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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Stromsenke für mehr als 12 Zellen und 30A ?



Achim J.
08.02.2003, 17:20
Hallo
Suche Tips zum Aufbau einer Konstantstromsenke für mehr als 12 Zellen( bis ca.24Zellen) und min 30A.(40A)
Ich möchte mir eine Entladebox mit AD Wandler aufbauen, um auch größere Packs unter
Realen bedingungen vergleichen zu können. Der Grundsätzliche aufbau einer Konstantstromsenke ist klar, welche Mosfet wären gut ?, alle Schaltungen die Ich so gefunden habe hören bei ca. 16 Zellen auf und wenn mit Lampen gerarbeitet wird sogar nur bis 12 Zellen.
Schon mal Danke für jeden Tip/Link
Grüße
Achim

AchimS
08.02.2003, 21:10
Warum MOSFETS? Es soll doch Leistung verbraten werden. Spricht was gegen eine Handvoll 2N3055?
Die sind im TO03 Gehäuse, vertragen 15A, 100V und kosten 40 Cent.

Achim

MaBa
09.02.2003, 14:13
Hallo Achim,

das Hauptproblem ist ein geigneter Kühlkörper. Ich habe mal bei dem Menschen, der führ meinen Arbeitgeber das Ersatzteil geführt hat und der auch nebenbei Elektronikschrott entsorgt hat, einen Kühlkörper 55cm lang 12cm breit und 4cm hoch gefunden. Dieser war auch mit Hochstromdarlingtontransistoren bestückt. Auf dem Kühlkörper sitzen sieben Transistoren, der in ein rohrähnliches Gehäuse eingebaut ist. Vorne drann sitzt ein 100mm Lüfter. Damit schaffe ich dauerhaft 500 Watt Ptot. Ich schreibe dies, damit du dir mal Vorstellungen über die gewünschte Leistung deiner Akkufolter machen kanst. Nicht der Transitstortyp sondern der Kühlkörper ist das Problem; ich möchte nicht wissen was so ein Kühlkörper wie meiner gekostet hätte.
Ich habe auch einen selbst entworfenen Schaltplan, den ich mal einscannen könnte (PDF-Datei als Ausgabe). Kann paar Tage dauern, schick mir mal eine E-Mail, wenn du das möchtest.

Gruß Mathias

AchimS
09.02.2003, 18:16
Ergänzender Vorschlag: Wie wär's mit einer Verdunstungs-Wasserkühlung? Ist vom Handling her nicht so elegant, aber effektiv, billig und simpel. Wurde früher bei den Ackeschleppern auch so gemacht :)
Also einfach irgendeine Dose nehmen, Alu Boden o. Seitenwand einsetzen und darauf die Transistoren montieren.
Achso, über die abzuführende Wärme kann sich wohl jeder einen Eindruck verschaffen, der über Föhn und Wasserkocher verfügt. :D

Achim

Achim J.
09.02.2003, 22:22
Hallo Achim/Mathias
Über die dabei entstehende/abzugebene Energie bin Ich mir im klaren und das ist auch mein Problem.
Ein Monsterkühler mit einigen Ventilatoren wäre eine Möglichkeit aber etwas Teuer ;)
Ich habe das bei einem Vereinskolegen angeschaut, er kann bis 12 Zellen bis 50A entladen,
er hat 4x H4 (8x H4) Lampen in Reihe mit 4 Mosfet, dabei wird ein Teil der Energie halt nicht in Wärme gewandelt.
Das Problem ist bei dieser Methode der Kaltwiderstand von Lampen, Ich wollte je 2x H4 Lampen in Reihe Schalten um auch bis 24Zellen entladen zu können, bei 24V ist alles O.K. aber
um so geringer die Spannung desto weniger fällt an den Lampen ab, was dann wieder eine größeren Leistungsabfall an den MOSfet erzeugt.
Mathias an deinem Schaltplan hätte Ich natürlich Interesse.
Was die Auswahl der Mosfet angeht denke Ich an
SUP60N06 (105W, 1E.)
Grüße
Achim

Wolfgang Horn
11.02.2003, 10:19
Hallo Achim, hallo Interessierte,

ich bastle grade an solch einem "kontrollierten Kurzschluß" bis 30A für 10 Zellen.

