Energieversorgung + Solarunterstützung

[FelixA]

Hallo Leute,
ich brauche mal eure Erfahrung. Ich arbeite gerade an einer stationären Mess- und Steuerelektronik.
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Spannung: 5V (minimal)
Regulärer Stromverbrauch: 450mA
kurzzeiter Stromaufnahme: 3500mA (für etwa 20 Sekunden beim Zuschalten einer Druckeinheit)
Umgebungstemperatur: 20-50°C
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Die Elektronik soll mit Akkus betrieben werden und durch ein Solarmodul unterstüzt werden. Sobald die Energie auszeicht, soll der Akku über das Solarmodul bzw. einen etwaigen Stromanschluss geladen werden.

Nun meine Frage.
1. Welcher Akkutyp ist zu empfehlen: Blei oder NiMH?
- da unkontinurliches Ladeverhalten (Solar)
- Umgebungstemperatur
2. Welche Spannung sollte das Akkupack haben um minimal 5V zu gewährleisten?
- ich dachte 6*1,2V (NiMH) oder 6V (Bleiakku)
3. Welche Spannung sollte das Solarmodul aufweißen um den Akku auch laden zu können?
- maximal Spannung des Solarmoduls 2V höher als maximal Spannun der Akkus?

4. Ganz Zentral. Kennt ihr einen Microcontroller der ein Akku-Solarenergie Management machen kann? Er soll bei aureichender Spannung das Solarmodul zum Akku dazuschalten. Bei augeschalteter Elektronik den Akku über das Solarmodul bzw. Netzstrom laden.


Vielen Dank. Wenn Ihr auch nur eine Frage beantwoten könnt, hättet ihr mir sehr geholfen.


Felix

[Hubert.G]

Ich tendiere zu Bleiakkus, sie sind doch etwas robuster.
12V werden notwendig sein, bei 6V wird es sehr eng, einen Bleiakku kann man bis 5,2V problemlos entladen, da tut sich mit Linearregler nichts mehr. Bei 12V sollte man dann allerdings einen Schaltregler verwenden.
Herkömmliche Solarmodule haben Leerlaufspannung ca. 21V, eine Schottkydiode in Serie um Rückstrom zu vermeiden. Ein Solarstromregler ist zwingend erforderlich um ein Überladen des Akkus zu vermeiden, ansonst beginnt der Ladestrom zu fliessen wenn die Solarspannung höher ist als die Akkuspannung. Ein Tiefentladungsschutz ist vorzusehen.
Einen speziellen µC der das kann kenne ich nicht, ansonst jeder der A/D Eingänge hat wie z.B. ATmega8.

Hubert

[bat tech]

Ich kann mich meinem Vorgänger nur anschliessen zum Thema Elektrolyt.
Am besten Blei-Gel oder AGM die die können schlechter sulfatieren. Außerdem kann man mit Blei- Akkus hohe Spannungen und gleichzeitig hohe Ströme erhalten. Erst ab Temperaturen von -20°C sind NiCd oder NiMH zu empfehlen.

[FelixA]

Hallo Leute,
danke für die Antworten.
Könnt ihr kurz beschreiben, was hier der Hauptgrund für den Bleiakku wäre?
Die Temperatur oder die relativ höhen Ströme mit 450mA bis max. 3,5A?

Denn der NiMH hat eine deutlich höhere Energiedichte, was mir mindestens 50% an Gewicht erspart (auch wenn es ein stationäres Gerät ist wird es hin und her getragen und dort eingesetzt).

Vielen Dank.

Felix

[Hubert.G]

Meiner Ansicht nach ist ein NiMH wesentlich empfindlicher als ein Bleiakku. Du benötigst eine aufwendige Ladeeinrichtung denn sie sind wesentlich empfindlicher gegen Über- und Tiefentladen. Um das was sie leichter sind, sind sie auch sicher teurer.
Ein 12V/7AH Bleiakku ist noch recht handlich, ich glaube nicht das ein NiMH wesentlich kleiner ist.

[bat tech]

Ich sehe das wieder mal genau so zumal ein Blei akku vor dem erneuten Aufladen nicht entladen werden muss (kein Memory-Effekt)

[FelixA]

Herzlichen Dank ihr zwei!

Ein kleine Frage noch zwecks der Spannungen.
Meine Zielspannung: 5V
Der Akku: 12V

Ich hätte ein (körperlich passendes) Solarmodul von LEMO-Solare mit:
Nennspannung: 12V
Leerlaufspannung: 16V
Nennstrom: 340mA

Nun meine Frage. Das Solarmodul und das Schaltnetzteil würde ich auf 12V dimensionieren. Wäre dann die Spannungsdifferenz zum Bleiakku nicht zu gering zum laden? Ich würde vermuten, dass bei wenig Licht das Solarmodul z.B. nur 9V bringt und durch die Schottkydiode überhaupt nicht genutzt wird, da das Akkupotential z.B. gerade bei 10V liegt. Da die Elektronik jedoch nur mit 5V arbeitet, könnte man jetzt mit dem Solarmodul diese unterstützen und so den Akku indirekt entlasten.

Idee:
-Wäre es hir etwaig besser durch zwei Akkus eine Spannung von 9V zu erreichen? Dann hätte man bei einem 12V Solarmodul etwas mehr Luft?
- Oder sollte man sich eine Elektronik überlegen die den Solarstrom am Akku vorbeischleust, sobald das Akkupotential über dem des Solarmoduls liegt?
- Oder einfach ein Schaltnetzteil und Solarmodul suchen, dass bei 16V arbeiten? Aber ist dann der Unterschied zur Zielspannung nicht zu groß?


Ich danke euch sehr für eure Tipps!

Felix

[Hubert.G]

Mein Solarmodul hat eine Leerlaufspannung von 22V, Nennspannung 16V und einen Kurzschlusstrom von 1,5A. Die Solarmodule sind Kurzschlussfest, daher kein Problem mir zu grossem Spannungsunterschied. Du kannst mit so einem Modul auch problemlos einen 6V Akku laden, du musst nur rechtzeitig abschalten.
Das Modul mit deinen Daten könnte etwas knapp werden da du den Akku auf 13,7 laden musst. Anstelle der Elektronik um die Solarspannung an den Akkus vorbeizuschleusen ist es besser du nimmst für die Erzeugung der 5V einen Schaltregler. Wenn du mehr Strom verbrauchst als das Solarpaneel liefert musst du ohnehin mir einem Netzteil dazuladen.

Hubert

[bat tech]

Ich kann dir einen Laderegler z.B. von Conrad empfehlen da muss du dir keine Sorge mehr um das laden des Akku machen, der Regler schaltet bei der Gasungspannung 14, 4 Volt ab, dar auch Gel oder AGM- Akkus nicht jede Spannung aushalten.

Zum Thema 5V Betriebsspannung kann ich nur empfehlen 6 Volt Akkus zunehmen, dar Z- Dioden meistens nicht 3500 mA aushalten. Nur dann wird warscheinlich das Solarpanel eine zu hohe Spannung erzeugen!

[FelixA]

Hallo
danke für die Antworten!

@bat tech. Gibt es denn Schaltregeler mit denen ich 6V zu 5V machen kann? Die brauchen doch immer eine gewissen Spannungsunterschied von der Urspannung zur Zielspannung?

Felix