopolbildungsbemühungen werden hier schwer fruchten. Da gibt es zu viele verschiedene Verfahren.
100 kW ? Kein Problem! Die IGBTs halten bis 3000 Volt Spannung aus. Rechne mal, bei 200 Ampere.

von Bernd Schlüter - am 14.09.2004 12:47
Hallo Bernd,
Auch in einem Elektoauto sollten ca. 100 kW ( meiner hat leider nur ca. 25kW) Spitzenleistung leicht möglich sein. Also bei 12 Volt ca. 10.000 A!
Das geht natürlich nur mit sehr kurzen ( dicken) Kupferschienen auf die IGBTs!
Dann über den DC-DC auf den DC -AC oder, -besser noch von z.B. 12 V auf 380 V AC!
Was willst Du mit den Ultracaps? Ein (sehr) guter 100 Ah Bleiakku kann 2000 A abgeben und auch kurzfristig sicher 1000 A aufnehmen!

sonnenelektrische Grüße

Karl

von Karl - am 14.09.2004 13:18

Halt! Geht nicht!

Bei 100 kHz beträgt die Eindringtiefe des Stromes infolge des Skineffekts (das durch den Strom induzierte Magnetfeld verdrängt den Strom aus dem Leiterinneren) nur ca. 0,2 mm, du kannst also keine "Kupferschienen" verwenden, die eine Leitfähigkeit besitzen, die besser ist, als die 0,4 mm dicker Kupferfolien.
Stimmt nicht ganz, denn zur vorletzten Jahrhundertwende, als die Frauen noch Zöpfe trugen, flocht man fette Zöpfe aus unzähligen dünnen , lackierten und seidenumsponnenen Kupferdrähtchen, nannte sie nach der Zopfträgerin Lietze "Litze" und konnte auch fetteste Hochfrequenzströme in die altehrwürdigen Fernfunkensender des Grafen Arco jagen. HF-Litzen sind heute schwer erhältlich, die muss man selbst flechten.

Merke: DC/DC-Wandlung bei niedrigen Spannungen ist Hochfrequenztechnik, ein Gleichstrommotor jedoch nicht, da beträgt die höchste Frequenz, z.B. bei 12.000 Umdrehungen in der Minute 200 Hz. mit etwa 5 mm Eindringtiefe des Stromes in das Kupfer. Unsere Hochspannungsleitungen bestehen deshalb aus Kupferrohren, durch die noch ein Stahlseil gezogen ist. Innen fließt kein Strom!

Wird die Batteriespannung höher, hast Du mehr Windungen, der Strom wird geringer, Du kannst dünnere normale und damit billige Drähte nehmen und Du hast dieses Problem nicht. Bei einem Wandler, der mit 12 Volt arbeitet, benötigst Du mölichst deutlich weniger als eine einzige Windung, was natürlich nicht geht. Aber es ist auch kein Problem, 1000 0,4 mm dicke Drähte einmal durch einen Trafo zu ziehen und, jetzt kommt das Problem, an möglichst vielen einzelnen Transistoren befestigen, die wiederum jeder einen HF-Kondensator zur schnellen Nachladung besitzen, wie das auch an jedem Speicherchip im PC üblich ist.
Im PC sind die Leitungen keine Leitungen im üblichen Sinne, sondern Wellenleiter mit ihren ganz eigenen Gesetzen. Also, mit dicker Kupferschiene ist nicht bei niedrigen Spannungen!

Ich glaube, das Thema benötigt erst einmal einer ordentlichen Erläuterung.


Einfachster Weg für ein 100 KW- 12 Volt-Auto:
Verzicht auf jeden Wandler und "Umwickeln" des Motors auf einen einzigen "Rödelstab", das ist nichts anderes als eine einzige Windung mit einem einzigen, kunstvoll gewundenen "Zopf" aus dünnen Kupferblechen, die dazu noch sorgfältig gegeneinander isoliert werden müssen, damit alle Oberflächen für den Strom nutzbar sind. Was sonst eintritt, nennt man auch "Stromverdrängung". Kollektoren üblicher Bauart sind dabei längst "gestorben", das geht nur durch elektronische Kommutierung.
Gleichstrom kennt diese Probleme alle nicht, jede Spannung ist möglich. Aber auch ein Gleichstrommotor läuft im Inneren mit Wechselstrom. Die niedrige Frequenz der Bahn von 16 2/3 Hetz hat Gründe.