Die erste Überlegung war: Leistungstransistoren im linearen A-Betrieb, Konstantstromsenke wie schon ein paarmal gebastelt, nur eben 2 Größenordnungen größer. Keine große Sache, Arbeit von einem Wochenende.

Als Leistungsvernichter MOSFET oder bipolar?
So der 30A im linearen Betrieb aufnehmen soll, muß die Leistungsstufe geregelt werden.
Angesichts der Gate-Kapazitäten ist mir bange geworden, da kommen etliche Nanofarad zusammen. Mit dem Innenwiderstand der Treiberstufe ergibt das einen Tiefpaß im Regelkreis, es drohen also Regelschwingungen.
Wenn man die Kennlinie des Tiefpasses kennt, kann man kompensieren.
Aber die Kennlinie ist variabel, weil die Gatekapazität des MOSFETS von der anliegenden Spannung und Last abhängt.

Übrigens Achtung: Im linearen Betrieb nehmen nicht alle MOSFETS die Leistung auf, die sie im Schaltbetrieb aufnehmen können. Hoher Strom, ja, hohe Spannung im ausgeschalteten Zustand auch.
Aber der Wärmeübergangswiderstand Sperrschicht-Gehäuse ist bei manchen schon so groß, daß bei 12V 30A Dauerstrom auch bei einem unendlich guten externen Kühlkörper die Sperrschicht
bedenklich heiß wird. Die Dinger sind eben zum Schalten gebaut. Wer das vorhat, Datenblätter studieren.

Deshalb nehme ich aus der Grabbelkiste lieber einige der dort ausrangierten 2N3055.

Das ist meine simple Notfallösung, mein "Plan B".

Mir mißfallen nämlich Größe und Schwere des Kühlkörpers, die dann auch ein entsprechend großes und stabiles Gehäuse erfordert. (Kramte meine Kalorik-Kenntnisse hervor und berechnete, ein Alu-Block von 0,5 kg bliebe kühl genug, um die Transistoren nicht zu überhitzen. Aber dann braucht er 'ne Stunde zum Abkühlen. Ist aber schneller kühl als Batterie wieder aufgeladen. Kühlkörper mit Gebläse? Schon besser, aber erst mal bauen. Gibt's zwar zum Kaufen, mir aber viel zu teuer.)

Mein Plan A: "Kontrollierter Kurzschluß" in der Art eines Schaltwandlers, ähnlich einem Schaltnetzteil, DC/DC-Wandler.
Der auf der Sekundärseite die Leistung in einen Tauchsieder schickt. Zum nebenbei Nescafe-Kochen. Der Tauchsieder darf ruhig 100 Grad heiß werden, dann gehen wir über in die Siedewasser-Kühlung, da genügt 'ne Tasse Wasser für.

Der Wandler regelt das Ein/Aus-Taktverhältnis des Schalttransistors dann so, daß a) Nennstrom fließt und b) die Ausgangsspannung so hoch steigt, daß die Leistung im Tauchsieder bleibt.

Allerdings hat sich auch das Vorhaben als "sehr interessant" erwiesen, das kann man riechen an qualmenden Dioden und heißen Elkos.

Herz des Wandlers sind MOSFETS (im Rechteck geschaltet vermeide ich die oben geschilderten Regelprobleme) und eine Induktivität. Eine Speicherdrossel, auch zur Entstörung, plus zweiter Drossel zur Entstörung von Ein- und Ausgang, damit der kontrollierte Kurzschluß kein Mittelwellen-Sender wird.
Wieder meine Kenntnisse hervorgekramt, diesmal zu magnetischer Feldstärke, Induktion, Sättigung. Bei hoher Schaltfrequenz (>200 kHz) könnte man eine Induktivität von der Größe und dem Typ nehmen, wie ich sie im demontierten 450W-Schaltnetzteilen für PC's gefunden habe (Amidon T104-26).

Trau' ich mich aber nicht, lieber 20 kHz. Also werde ich ein paar Ringkerne stapeln.

Ein weiterer Gesichtspunkt: Der Shuntwiderstand zur Regelung des Eingangsstroms.
Erstens zum Regeln. Zweitens für das Meßgerät, also so 10% Genauigkeit müssen schon sein.

