Frage zu Elkos als Strompuffer

[blobber]

Hi,

ich gebs ehrlich und offen zu, dass ich von Folgendem keine "Ahnung" habe und deshalb als Newbie frage:

(1) Ist es möglich, mit einigen (möglichst) wenigen Elkos, eine Art "Puffer" zu bauen, der etwas "Strom" zwischenspeichert und ggf. wie ein normaler Akku angezapft werden kann, wenn der Strom nachlässt?

Ich möchte vermeiden, dass während eines Batteriewechsels der "Strom" ausgeht und die Schaltung weiter arbeitet. Anvisiert ist eine zu überbrückende Spannung von 5V / 150ma.

(2) Falls möglich, wäre es doch sinnvoll, dass die Stromversorgung der Schaltung ausschließlich vom Elko kommt und der immer "nachgeladen" wird.

(3) Gibt es was "fertiges" in dieser Richtung? Ich kenne bisher nur den Kemo-Bausatz "LED-Notbeleuchtung" welcher dann die LED aufleuchten lässt, wenn die Stromversorgung abbricht. Kann man diesen Bausatz "upgraden"? Einfach nen Stärkeren ELKO / andere Widerstände drauf oder wäre dies sinnlos oder geht das?

THX

[ranke]

1. Prinzipiell ist das möglich. Allerdings sinkt die Spannung am Kondensator, je stärker er entladen ist. Für die Auslegung kommt es darauf an, wie klein die Spannung werden darf, das bestimmt die nachgeschaltete Spannung. Ein Beispiel: Wenn Deine Schaltung 150mA entnimmt und Du einen Kondensator mit der Kapazität 1 Farad verwendest, ist die Spannung in 6,7 Sekunden um ein Volt gesunken (also von 5V auf 4V). 1 Farad ist schon ziemlich groß für einen Elko, sinnvoller wäre da eher ein oder mehrere Doppelschichtkondensatoren (Goldcaps), wie sie z.B. für Fahrradstandlichter verwendet werden. Bei den Goldcaps muss man beachten, dass die eine recht geringe Maximalspannung haben und dass der Lade-/Entladestrom begrenzt werden muss.

2. Das ist ja bei der Kemo-Schaltung so ähnlich. Das ständige Nachladen ist auf jeden Fall notwendig.

3. Etwas Fertiges weiss ich nicht, eine Eigenentwicklung könnte der Kemo-Schaltung ähnlich sein (oder auch wesentlich komplizierter). Der oben erwähnte, zulässige Bereich der Eingangsspannung, die Zeit für die Überbrückung und das maximal zulässige Gewicht und Baugröße wären jetzt erste Infos, die man für eine Konzeption bräuchte (Strom und Spannung wissen wir ja schon).

edit: Hier kann man über Goldcaps lesen und hat auch die Formel zum Rechnen der Pufferzeit:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0208301.htm

[Achim S.]

Hallo
Der Kollege hat vollkommem recht. Die Leistung in diesem Fall bestimmt sich durch die angelegte bzw notwendige Spannung und dem Strom. Bei Notbeleuchtung ist es teilweise so, das ein höhere Spannung verwendet wird. Die nitwendige Spannung an der LED ist ja weitaus kleiner. Zum Strom muss man die notwendige Stromaufnahme betrachten. Eine grosse Notstromversorgung zB für ein Fabrikgebäude ist relativ gross und schwer. da kommen schnell mal 200 bis 500 kg zusammen. Diese Leistung und das Gewicht ist auf die Nitwendige Zeit berechnet. Danach sind die Batterien leer. Die Goldcap haben doch eigentlich nur die Aufgabe den Datensatz zu erhalten der im Speicher steht. Dazu sind nur ein paar sehr kleine mmmmA nötig. Ansonsten kannst du noch die Kondensatoren vom Auto betrachten. Dies werden ja parallel zur Batterie geschaltet und sollen für einen besseren Klang sorgen ??? und das bei solchen Preisen. Lohnt nicht sich darüber Gedanken zu machen.
Achim

