Hallo zusammen. Wir haben für ein Projekt eine DC-Quelle finden können um verschiedene Verbraucher versorgen zu können, aber auch um Batterien zu laden. Die Eckdaten des "Batterieladers" sind 24-29VDC und Strom bis zu 83A. Die Problematik ist der Verpolschutz. Als Verpolschutz ist da einfach eine Diode in Flussrichtung eingebaut. Das ist natürlich ein wirksamer Schutz des Batterieladers beim Anschluss beliebiger Lasten, doch wenn man damit auch Batterien laden möchte, ist das ungenügend. Schließt man eine Batterie verpolt an, dann schützt die Diode das Laderegler nicht mehr - der kriegt einen undefinierten Stromstoß von der angeschlossener Batterie ab und schmorrt ab. Welche wirksamen Schutzvorrichtungen sind Euch bekannt um das Ladegerät vor dem Verpolen zu schützen? Das einfachste wäre eine beliebige Sicherung (Automat?) an einer Anschlussklemme anzubauen, doch die mir bekannten Sicherungen sind alle viel zu langsam um damit Halbleiter zu schützen. Google und das Forum habe ich durchsuchet, einige interessante Beiträge zum Verpolschutz gefunden, doch das Thema "Schutz des Batterieladers gegen verpolt angeschlossener Batterie" scheint noch nicht ausführlich besprochen zu sein. Wenn doch, bitte um Entschuldigung und Link. Tipps wie einen anderen Batterieladegerät zu suchen, kann ich nicht annehmen. Wir haben sehr strenge Normen zu erfüllen und das Kandidat ist bisher nach wirklich langem Suchen der einzige Treffer das alle Anforderungen erfüllen würde - ausser der angesprochener mit dem Verpolschutz. Mit Hersteller habe ich gesprochen, unser Projekt und die Stückzahlen sind zu gering dass die sich darum kümmern und das bestimmtes definieren. Das Gerät ist als universelle Gleichspannungsquelle gedacht, aber nicht dafür konzipiert dass ein beliebiger Benutzer da an die Klemmen kommt. Doch genau das soll ein Benutzer es bei unserem Projekt tun können, und kein Mensch ist unfehlbar -> wir brauchen die Schutzvorrichtung.
MarkusJ schrieb: > Welche wirksamen Schutzvorrichtungen sind Euch bekannt um das Ladegerät > vor dem Verpolen zu schützen? Geeignete Steckverbinder sind der beste Verpolschutz. > Die Problematik ist der Verpolschutz. Als Verpolschutz ist da einfach > eine Diode in Flussrichtung eingebaut. Wie kommt die Diode zu ihrem Namen, wenn sie gegen Verpolung nicht hilft? Dann mach noch eine zweite Diode und eine Sicherung rein:
1 | |
2 | .----. |
3 | o-------o--------|----|--------o |
4 | | '----' |
5 | Ladegerät --- Akku |
6 | ^ |
7 | / \ |
8 | --- |
9 | | |
10 | o-------o----------------------o |
Wenn jetzt der Akku verkehrt herum angeschlossen wird und der verpolt angeschlossene Akku ausreichend potent ist, dann schlägt die Diode zu und die Sicherung löst aus. Wenn die Diode ausreichend bemessen wurde, dann reicht auch ein "langsamer" Automat als Sicherung aus.
Vielen Dank für die Antwort, LMiller. Doch an dieser Stelle fehlt mir das Verständniss wie und ob das funktioniert. Vielleicht hab ich auch einfach ein Brett vor dem Kopf. Die Diode springt doch nur bei einer (negativer) Überspannung an? Angenommen wir haben beim Ladegerät eine stabile Spannung von 26V, die Batterie mit 24V. Beim verpolten Anschließen machen wir einen Kurzschluss mit 26+24=50V. Kurzschlussstrom fließt über beide Geräte. Doch die Diode sieht ummernoch 26V und schlägt NICHT durch. hab ich da einen Denkfehler? Oder funkktioniert dass so dass beim Verpolen die Diode aus Sicht der Batterie in Flussrichtung geschaltet ist? und auf diese Weise nur die Batterieseite kurzschließt?
Lothar Miller schrieb: > Geeignete Steckverbinder sind der beste Verpolschutz. Das war auch mein erster Gedanke :-)
>Ladeger. o-------o--------|Sicherung|--------o Batterie
Die Verbindung zum Ladegerät geht über eine kleine Sicherung zur
Batterie und Deine DICKE Gleichrichterdiode ist in SPERRrichtung von +
nach- direkt am Ladegerät geschaltet. Erst wenn Du den Akku verpolst
wird sie leitend und soll die Sicherung kaputt machen. Das ist zwar
nicht elegant aber einfach (sofern die Sicherung eher stirbt als der
Gleichrichter).
