Akku Laden [Induktiv] [Archiv]

pinguin

22.05.2005, 17:22

Hallo,

ich habe vor eine Kabellose Ladestation für meinen Roboter (Lego Mindstorms) zu entwerfen. Da es da noch ein paar ungeklärte fragen gibt wollte ich euch um euren rat bitten.

Konzept siehe Bild.

Erst einmal würde ich gerne wissen was ihr von dieser Idee/Konzept haltet?

Dann würde ich gerne wissen wie ich den ersten Test Aufbau am besten realisieren sollte.
Habe da nämlich einfach dran gedacht zwei Spulen zu wickeln einen Sinus Generator (eventuell einen Verstärker noch dazu) drauf setzen und auf der Sekundären Seite einen Verbraucher anzuschließen um zu sehen wie viel Leistung übertragen werden kann. Es müssen nämlich ca. 40 – 50 Watt übertragen werden um das Akku Pack zu laden (das sehe ich doch richtig, oder? [Akku 12 V und ca. 3 – 4 Ah das macht max. 48 Watt]). Der Akku sollte so schnell wie möglich aufgeladen werden. Mein großes Problem ist das der Mobile Part ziemlich klein sein muss da mein Roboter (RCX) nicht gerade groß ist.

Hier noch mal eine Auflistung der Verbraucher:

1 RCX (6 x 1,2V 750mAh)
1 Funkmodul (5V, 23mA)
1 FunkCam (8V, 200mA)

Würde mich über Ratschläge verbessurgen sehr freuen.
Bedanke mich schon mal im voraus.

Gruss
Pinguin

stevy

22.05.2005, 18:44

also sinusgenerator kannste dir schenken wenn du den strom für die ladestation direkt von netz nimmst. das problem wird halt die entsprechende spule zu baun, aber je nachdem was des für n akku is glaub ich ned dass du den wirklich mit 3A laden kannst.(z.b. n blei akku normalerweise 1/10 der kapazität also 300mA)

UlliC

22.05.2005, 18:45

@pinguin:

Die Idee finde ich gut, wenngleich sie nicht neu ist (Zahnbürste, Fördertechnik, etc.)
Ich habe sowas mal vor einigen Jahren mit Vahle u.a. für VW gemacht.

So schnell wie möglich laden, bedeutet normalerweise mit 2-3 C laden. D.H. du müsstest etwa 150 W übertragen.

Das würde nur funktionieren, wenn du eine sehr gute magnetische Koppelung realisierst und die Frequenz so hoch wie möglich wählst.
Etwa 50 bis 100 kHz.

pinguin

22.05.2005, 20:16

@stevy

Wieso kann ich mir den Sinus Generator schenken? Das soll erstmal zum testen dienen. Das Problem ist die Spule, dafür brauch ich paar Ansätze von euch. Habe nämlich damit nicht viele Erfahrungen. Für einen Akku habe ich mich noch nicht entschieden, ich weiß aber dass es schnell Lade Akkus gibt und geben muss. Denke aber das ich so ein Akku Pack von Conrad nehmen werde, also so ein Teil für RC Modelle. Aber für diese Aufgabe habe ich mich für den CCS Controller entschieden, der wird sich um das Laden kümmern.

Aber wie du auch schon gesagt hast die Spule ist das Problem.

Hier mal der Link
http://www.bticcs.com/

@UlliC

Ich weiß die Idee ist nicht neu, da gibt es ja auch die Induktive PC Maus.
Bei http://www.reichelt.de/ Bestellnr A4TECH NB-30
Ich weiß da werden sehr kleine Energie Mengen übertragen aber das Prinzip muss man doch nutzen können.
So sollte das bei mir auch aussehen. Der Roboter fährt auch eine Matte und wird dann dort geladen. Diese Matte Idee ist auch nicht neu dazu gibt es auch langsam neue Entwicklungen, Handys werden damit geladen und sogar Laptops. Ich finde aber gerade den Link nicht.

Oh mit 2 - 3 C Laden .... das wird aber ein großes Problem werden. Wie kriege ich den soviel Energie übertragen. Da du es ja schon gemacht hast könntest du mir dann mal ein paar Tipps geben.
Wäre dir wirklich dankbar.