Wie wir solche Niederspannungsmotoren hoher Leistung selbst herstellen können, würde ich gerne einmal eine Anleitung geben. Entweder auf meiner homepage, die ich immer noch nicht in Betrieb genommen habe, oder hier, vielleicht außerhalb des Forums. Da müssten ja auch einige Zeichnungen hinein...Handgezeichnete jpegs von 110 kB wären doch wohl zumutbar?

Ich denke, wir sollten diese Zuammenhänge einmal ganz deutlich bekannt machen, sonst versteht man evt. Vieles nicht.

von Bernd Schlüter - am 15.09.2004 06:32

Re: Halt! Geht nicht!

Hallo Bernd,

ganz generell: Was willst Du damit sagen ???

Ich möchte nicht einen 12 V Motor, ich möchte den bestehenden Twikeantrieb mit 400 Volt DC mit 12 Volt Batterien betreiben. Dazu brauche ich einen Spannungswandler der mir aus 12 VDC so ungefähr 400 VDC macht. Der Motor und sein Wandler soll unverändert bleiben, er funktioniert auch gut.

schöne Grüsse,

Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 15.09.2004 06:55

Hallo Karl!

Das freut mich, dass die Batterien soviel leisten. Dann können wir uns die Epcosse wirklich sparen. Aber bezüglich Niederspannung und Wandler lies erst einmal, was ich Dir oben geantwortet haben.
Ja, wenn also die Batterien einen guten Speicherwirkungsgrad haben und wir die Wandlertechnik gut beherrschen, spricht alles für die Niederspannungstechnik mit halbleiterkommutierten Gleichstrommotoren. Die müssten wir zur Zeit noch selber bauen.
Das wäre natürlich ein Projekt, bei dem wir Erfahrungen austauschen müssen. Auch ich mache Fehler und benötige Korrekturen, wie Deine wichtige Information hier.

Nochmal zu Speicherwirkungsgraden: Soviel ich weiß, bei Blei gut, bei Nicad nicht gut, bei Lithium...?
Bei den Doppelschicht-Kondensatoren ist der Wirkungsgrad natürlich ideal.
Die enthalten z.B. Kohleelektroden mit einem organischen Elektrolytgemisch: Allchemie mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Patenten.
Insofern wenig Gefahr für die Entstehung eines Monopols. Bei Batterien gibt es starke Monopole mit der Folge des hohen Preises. Das Interessanteste an den Doppelschichtkondensatoren aber ist: die sind gerade für niedrige Spannungen geeignet: 1,5 bis 2,5 Volt: überhaupt kein Problem. Ich glaube, wir hätten eine interessante Aufgabe vor uns.
Ich habe Zeit, aber keine Werkstatt. Weiß jemand ein geeignetes Anwesen, fast irgendwo, das ruhig ländlich sein darf?

von Bernd Schlüter - am 15.09.2004 07:09

Beim Twike kein Problem

Die paar kW bekommt man auch bei 12 Volt und ohne kunstvolle HF-Zöpfe gebacken.
Das klappt primärseitig noch mit einer Vielzahl von Mosfets , die je mit einer einzelnen Windung aus 0,4mm-Draht schalten, bei einer Trafogröße, nicht viel größer als die in unseren Computernetzteilen (das meist gelbe Ding da). Die können wir noch zusätzlich einzeln absichern über dünne Kupferdrähte, die direkt angelötet werden. Wir würden dann also immer eine kleine Spule mit dünnem Sicherungsdraht und einen 12 Volt-Lötkolben mit auf Reisen nehmen...
Viele Transistoren sind dann sicherer als ein starker, Strom und Wärme werden außerdem auf eine große Oberfläche verteilt, sodass es wenig Probleme gibt.