[TomEdl]

Ansonsten kannst du noch die Kondensatoren vom Auto betrachten. Dies werden ja parallel zur Batterie geschaltet und sollen für einen besseren Klang sorgen ??? und das bei solchen Preisen. Lohnt nicht sich darüber Gedanken zu machen.
Achim
Das ist nicht gnaz richtig. Die Kondensatoren bei großen Automusikanlagen puffern die Batterie bei großen Strömen, wie es zum Beispiel beim Schlag eines Subwoofers vorkommen kann. Vor allem Anhängern von Techno-Musik würde bei jedem "Wumm" kurz das Scheinwerferlicht dunkler werden.

Grüße
Thomas

[yaro]

150ma sind nun nicht soo viel, mit einem relativ großen Kondensator könnte man das schon schaffen. Es gibt riesige Kondensatoren (in geeigneter Größe bis zu ca. 200F!!! in Übergröße bis zu 5000F!!!!), die allerdings mit höchstens 2,3V aufgeladen werden dürfen, da bräuchte man dann eine spezielle Schaltung, die die Spannung erhöht.

In deinem Fall würde ich das aber ganz anders lösen! Ich würde einfach beim Batterietausch erstmal einige Batterien parallel schalten, dann die alten Batterien austauschen (die Parallelen versorgen während dessen die Schaltung) und nach dem autauschen die parallelen wieder wegnehmen.
Eine einfache und günstige Lösung, ohne viel know-how =)

Gruß, Yaro

[blobber]

Danke für die Tipps und Hinweise!

Frage: Wäre das Folgende so möglich?:

Ich benutze einen Akku-Block mit 6V (4 Mignon-Akkus). Nun möchte ich diesen Akku im "Laufenden" Entnahmebetrieb aufladen, während der Akku gleichzeitig weiterhin entladen wird!

Ist es so möglich, dass man im Laufenden Betrieb (durch andere Batterien) den Hauptakku auflädt und gleichzeitig keine Unterbrechung verursacht?

Welche Spannung bräuchte ich, um einen aktuell beanspruchten Akku im Laufenden Betrieb "aufzuladen"?

Geplanter Verbraucher = 5V / 150ma - Ladestrom = 6V?

Mir gehts hierbei mehr um die Logik - werde wahrscheinlich das mit dem Parallelen Anschluss nutzen!

[TomEdl]

Hallo!

Wäre es denkbar, die Schaltung soweit zu modifizieren, dass sie bei unterbrechnung der Versorgungsspannung ihrerseits nicht benötigte Komponenten abschaltet?

Grüße
Thomas

[yaro]

Wenn du einen Spannungsregler vor deiner Schaltung hast, der die Spannung auf Konstant 5V hällt, ist das kein Problem, ansonsten könnte es Probleme geben. Um einen 5V Block aufzuladen braucht man z.T. bis zu 7,5V Spannung. Gute Ladegeräte laden mit kurzen Impulsen bei deutlich höherer Spannung. => Spannungsregler anbauen, dann gehts.

Gruß, Yaro

[Jakob L.]

@Yaro:
Beim parallel Schalten von Batterien sollte man aufpassen, da die neuen Batterien eine höhere Spannung haben und damit die alten Batterien aufladen. Die Batterien sind dafür nicht gebaut und können dadurch mit etwas Pech auslaufen oder (insbesondere bei Lithiumbatterien) auch explodieren. Wenn es sich um normale Alkaline Batterien oder um NiMH/NiCD Akkus handelt und die Parallelschaltung nur für kurze Zeit (< 1 min) während dem Batteriewechsel besteht, dann ist das nicht so kritisch. Wenn das Gerät von Laien verwendet wird und die Batterien möglicherweise längere Zeit parallel angeschlossen bleiben, dann sind auslaufende Batterien relativ wahrscheinlich. Schützen kann man sich mit Dioden, die allerdings zu einem gewissen Spannungsabfall führen und damit die nutzbare Batteriekapazität verringern.