Gute Magnetische Koppelung würde ja heißen (daran habe ich als erstes gedacht) 2 U-Kerne, einen in der Ladestation und den anderen auf dem Roboter. Das wiederum bringt erheblichen Gewicht Zusatz und dann muss ja die beiden U-kerne (sehr) dicht zusammen gebracht werden.
Was ist den so der max. Abstand. Man kann ja auch Luftspalt sagen.

Ich würde mich wirklich über deine Hilfe freuen habe da sehr wenig Erfahrung mit.

gruss
pinguin

waste

22.05.2005, 20:19

Ich würde es mit Ferrit E-Kernen versuchen. Ein E-Kern mit Wicklung auf der Primärseite und ein zweiter mit Wicklung auf der Sekundärseite. Je höher die Frequenz desto kleiner und leichter wird der Übertrager. Bei 50W und 50kHz muss der Kern etwa E25 Grösse haben.
Eine Schaltung wie ein Schaltnetzteil. Vielleicht kann man den Strom einprägen, damit der Großteil der Schaltung auf der Primärseite ist. Der Roboter kann ja selbst messen wann der Akku voll ist und wieder wegfahren.

Gruß Waste

pinguin

22.05.2005, 20:47

@waste

Wenn ich jetzt z.B einen E-Kern Typ nehmen würde, wie weit dürfen die beiden Kerne von einander Entfernt sein? E25 ist ziemlich klein und mit der Frequenz hast du vollkommen Recht. Habe nicht dran gedacht. Gut ich könnte auf der Primär Seite einen Wandler Typ verwenden (mit einem Schalttransistor). Das Problem was ich habe ist halt das sich die beiden Kerne also das die Primär und Sekundär Seite sich ziemlich nahe kommen müssen. Das wird das Problem sein, wenn es paar cm sein könnten wäre es kein Problem denke ich. Das dürfen aber bestimmt nur mm sein, oder?

Dank des Controller wird das Akku exakt geladen darüber mache ich mir keine sorgen.

Hast du da vielleicht noch einen Tipp für mich.

gruss
pinguin

waste

22.05.2005, 21:02

Als Übertrager sollte der Kern keinen Luftspalt haben. Andererseits wird bei Speicherdrosseln ein Luftspalt verwendet, das weiss ich. Inwieweit man das kombinieren kann, bin ich mir jetzt nicht sicher. Induktivitäten sind mit das komplizierteste in der Elektronik, für mich jedenfalls.
Vielleicht kann das ein Anderer beantworten.

Gruß Waste

pinguin

22.05.2005, 21:16

@waste

Wenn er als Überträger keinen Luftspalt haben darf dann kann ich doch damit nichts anfangen. Ich will/muss die Primär und Sekundär Seiten trennen. Die Sekundärseite muss sich ja auf dem Roboter befinden.
Dann muss ich dafür Luftspulen verwenden. Hm....
Die eine in der Ladestation und die andere auf dem RCX. Hat da jemand einen Test Aufbau parat?

Oh ja die Induktivitäten ist das Komplizierteste, das stimmt!

gruss
pinguin

waste

22.05.2005, 21:37

@pinguin

Wie heisst es so schön: Probieren geht über Studieren!

Also einfach mal testen. Bau Dir einen Übertrager aus 2 U- oder E-Kernen (was du in deiner Bastelkiste findest). Messe die Primär- und die Sekundär-Leistung und variier dabei den Luftspalt. Aus den Ergebnissen ist dann hoffentlich zu schliessen ob es noch geignet ist.

Gruß Waste

pinguin

22.05.2005, 22:01

@waste

Das stimmt ..... werde es wohl tun müssen.
Würde mich aber wirklich freuen wenn mir einer noch Tipps geben könnte.

Ah ja ... schaut euch das mal an .... Wie machen die das denn wohl ....??

Es muss also gehen.

Hier der Link
http://www.splashpower.com/solution/overview.html

gruss
pinguin

waste

22.05.2005, 23:12

@pinguin

Ich hab was gefunden. Guckst Du hier:
www.bticcs.com/pub/d+e2005.pdf
Da sind die gängigen Techniken aufgeführt.