Schon bekannt? Früher baute man Transistoren aus einer einzelnen Halbleiterzelle und erlitt bei Wandlern immer Schiffbruch (ich muss so etwas wissen).
Das war der sogenannte "pinch"effekt: Eine Blitzentladung im Inneren des Halbleiters auf einer dünnen Bahn.
Seit man weiß, dass Halbleiter zum Zusammenziehen des Stromflusses auf einen zu engen Leitungskanal neigen, schaltet man Tausende, ja, Millionen Transistoren innerhalb eines scheinbar einzelnen parallel, das sieht dann allerdings mehrschachbrettartig auf der Leistungshalbleiteroberfläche aus, die z.B. 1 cm² groß sein kann.
Viele einzeln abgesicherte Transistoren sind also vorteilhaft.
Wie gesagt, zur Ansteuerung gebügt ein einzelner, schwachbrüstiger Wandler...
Auch dabei sind Hochfrequenzschwingungen zu erwarten, die mit Einzelmassnahmen bekämpft werden müssen, bis das Ding sicher läuft. Diese Schwingungen laufen über die Leiteroberflächen, das Kupferinnere wirkt wie ein nichtleitendes Material.
Die IGBT-Technik wurde entwickelt, um diese schwer zu berechnenden Schwingungen weitgehend auszuschalten. Oft funktioniert die Schaltung auf Anhieb störungsfrei...
Also, das Twike sollte das erste Projekt werden. Das Problem beschränkt sich auf den Niederspannungswandler.
Wie ich das sehe, sollten wir dazu die Schaltung eines Computernetzteiles verwenden . Da gibt es zwei Modelle: die heutigen arbeiten meist mit der Modulation des Impulsverhältnisses.
Für uns weniger aufwendig sind die früheren, heute nicht mehr so verbreiteten mit Sperrschwingern. Hier ist eine Rekuperation in die Niederspannungsbatterie einfacher zu verwirklichen.

So ganz nebenbei fällt dabei unser Curtis flach. Die ganze Regelung einschließlich Strombegrenzung ist in dem kleinen chip perfekt vorhanden, auch ein Schutzsensor für die Motor- und Batterietemperatur ist anschließbar.
Davon kann der alte gute Curtis nur träumen. Der bleibt natürlich drin, der ist schließlich TÜV-abgenommen. Egal, ob der funktioniert, oder nicht, der bleibt unbedingt drin und wir reparieren ihn nur im Inneren mit einem kurzen Stück Draht.
Speziell für diesen Zweck wüsste ich da einen geeigneten Transistor mit solidem Innenleben zum Nulltarif. Vieleicht bleibt auch noch ein Batteriepack mit einer Spezialzelle.
Mmmmh, hört sich gut an.. Dann noch die Einheitsbatterie für uns alle und das Gejammere mit diesen blöden Batterien hat endlich ein Ende.
Obwohl ich immer noch statt dem Bau eines Universalwandlers den Bau eines Universalniedervoltmotors für uns alle für interessanter halte...

von Bernd Schlüter - am 15.09.2004 08:23

Wandler Antwort

Hallo Zusammen,

also Brusa wäre eigentlich ja schon der richtige Partner. Sie glauben auch dass dies der richtige Weg wäre und entwickeln auch für jemanden gerade so ein Gerät mit genau den gewünschten Eigenschaften.
Dieses Gerät muss allerdings per CAN Bus gesteuert werden. (Was ja noch machbar wäre).
Der Haken ist natürlich der Preis: dieser dürfte in der Grössenordung von ca. 10'000 CHF liegen. Vielleicht bekomme ich ein Gerät günstiger, aber wohl kaum in der Grössenordnung von CHF 1'000, was so meine Vorstellung (und Budget) davon wäre.

Billig ist das nicht und günstig ist relativ ;-)

also wenn jemand was kennen sollte... das Problem ist nach wie vor nicht gelöst.
Vielleicht kaufe ich mir vom Weihnachtsgeld einen 3-5 kW Inverter für 500 Euro und schraub ihn mal auf.

schöne Grüsse,

Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 16.09.2004 13:17

Re: Halt! Geht nicht! -muß gehen!

Hallo Bernd!

Du hast natürlich recht, daß in den Leitern der Strom nur an der "Oberfläche" fließt, das hilft uns aber derzeit herzlich wenig! ( gibt es da im Netz Infos die etwas über die Eindringtiefe sagen ?) "Hohlleiter" sind auch an den Enden nur schwer zu verbinden!
Ich strebe nach wie vor die Lösung : eine oder wenige Zellen, kurze Verbindung auf DC-DC Aufwärtswandler und dann Drehstromregelung ( hilfsweise DC) auf den Motor an, möglichst viele Standardlösungen!

Wenn Du ein Konzept hast eine solch verschränkte Verdrahtung auf ( bzw. in ) ein käufliches Motorgehäuse zu bauen, wäre das natürlich super!