@Blobber:
4 Mignon Akkus haben zusammen eine Nennspannung von 4.8 Volt. Wenn die Akkus voll sind, hat man auch bis zu ca. 6 Volt. Wenn die Spannung unter 4 Volt sinkt, dann sind die Akkus nahezu vollständig leer. Wenn du Glück hast, dann läuft die (für 5V ausgelegte) Elektronik direkt mit diesem Spannungsbereich. Wenn du sicher gehen willst, dass die Elektronik immer die gleiche Spannung bekommt, dann brauchst du eine oder zwei Zellen mehr und einen Low-Drop Spannungsregler.

Zum Laden der Akkus brauchst du eine Konstantstromquelle. Die Spannung wird dabei bis auf ca. 1.6 Volt pro Zelle steigen. Statt der Konstantstromquelle kann man den Ladestrom auch durch einen Widerstand (Belastbarkeit beachten, kann heiss werden) begrenzen.

Die Erkennung, wann der Akku voll ist, ist ebenfalls nicht ganz trivial. Man kann ein Verfahren wie Delta U oder (besser) PVD verwenden.

http://de.wikipedia.org/wiki/Ladeverfahren#Spannungskriterium:_das_.E2.88.92.CE .94U-Verfahren

Das ist allerdings nicht ganz trivial zu implementieren (insbesondere wenn gleichzeitig eine schwankende Last angeschlossen ist). Wenn die Lebensdauer des Akkus nicht so wichtig ist, dann kann man auch einfach abschalten, wenn der Akku sich durch das Laden spürbar erwärmt.

[blobber]

Danke für die Infos und Erklärungen!

@Jakob L.

Ich würde gerne einen StepDown-Wandler (Pollin) benutzen und habe auch eine Frage diesbezüglich: Wenn ich z.B. mit 6V und 6000mAh als Eingangspannung habe und der StepDownWandler reduziert dies auf (rechnerisch) 3V - habe ich dann nach wie vor 6000 mAh oder muss ich "einiges" als Verlustleistung bei der Umwandlung "raus" rechnen?

Der Pollin StepDownWandler kommt z.B. bis 40 Volt Input klar - wenn ich also Batterien zusammenschalte zu z.B. 24 Volt - kann ich die "Leistung" in mAh dann addieren oder z.B. nur 70-80% davon als "nutzbar" berechnen?

THX

[Jakob L.]

Hast du einen Link zu dem Step-Down Wandler?

Der Wirkungsgrad hängt bei einem Step-Down Wandler von dem verwendeten Modell sowie der Eingangs- und Ausgangsspannung und der Last ab. Die 70-80 % sind wahrscheinlich realistisch. Wenn der Akku nun 6V und 6 Ah hat, dann hat man insgesamt 36 Wh (Wattstunden). Bei 80% Wirkungsgrad hat man am Ausgang also 36 Wh * 0.8 = 28.8 Wh zur Verfügung. Bei einer Spannung von 3 Volt enspricht das 9.6 Ah.

[blobber]

Danke für die Info und hier der Link:

http://www.pollin.de/shop/dt/NDc5OTgxOTk-/Bausaetze/Diverse/Step_Down_Wandler_Bausatz.html

[yaro]

Datenblatt sagt 83% Effizienz bei 25V Input und 500mA Output (bei unbekannter Spannung, wahrscheinlich da also keine großen Schwankungen).
Kommst mit der Rechnung von Jakob also sehr gut hin.
Es gibt Step-Down Regler, die eine Effizienz von über 90% haben, die kosten dann aber auch deutlich mehr.

Gruß, Yaro

[blobber]

Aha, vielen Dank!

Ich hatte keinerlei "Vorstellung" von der Verlustleistung bei variabler Spannung/Stromstärke!

Aber der "Wert" von 80% ist durchaus akzeptabel!

Vielen Dank!