Gruß
Waste

pinguin

23.05.2005, 09:41

@waste

Morgen,

danke für den Link. So wie ich das verstanden habe verwenden die doch noch einen normalen U/E Kern als Beispiel. (Mobiltelefon).
Oder sollte ich lieber eine andere Variante testen?
Meinst du also ich sollte es am besten mal testen.

Oder gibt es hier noch andere Ideen/Vorschläge?

gruss
pinguin

waste

23.05.2005, 11:06

@pinguin

So wie ich das nun überblicke, kannst Du Dir maximal einen Luftspalt von 2-3mm erlauben. Sonst wird entweder der Kopplungsfaktor zu gering oder der Kern wird zu groß.

Bei Luftspulen mußt Du sehr hohe Frequenzen (MHzen) nehmen, was wiederum andere Schwierigkeiten mit sich bringt.

Ich will mir ja auch irgendwann eine automatische Ladestation bauen, dachte aber eigentlich an eine Konstruktion mit Schleifkontakten. Deine Idee war es auf jeden Fall einmal Wert darüber nach zu denken es auch induktiv zu machen. Nun aber bleibe ich bei meinen Schleifkontakten.

Aber vielleicht findet sich noch ein Experte, der Dir weiter helfen kann.

Gruß
Waste

pinguin

23.05.2005, 14:57

@waste

So wie ich das nun überblicke, kannst Du Dir maximal einen Luftspalt von 2-3mm erlauben. Sonst wird entweder der Kopplungsfaktor zu gering oder der Kern wird zu groß.

Das wird dann wohl nichts also für meine Anwendung. Aber wie laden die das Handy dann auf. Der Abstand ist auf jeden fall größer als paar mm.
Das wundert mich.

Bei Luftspulen musst Du sehr hohe Frequenzen (MHzen) nehmen, was wiederum andere Schwierigkeiten mit sich bringt.

Ja, wie schon oben Beschreiben. Wollte einfach mal ein paar Luftspulen wickeln und es Probieren.
Hm...

Jetzt stehe ich wieder auf dem Schlauch .....

gruss
pinguin[/quote]

BlackBox

23.05.2005, 15:11

Aber wie laden die das Handy dann auf. Der Abstand ist auf jeden fall größer als paar mm.
Das wundert mich.

Schau mal bei dem Link unter Verfügbarkeit. Bis jetzt gibt es noch kein Handy, was diese "neue" Technologie unterstützt. Die Aussagen zur Technik sind auch mehr als bescheiden. Die gleichen Ladezeiten wie mit Steckernetzteil halte ich auf jeden Fall für undurchführbar.

Zur Technik mit den Luftspulen:

Du brauchst ein Pad mit einer integrierten Luftspule + Luftspule im Empfänger. Beide müssen mit einem Kondensator genau auf die Resonanzfrequenz abgestimmt sein. 125kHz werden z.B. bei RFID eingesetzt, wo ja auch die Energie für den Tag auf diese Art und Weise übertragen wird. Mach dir aber nicht allzu große Hoffnungen in Bezug auf die übertragbare Leistung. Je näher die beiden Spulen zusammenkommen, desto besser ist die Kopplung.

Vitis

23.05.2005, 17:45

Hab mir das PDF mit den kontaktlosen Ladegeräten auch mal angesehn,
hoch interessant --> ab in die PDF-Sammlung

Also das Verhältnis Abstand : Indiktionsspannung, des da beim Punkt
"Implantate" angegeben ist sieht doch nicht schlecht aus, bei 5mm noch
ziemlich gute Kopplung.

Bei 10 mm noch ca. 75% oder so (habs nicht nachgerechnet) ... da lässt
sich doch was anfangen. Problematisch wird nur die zentrierung der
Spulenkerne gegeneinander sein denk ich

pinguin

23.05.2005, 21:37

@BlackBox

Schau mal bei dem Link unter Verfügbarkeit. Bis jetzt gibt es noch kein Handy, was diese "neue" Technologie unterstützt. Die Aussagen zur Technik sind auch mehr als bescheiden. Die gleichen Ladezeiten wie mit Steckernetzteil halte ich auf jeden Fall für undurchführbar.