* Wegen Übergangswiderstände kommt nur ein 4-Leiter-Meßwiderstand in Frage. Könnt man selber basteln mit Konstantan, aber wie mißt Otto Durchschnittsbastler 10mOhm genau aus? Kann man kaufen, die Isabellenhütte stellt schöne her.
* Ein Widerstand von 10 mOhm liefert bei 30 A 300mV, nimmt aber schon 9W auf, braucht also eigenen Kühlkörper!
* Je kleiner der Widerstand, desto größer die Fehler infolge der Offset-Spannungen des nachgeschalteten Verstärkers. (Wobei die Offset-Spannung mit der Temperatur auch noch wandert!)

Lösungsansatz: Experimentierend mache ich gerade Bekanntschaft mit dem Chopper-Verstärker ICL7650.
(Richtig niedlich. Offsetspannung unter 10Mikrovolt.)

Ein son Ding kriege ich schon hin, und wenn mit Plan B, 2N3055 und massig Alu.

Die Sache ist viel spannender geworden als gedacht.

Ciao, wenn's läuft, geb ich Nachricht.

Wolfgang Horn

MaBa
12.02.2003, 16:56
Hallo Achim und Wolfgang,

hatte heute morgen Zeit zum einscannen und habe jetzt mal den Plan hoch geladen.
Schaltplan (http://www.rc-mathias.de/plan.pdf)
Der Shunt ist natürlich so ein 4leiter Ding , wie Wolfgang es beschrieben hat. Der Verstärker IC nebendrann ist ein OP 07. Im Plan fehlt noch Uref = Referenzspannungsquelle; habe ich einen LM317 genommen, der 2 oder 3 Volt erzeugt. "ZM" = zentraler Masse Punkt. An Klemme 17 hast du deine Stromausgang 30A = 3Volt. An Klemme 6 werden 12 Volt Betriebsspannung angeschlossen. K1 ist ein richtig fettes Autorelais zum abschalten bei Übertemperatur. Das SSR schaltet bei erhöhter Temperatur den Lüfter an.
Vielleicht hätte man einiges eleganter bauen können, aber meine Akkufolter funktioniert schon seit ein paar Jahren problemlos.

Gruß Mathias

Ps der Kühlkörper wiegt 1,5Kg

[ 12. Februar 2003, 17:04: Beitrag editiert von: MaBa ]

Achim J.
13.02.2003, 13:33
Hallo
Ja die Sache scheint garnicht so einfach zu sein, habe jetzt mal etwas "Probeaufgebaut" nach dem Schaltplan von L.Retzbach aus "Akkus und Ladegeräte" mit Buz11 und habe wenn der Strom etwas größer wird
"Wilde Schwingungen" im Regelkreis aber alles erstmal gesteckt und mit langen Leitungen.

Wolfgang kannst du zu dem Gate-Kapazitäten,
Tiefpaß im Regelkreis, etwas weiter ausholen ;)
die Idee eines DC/DC Wandlers finde Ich sehr Interessant aber ob das mit vertretbaren Mitteln zu realisieren ist?

Mathias danke für den Schaltplan, da kann Ich ja drauf aufbauen, bei der verwendung von mehreren parallelen Transistoren gibt es doch das Problem mit der ungleichen Verteilung des Stromes
, ist dieses mit den R 0,12 4W im Emitterstromkreis sicher beseitigt? Wie steuerst du den Strom über ein R2R?

Als Messshunt habe Ich einen Isabellenhütte R0,01 mit 0,5% gibts bei Conrad(5,91E.), sollte bis 30A gehen.
Grüße
Achim