Praktisch ist es ja so, daß derzeit relativ lange Leitungen die Zellen miteinander , dann mit den Sicherungen, dem Messshunt, dem Notausschalter und dann mit der Motorsteuerung verbinden ( bei mir insgesamt mindestens 10 meter!) das geht sinnvoll nur mit Spannungen deutlich über 100 V.

sonnenelektrische Grüße
Karl

von Karl - am 16.09.2004 13:24

Ja, es geht, wenn man den Skineffekt beachtet.

Ich habe schon SEHR viel Erfahrung mit der Hochfrequenz, sprich, ich habe schon einiges an Geld investiert. Das ist aber mit den heutigen Transistoren kein Problem mehr. Schaltungen kann ich aus dem Stegreif entwerfen, aber noch fehlt mir das Testobjekt. Das ist nämlich immer erforderlich. Funkamateure wissen, wovon ich rede, DC/DC-Wandlerbauer erst recht.

Also, erst einmal einen tollen Trost: Der Curtis ist dann überflüssig. Das Ding ist dann selbst einer, mit allen Arten von Begrenzungen, wenn man das billige Steuer-IC entsprechend beschaltet. Geregelt wird genauso , wie beim Curtis, nur, dass die Ladespule nicht der Motor, sondern, der Übertrager mit seinem dicken Luftspalt ist. Der Motor wird dann von irgendwelchen HF-Impulsen völlig freigehalten, es fließen nur verlustfreie Gleichströme außerhalb den fünf einzigen HF-Teilen: Primär-HF-Abblockkondensatoren, Transistoren, Übertrager, Gleichrichterdiode und Ladekondensator. Alle anderen Teile können in beliebiger Weise angeordnet werden, also jetzt auch beliebig entfernt liegen, wenn der ohmsche Widerstand der Kupferleiter das zulässt. Mit dem Curtis wird der Motor ja noch durch die Impulse unnötig erhitzt, das entfällt dann auch.
Solch ein Aufwärts-regler kann auch Spannungen unterhalb der Primärbatteriespannung abgeben, ein großer Vorteil.
Der eigentliche "Curtis" ist dann nichts als ein billiger Schaltregler für 30 Cent bis 2 Euro...
Also, jetzt sag mal: Wo bekomme ich in der teuren Umgebung von Düsseldorf a) eine geeignetere Wohnung b) ein verstaubendes Twike oder Ähnliches? Ich könnte dann sofort anfangen.

Sonst zunächst nur unerprobte Schaltungen. Wer wohnt notfalls in erreichbarer Entfernung und wäre zu einem solchen Projekt bereit?
Wie gesagt, nur die Primärseite mit der niedrigen Spannung ist kritisch, folglich passt das Gerät dann in SÄMTLICHE E-Fahrzeuge .

Vorschlag: Pilotprojekt mit Starterbatterien oder Hochstrom-Nicads und kleinem Fahrzeug, Motorspannung beliebig. Also, die Originalbatterien und der Fahrregler sollten möglichst defekt sein. Ja, das ist noch interessanter als das Aldi-Akkuprojekt, wenn es stimmt, dass die fetten Blocks genauso leistungsfähig und preiswert sind. Rückwärtswandeln , also Rekuperieren, ist auch kein größeres Problem, funktioniert notfalls in der gleichen Anordnung, besser mit einem zweiten, diesmal Abwärtsregler. Gleicher Aufwand, andere Dimensionierung.

Bernd

von Bernd Schlüter - am 16.09.2004 16:37

Re: Ja, es geht, wenn man den Skineffekt beachtet.

Wie groß wäre die Mindestspannung, die man hochtransformiert? Ich fahre 35 in Reihe geschaltete NiC-Einzelzellen und würde 42V Fahrsspannung anstreben. Die könnte man dann alle parallel schalten und hätte wahrscheinlich nie mehr Ärger damit.