Ja, da hast du recht. Es muss aber doch möglich sein.

Du brauchst ein Pad mit einer integrierten Luftspule + Luftspule im Empfänger.

So was muss sich doch leicht bauen lassen für erste versuche. Kennst du da vielleicht ein paar Links zu dem Thema?

Bei RFID werden doch ganz geringe Energie Mengen übertragen also viel weniger als man für ein Handy Akku braucht. Außerdem werden damit auch noch andere Geräte geladen.

Mit der Kopplung werde ich bestimmt noch Probleme kriegen. Das stimmt.
Hast du mal paar Links zu so einem Thema?

@Vitis

Ich finde das 5 mm ziemlich wenig sind. Dafür müsste mein Roboter exakt in die Ladestation fahren und das ist leider nicht möglich. Hm... wenn es noch mit mehreren cm klappt dann würde es gut aussehen. Werde es wohl nachrechnen müssen.

Aber falls einer von euch Links zu dem Thema hat würde es mich freuen wenn er es mir mitteilen würde.

gruss
pinguin

Madgyver

23.05.2005, 23:02

Ich hoffe euch ist allen klar, das bei den utopischen Werten (150W auf einige zich kHz, oder Luftspulen mit mehreren MHz) sich die meisten Funkamateure freuen werden einen Roboterbauer in der Nachbarschaft zu haben.

spätestens wenn ein Ü-Wagen vor der Tür steht wirds teuer....

Ich denke, dass induktives Laden nur wirklich problemlos bei Sachen geht wie Zahnbürsten (fast 24 Stunden laden, 3 mal 3 Minten benutzen über den Tag verteilt).

Ich würd erstmal experimente machen, was man für ne Kopplung mit bestimmten Spulen Anordnungen bekommen kann. Vielleicht so im "ungefährlichen" Bereich von 1 bis "ein paar" kHz.
Signal an einer Spule rein, und an der 2. Spule messen wie viel ankommt.

Würde mich aber wundern, wenn da viel rauskommt...

UlliC

23.05.2005, 23:24

Ich denke, dass induktives Laden nur wirklich problemlos bei Sachen geht wie Zahnbürsten (fast 24 Stunden laden, 3 mal 3 Minten benutzen über den Tag verteilt).

Hallo,

es gibt Systeme, die sind nicht größer als ein Schuhkarton und können 500 W übertragen.
Selbstverständlich sind diese nach den geltenden EMV Vorschriften zugelassen.
Vielleicht hilft der Begriff Flußführung, Sammler oder Nachdenken weiter.;-)

Madgyver

24.05.2005, 00:44

Diese Systeme haben aber keinen Abstand von mehr als 10-50cm voneinander oder? Da sind doch bestimmt so aufgebaut, wie ein getrennter E-Kern Transformator den man "zusammensteckt" oder nicht?

BlackBox

24.05.2005, 07:11

Großartige Links zu dem Thema habe ich auch nicht. Zum experimentieren kannst Du dir ja mal zwei Luftspulen basteln. Induktivität so ca. 1,6mH, Kapazität rund 1nF. Das Ganze speisst Du dann mit den genannten 125kHz. Abstimmen tust Du das Ganze dann über die Stromaufnahme. Im Resonanzfall hat der Strom ein Maximum.

Aber wie gesagt, ein paar Watt lassen sich damit nicht übertragen.

Archi

24.05.2005, 18:26

Habe sowas mal testweise für die Energieversorgung für ein Implantat aufgebaut. Kernlose Spule mit ca. 120mm Durchmesser 3 (!) Windungen und 1µF Folienkondensator primär. Das ganze angeregt mit ca. 125kHz aus einen anständigen Vollbrücken-Mosfet-Umrichter. Spannung and den Kondensatoren im Resonazfall über 100V. Da kriegt man dann über 20mm noch 50 Watt drüber.
Ich würde sowas aber nicht empfehlen, denn Aluplatten, die man drauflegt werden heiß und Elektronik, die in der Nähe noch funktionieren soll muss in HF-dichte Kästechen eingebaut werden.

Schon mal an eine Art Roboter-Steckdose evtl. in Verbindung mit Federstiften gedacht?