MaBa
13.02.2003, 19:43
Hallo Achim,

mit dem Poti an Klemme 16 wird der Strom und mit dem Poti an Klemme 11 die Abschaltspannung eingestellt. Tatsächlich sind das aber keine Potis sondern Stufenschalter mit jeweils einem Widerstand ( 47 oder 100 ohm) pro Zelle bzw Ampere. Du solltest hier 1% Widerstände nehmen, die du nach deinen Wünschen anpassen kannst. Die Emmiterwiderstände haben, genau wie du das siehst, die Aufgabe der Stromverteilung. Hier habe ich etwas geändert, nämlich 2x 0,22 Ohm 4Watt paralell pro Transistor. Einer alleine wird bei hoher Last sauheiß. Der Shunt ist der vom Konrad.(Isabellenhütte R0,01 mit 0,5%)
Achso rund um den OP 07 Differenzverstärker am Shunt auch nur 1% Widerstände nehmen. Du solltest auch die Kabel die vom Plusanschluß zu Klemme 10 bzw Minusanschluß zu Klemme 2 direkt hinter dem Akkuanschluß abgreifen. Damit bist du unabhängig von allen Leitungswiderständen im Lastkreis, deshalb auch der Differenzverstärker. Kabel im Lastkreis aber trotzdem 2,5mm², 30 Ampere machen gut warm.
Ich wollte, wie du auch einen A/D-Wandler anschließen, aber da bin ich bis jetzt gescheitert. Hatte einen vom Konrad für die serielle Schnittstelle, aber der hat nichts getaugt.( 10mal die gleiche Spannung gemessen und 10 verschiedene Werte erhalten) Ich habe jetzt noch was von der Zeitschrift Elektor mit einem PIC-Controller rumliegen, aber da klemmt es an der Software in C++ . Es gibt zwar ein paar Kollegen in meinem Bekanntenkreis, die so etwas programieren können, aber die haben meist keine Zeit. Es fehlt auch noch so eine Library zum kompalieren in eine EXE - Datei.
Für die Akkuflege und zum messen mit der Stopuhr geht sie auf jeden fall. Vielleicht weißt du ja eine Lösung (aber nur mit kleinem finaziellem Aufwand, da die Bastelkasse nicht so gut gefüllt ist)

Gruß Mathias

matteusel
14.02.2003, 01:14
Hallo,

ich habe das ganze mittels 4mm Lautsprecherkabel und einem Wassereimer realisiert.

Dies habe ich hier schon mal diskutiert:

Diskussion über Akkuentladung mittels Leistungswiderstand (http://www.rclineforum.de/cgi-bin/YaBB.pl?board=akkulade&action=display&num=26308)

Den Wassereimer benötige ich nur um den Widerstand des Kabels konstant zu halten. Rein thermisch gibts auch ohne Wasserkühlung bei entsprechendem Leitungsquerschnitt und Kabellänge kein Problem.

Um die Automatikfunktion meines Laders benutzen zu können habe ich mir eine Schaltung gebaut die mittels Reed-Kontakt ein 12 Volt 30 A Autorelais ansteuert.

Die Stromstärke bzw. die Zellenzahl lässt sich über die Kabellänge einstellen.

Das Ergebnis sieht dann so aus (Vergleich zweier gepushten Akkupacks unterschiedlicher Veredler):

http://www.pixum.de/members/matthiashaeusel/0dfd80c82204e1e9037284e1a4cc20ea_2.jpg

[ 14. Februar 2003, 02:10: Beitrag editiert von: matteusel ]

Wolfgang Horn
15.02.2003, 21:53
Hi, Achim,

Wolfgang kannst du zu dem Gate-Kapazitäten,
Tiefpaß im Regelkreis, etwas weiter ausholen ;) Hier ein Datenblatt zum POWER-FET BUK555-100:
http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/BUK555-100A-B_1.pdf

Die wichtigen Informationen findest Du im Abschnitt "Dynamic characteristics" unter "Input capacitance". Ferner in den Fig. 12 und Fig. 13.

Jede Diode ist zugleich auch eine Kapazitätsdiode - je höher die Sperrspannung, desto weiter sind die Ladungen getrennt, desto geringer die Kapazität.
Zwar klein, aber wichtig ist Crss, Feedback Capacitance. Weil sie um die Spannungsverstärkung multipliziert auf das Gate wirkt.

Auch die Sperrschichten Gate-Source und Gate-Drain sind Dioden.

Je höher der Strom durch den FET sein soll, um so höher muß die Gate-Source-Spannung sein. Um so geringer die Kapazität.
Diese Kapazität bildet mit dem Innenwiderstand des Treibers einen Tiefpaß - und dessen Grenzfrequenz ändert sich mit der Gatespannung.
Abhilfe: Diesen Innenwiderstand klein genug machen.


Die Idee eines DC/DC Wandlers finde Ich sehr Interessant aber ob das mit vertretbaren Mitteln zu realisieren ist?Das hängt davon ab, was Du unter "vertretbar" verstehst. Die Engpässe sind nicht die Kosten. Sondern die Zeit, die Betriebssicherheit - und die Überraschungen, mit denen bei so was rechnen muß.

Ciao
Wolfgang