von Georg Schütz - am 16.09.2004 17:41

Re: Wandler Antwort

Aha, die Schweizer sind tüchtig, und da kommt dann auch meist was Vernünftiges heraus. Wenn Du noch mal mit Brusa sprichst, könntest Du ihnen vielleicht noch vorschlagen, sekundärseitig einen über das Gaspedal zu regelnden Stromausgang vorzusehen, eine weitere feste Strombegrenzung, einige einstellbare Temperaturbegrenzereingänge, ansonsten nur eine Spannungsbegrenzung. Hat das Chip normalerweise alles an Bord und es wäre schade, dies nicht zu benutzen. Das wäre wichtig, um Permanentmagnetmotore mit über 90% Wirkungsgrad verwenden zu können.Dann benötigen wir keinen Fahrtregler mehr. Wahrscheinlich haben die das auch vor? Bis halb China das Ding dann nachbaut, kann er dann ja ein paar Fränkli verlangen. Patentierbar ist sowas nicht, alles gängige Technik, immer noch mit Industriepreisen, wobei wir noch ziemlich uninteressant sind. Allerdings habe ich schon selbst bei ebay einige billige Drehstromfrequenzwandler für 400 Volt inclusive Strom- und Spannungs/Temperatursteller für durchschnittlich 30 Euro erstanden...Frequenzwandler heißen die meist. Ist von der Technik aus sehr ähnlich. Die Steuerchips sind oft die gleichen.
Frage aber, bevor Du Weihnachten feierst, das Weihnachtskind, ob es die hässliche Vergussmasse aus der Kiste herauslassen kann, damit Du mehr erkennen kannst. Da versuchen die Firmen oft, unter Teer und Glas Sachen zu verbergen, die völlig bekannt sind.
Vor allem sollst Du aber nicht wissen, dass Du einen billigen 100 Euro-Wandler ohne Aufwand auf Megawatt hoch"boosten" kannst.

Die Steuerschaltung ist meist ziemlich aufwendig, aber billig, sodass ich diese unter Umständen von einem billigen Regler übernehmen würde, statt selbst zu bauen..

Ein anderes vernünftiges Projekt wäre der Umbau der herkömmlichen Motore auf kollektorlose 12 Volt, hohe Drehzahl und Permanentmagnete...Machen die Modellbauer schon lange (Außenläufer).
Dann könnten auch Regler und Kommutator in einem Gerät vereint werden, incl. Rekuperation, denn wir müssen an jedem Transistor mit einem Spannungsabfall von mindestens 0,5 Volt rechnen, an einer Diode normalerweise mehr. Neben den elektrischen Verlusten bringt das nämlich Wärme, und es wäre schön, wenn wir auf Ventilator, oder gar Flüssigkeitskühlung, verzichten könnten.

Also, für mich käme nur Selbstbau in Frage, solange es das noch nicht auf dem Markt gibt. Ich habe schon mehrere Konzepte aufgezeichnet.

Bernd

von Bernd Schlüter - am 17.09.2004 12:23

Re: Wandler Antwort

Hallo Bernd,

das Modul von Brusa ist lediglich ein Converter, der es erlaubt mit einer 12 Volt Batterie einen 300-400 Volt Antrieb zu betreiben. Da ist kein Inverter drin. Dafür funktioniert es auch umgekehrt, das heisst man kann in die 12 Voltbatterien hineinrekuperieren. Das Teil ist so ausgelegt, dass es complett über CAN Bus von einer VCU (Vehicle Controll Unit glaube ich, also der Hauptrechner des Fahrzeuges) gesteuert werden kann.

Ich habe mir heute morgen für knapp 400 Euro einen 3-5 kW 230 VAC Wandler gekauft. In der Hoffnung, dass ich ihn wieder loswerde wenn man ihn nicht gebrauchen kann.

schöne Grüsse,

Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 17.09.2004 12:31

Re: Ja, es geht, wenn man den Skineffekt beachtet.

So, wie ich das sehe, sind 12 Volt schon ausreichend, wenn man einrechnet, dass ca. 1 Volt Spannung im Wandler verloren geht. Bei 24 Volt haben sich die 8% Verlust dann schon halbiert und wir kommen mit der halben Zahl an Transistoren aus. 24 Volt ist außerdem eine günstige Spannung, weil wir dann primärseitig preiswerte, verlustarme Niederspannungstransistoren mit 60 bis 100 Volt Grenzspannung verwenden können.
Die Transistoren in SMD-Form finden dann auf einer Epoxyplatte von 10cm mal 10cm
Platz.
Die niedrigste Spannung, mit der eine Wandler mit 75% Wirkungsgrad noch möglich ist, wäre ca. 0,4 Volt, die z.B. an einer einzigen Photozelle abfallen. Das wird dann aber ein ziemliches Ungetüm, wenn wir 250.000 Ampere bewältigen wollen.
Ich schlage vor: zweimal 12 Volt hintereinander, dann haben wir -12V, 0V, +12 V, das bringt einige Vorteile für Motorsteuerungen. Bei 50 KW müssten wir dann nur 2000Ampere bewältigen, bei 5kW 200 Ampere.
Bei anderen Akkutypen dürfen die Spannungen natürlich beliebig von 12 Volt abweichen, also, z.B. +/- 9,34 Volt.