CU, Robin

Madgyver

24.05.2005, 20:46

Aber 10 cm sind da auf keinen fall mehr drinn oder? Denn bei 10cm müssten nur noch ein 2^5-ter Teil der Leistung abgreifbar sein.

TomHumpen

26.05.2005, 10:06

UlliC

26.05.2005, 11:26

Das größte Problem wird die Induktion in den restlichen Roboter sein. Wie Archi schon sagte werden alle Bauteile von einem Magnetischen (in diesem Fall sehr starken) Feld beeinflußt. Es enstehen Spannungen an allen metallischen Teilen und Wirbelströme welche deine übertragenen Watt zum Heizen von Metall verbraten. Ein Induktionsherd ist das beste Beispiel.

Stimmt, deshalb brennen elektrische Zahnbürsten auch immer auf und Trafos, Drosseln etc. funktionieren eigentlich auch nicht, weil sie von diesem mystischen Feld beeinflußt werden. ;-)

Aber Scherz beiseite.
Wie immer ist es eine Frage der Dosierung und in diesem Fall eine Frage der vernünftigen Flußführung.
Wie ich schon sagte, gibt es derartige Systeme bereits seit Jahren im Einsatz.
Zur Erwärmung nur so viel:
Wenn ich eine Aluplatte auf eine 50W Glühbirne lege, bleibt die auch nicht lange kalt.

Lars.

26.05.2005, 11:33

Hab ich das richtig kappiert, ihr wollt den Strom zum Laden über die Spule irgendwie durch die Luft leiten?

Und das funktioniert?

TomHumpen

26.05.2005, 12:43

@UlliC Es ging um eine Schnellladung und wir reden hier bestimmt nicht von einer Leistung, welche eine elek. Zahnbürste lädt. Wenn du kräftige Batterien laden willst müßte man (im Vergleich zur Zahnbürste) die Feldstärke erhöhen, was zu den oben genannten Problemen führt.

@Lars

Mit Induktion (welche durch ein magn. Feld erzeugt wird) kann man in einiger Entfernung eine Spannung erzeugen, die einen Strom fließen lassen kann. Gemacht wird das mit Spulen.

So long....

UlliC

26.05.2005, 16:50

Es ging um eine Schnellladung und wir reden hier bestimmt nicht von einer Leistung, welche eine elek. Zahnbürste lädt. Wenn du kräftige Batterien laden willst müßte man (im Vergleich zur Zahnbürste) die Feldstärke erhöhen, was zu den oben genannten Problemen führt.

@TomHumpen:
Ich wiederhole mich ja ungern, aber nochmal:
Die CPS-Systeme von denen ich spreche übertragen z. B. 500 W ohne Probleme. Die Sekundärseite hat dabei eine Grundfläche einer DIN A4 Seite. Die Höhe ist etwa 150mm. Der Luftspalt beträgt etwa 20mm. Die Übertragung auf das Fahrzeug findet auch im Fahren statt.
Für eine Ladestation könnte man den Luftspalt deutlich kleiner machen, mit den hoffentlich bekannten Vorteilen.
Bei einer halbwegs intelligenten Ladestation würde der Primärteil ohnehin erst eingeschaltet werden, wenn das Fahrzeug in der Station steht. Damit dürfte das Problem der Erwärmung nicht relevant sein.

TomHumpen

26.05.2005, 18:55

Was würde die Sekundär-Seite denn wiegen (Eisenkern, Wicklungen etc). Um wieviel würde der Bot denn schwerer werden.
Weil wenn das wirklich keine Probleme darstellt und nicht viel wiegt wäre das ne interessante Methode.

So long...

ewitt

09.06.2005, 17:56

Servus!
Induktives Laden wird schon lange praktiziert. Es können dabei auch große Leistungen übertragen werden wie das BSP.: http://www.wampfler.com/INDEX.asp?lang=1&page=31,1,32&zuf=0.13319185297745178 zeigt. Da ich selber so ein Ladesystem für einen kleinen Verbraucher (10mA Ladestrom) herstellen will sehe ich mich gerade um. Wenn ich etwas genaueres weis poste ich wieder. lg, Erwin