von Bernd Schlüter - am 17.09.2004 12:36

Re: Wandler Antwort

Wenn ich das richtig verstanden habe, ein DC/AC Konverter. Sollte man auf jedenFall gebrauchen können, wenn nicht die harten Impulse vom Fahrregler rückwärts in den Konverter schlagen. Sicherheitshalber sollte dann ein stromfester Ladekondensator über einen Vollweggleichrichter an den Ausgang des Wandlers geschaltet werden, falls nicht der Wandler selbst solch einen Zwischenkreis mit Ladekondensator besitzt, an dem man direkt ankoppeln könnte. Entladewiderstand nicht vergessen, damit nicht noch nach Stunden eine tödliche Spannung ansteht!
25 Ampere-Vollweggleichrichter für 800 Volt gibt es für herzlich wenige Fränkli (1.50 oder so) z.B. bei Pollin. Abzuschirmen sind nur die Impulse des Fahrtreglers, und dazu genügt, wenn der Fahrtregler mit 50 Khz arbeiten würde, ein Nicht-Elektrolytkondensator von 10A *(1/50.000)s/20V= 10 müFarad, wenn man noch 20 Volt Impulshöhe bei 10 Ampere zulassen will.
Der Kondensator darf bei Bergfahrt und Vollast bei halber Geschwindigkeit nicht warm werden, sonst ist er nicht impulsfest. Taktet der Regler mit 5 KHz, muß der Kondensator größer werden, dann wirds schwierig. Am einfachsten, man nimmt einen oder mehrere parallele Phasenkondensatoren für Leuchtstofflampen (oder Motoren). Die haben meist so etwa 450 Volt Schwingspannung. Meist sind da schon die Sicherheitswiderstände angelötet...
Vielleicht gibt es aber gar keine stark störende Rückwirkung?
Viel Glück! Berichte bitte. Bernd

von Bernd Schlüter - am 17.09.2004 20:13

Re: Wandler Antwort

Hallo Bernd,

ja, ich werde darüber berichten sobald ich das Ding hab. Wegen dem Kondensator... ich werde ja auf der Hochvoltseite eine Twikebatterie als Puffer zwischenschalten. Genügt dies nicht als Kondensator ?
Braucht es da noch einen zusätzlichen ?

schöne Grüsse,

Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 17.09.2004 22:52

Wandler im Twike

Und ob die Tikebatterie reicht! Da dürfte dann ja nichts schiefgehen. Frage: Ist der Wandler auch zu 100% überlastgesichert? Die Zweitbatterie hat einen geringen Innenwiderstand, wenn der Regler dann mit aller Gewalt die Spannung hochdrücken möchte? In dem falle müsste irgendeine Strombegrenzung, sprich, ein Stromregler hinzukommen, das könnte eine Drossel vor dem Gleichrichter, oder eine Glühlampe sein. Die zeigt dann auch Überlastung an und wirkt als Sicherung. Eine simple Autobirne, deren beide Glühfäden parallel geschaltet sind, kommt fast auf 10 Ampere, impulsmäßig aber auf das fünffache...
Wenn es ans Twikeladegerät geht , dürfte es kein Problem geben. Da sind Gleichrichter und impulsfester Kondensator drin, sofern es sich um ein Schaltnetzteil handelt. Direkt anschließen.
Bernd

von Bernd Schlüter - am 18.09.2004 08:20

Re: Wandler im Twike

Hi Bernd,

ob der Wandler überlast gesichert ist weiss ich noch nicht (nach Beschreibung schon).
Das hat mich auch schon beschäftigt. Ich hoffe einerseits auch darauf, dass die Twikebatterie, da nur einzeln geschaltet, genügend Innenwiderstand hat um den Wandler Kurzschlusssicher zu machen. Da ich aber jetzt schon weiss, dass ich mit dem Twike den Wandler überlasten kann (drum habe ich ja diese Batterie drinen um die Spiztenströme abzudecken), erwarte ich schon Probleme.
Für den ersten Versuch/Prototypen reicht mir allerdings eine manuelle Eingriffsmöglichkeit.
Das erste Problem wird allerdings sein die Wandlerspannung hoch genug zu kriegen...

Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 18.09.2004 10:50

Re: Wandler Antwort

Hallo Wolfgang !
Wenn Du den Wandler nicht "hochschrauben" kannst, er sich aber auf 144-156 V "runterschrauben" läßt, dann wäre er für mich richtig!

Meine derzeitigen Bleiklötze "puffern" theoretisch 12 kWh !

Mail doch bitte was für ein Teil Du gekauft hast!

Sonnenelektrische Grüße

Karl

von Karl - am 18.09.2004 11:19

Wandler Typ

Hallo,

der Wandler ist dieser:
[www.fraron.de]

der Hersteller könnte dieser sein:
[www.xantrex.com]
bin mir aber nicht sicher.

dürfte aber noch ein bis zwei Wochen gehen bis ich ihn bekomme.

Gruss, Wolfgang

von Wolfgang Jenne - am 18.09.2004 16:55

Wandler tunen

Die Verluste treten hauptsächlich auf der Primärseite auf. Da die Sekundärseite genügend Spannung hat, dürfte es nicht allzuviele Verluste bedeuten, wenn man dort nochmals wandelt. Der Spannungsunterschied zwischen 230 und 150 Volt ist nicht so hoch, dass man da sogar einen herkömmlichen Spartransformator von knapp 1 kW nachschalten würde, die es oft zu einem Spottpreis bei Surplus-Händlern gibt, die die schweren Klötze (4 kg) loswerden wollen. 11 Ampere liefert die Kiste etwa bei 230 Volt, die wahrscheinlich sehr hart geregelt werden. Schön wäre es, wenn die Strombegrenzung so eingestellt wäre, dass man direkt. über Gleichrichter die 144 Volt-Batterien laden könnte, was ich aber nicht glaube. Die Strombegrenzung müsste herabgedreht werden, sodaß keine Überlastung auftritt, wahrscheinlich nur auf 16 Ampere bei 150 Volt Dauerausgangsleistung.Würde ich mich aber nicht drauf verlassen, um die Garantie nicht zu verwirken. Also, Spartrafos gibt es an manchen Orten billig, mit der entsprechenden Anzapfung und dann vollen 16 Ampere Ausgang. Der Spartrafo mit seinen geringen Verlusten von vielleicht 3% hat zudem den Vorteil, dass er die scharfen, evtl. unzulässigen Stromspitzen abfedert, die durch direkte Ankopplung einer 230 Volt-Batterie auftreten würden, da die Batterie wie ein harter Ladekondensator wirkt, der z.B. beim Einschalten eines Computernetzteils von nur 300 Watt eine Stromspitze mit ca. 5 kW Leistung erzeugt. (Licht wird kurz dunkler).
Kühlschränke mit 90 Watt Aufnahme erzeugen einen kurzzeitigen Anlaufstromimpuls von über 12000 Watt Leistung. Steht bei dem Netzteil eine Warnung bezüglich des Betriebes solcher Geräte, sollte man sehr vorsichtig sein.

Hochinteressant könnte es werden, wenn man einen Wandler für 115 Volt mit abgelaufener Garantie und Defekt auf 160 Volt und 22 Ampere Spitzenstrom hochtunen könnte, gleich mit Spannungsregelung für die Batterie. Da die Spitzenspannung bei 115 Volt ja 162 Volt, und bei 230 Volt 324 Volt beträgt, sollte das kein Problem darstellen. Wahrscheinlich sind dann bei dem gleichen Gerät auch 25 Ampere ohne Überlastung, also 4000 Watt Dauerleistung, sauberstem Rechteckstrom, sprich Gleichstrom drin. Da lohnt sich der vollständige Selbstbau nicht mehr...wenn jemand so einen defekten Wandler sieht, bitte benachrichtigen, ich würde das sofort testen.
Sind ja tolle Daten dieses Gerätes! Könnte glatt der Standardwandler für alle E-Fahrzeuge werden. Wo gibt es denn die günstigen 12-Volt-Akkus? Vielleicht besser als die vielen Mignons?

von Bernd Schlüter - am 19.09.2004 13:14
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