Am Ausgang des Ladegerätes einen geöffneten Relaiskontakt verbauen. Die Relaisspule wird über eine Diode vom Akkuanschluß versorgt und zieht nur bei richtig gepoltem Akku an.
MarkusJ schrieb: > Beim verpolten Anschließen machen wir einen Kurzschluss mit 26+24=50V. So rechnen Milchmädchen. Wo ist denn der Bezugspunkt dieser Spannung? > Kurzschlussstrom fließt über beide Geräte. Wenn er kann. Wie sieht es mit Strombegrenzungen und Innenwiderständen aus? > Doch die Diode sieht ummernoch 26V Nein. Die Diode sieht das, was am +Ausgang von -24 +26V übrigbleibt, nachdem die Strombegrenzung des Ladegeräts angesprochen hat. Und solange die Spannung am Ladegerätausgang positiv ist, sollte sich das Ladegerät schon selbst schützen können. Denn sonst würde es bei einem komplett leeren Akku auch schon kaputt gehen. Kritisch ist also nur, wenn das Ladegerät zu wenig Strom liefern kann, um gegen den verpolten Akku anzukommen. Dann wird die Spannung am +Ausgang des Ladegeräts plötzlich negativ und die eingebaute "Verpolschutzdiode" leitet rückwärts --> das Ladegerät bekommt Probleme. Mit der Zusatzbeschaltung wird eine solche negative Spannung begrenzt, bis die Sicherung auslöst.
Mosfets sind dafür super geeignet. S-G in Reihe zum +Supply und Gate durch einen Spannungsteiler steuern mit einem geringen Strom.
>>Ladeger. o-------I_sense----------------o Batterie
Der LAderegler soll doch die Batterie laden? Wie wäre es mit einer
Prüfung ob die Batterie vorhanden ist. Es wird doch sowieso eine
Spannungsrückführung geben. Diese könnte doch erst ab zB PLUS 10V den
Laderegler freigeben. Abschalten könnte er sich zB bei über 25V oder
wenn zuwenig Strom fliesst..
So mal als Idee...
Vielen Dank an alle Beteiligten. - geeignete Steckverbinder: nicht realistisch, es geht primer um die Starterbatterien wie man die von den Autos her kennt. Irgendwann muss man die Leiter richtig an die Batteriepole anklemmen. -Lösung mit Relais: halt ich für ungeeignet, die Spannungsquelle, Ladegerät ist als universelle DC-Quelle vom Kunden gewünscht, sprich da wird auch Last angeschlossen. Und in dem Falle wird das Relais nicht ansprechen. -Mosfets: Der Strom wird bis zu 83A betragen. Noch nicht geprüft, denke aber das die suche nach einem geeigneten Mosfet schwierig wird. @Lothar Miller: du bringst mich schön durcheinander. War die ETechvorlesung wirklich so lang her? Bezugspunkt ist bei mir der Minuspol des Ladereglers, die Anode der "Zusatzdiode" aus der von dir dargestellter Zeichnung. Nach Kirchhoff haben wir dann wohl doch 26+24 =56V die irgendwo wieder abfallen MÜSSEN, da geschlossene Masche. Und die werden an den Innenwiderständen des Reglers und Batterie abfallen. Ein gegrillter Regler kann da schnell entstehen. Lothar, das was du schreibst ist logisch und verständlich, bis zu einem Punkt:
1 | Kritisch ist also nur, wenn das Ladegerät zu wenig Strom liefern kann, |
2 | um gegen den verpolten Akku anzukommen. Dann wird die Spannung am |
3 | +Ausgang des Ladegeräts plötzlich negativ und die eingebaute |
4 | "Verpolschutzdiode" leitet rückwärts --> das Ladegerät bekommt |
5 | Probleme. |
Im Vergleich zum Akku wird der Regler auf jedenfall wenig Strom liefern - was eine 100Ah - Starterbatterie im Kurzschlussfall an Strom liefert wird sicher im 3- bis 4-stelligen Amperbereich sein. Doch wie wird dann die Reglerpannung negativ? Ist das ein Verhalten des Reglers wenn er gegen den ankommenden Strom per Strombegrenzung "ankämpft"?
MarkusJ schrieb: > -Mosfets: Der Strom wird bis zu 83A betragen. Noch nicht geprüft, denke > > aber das die suche nach einem geeigneten Mosfet schwierig wird. Dafür gibt es eine Reihe geeigneter FET, notfalls kann man ja 2 paralel schslten. Wenn die Verpolschutzschaltung auch in der Lowside liegen kann wird auch die Schaltungstechnik dazu recht einfach. Stört die Bodydiode (Stromfluss in einer Richtung immer möglich) kann man auch 2 antiseriell schalten was aber die Schaltung etwas umfangreicher macht. Habe leider garade keinen Plan dazu da, gibt aber im Netz viele Beispiele die man anpassen kann.
Eine einfache Verpolschutzdiode bei 83A....angenommen man findet eine geeignete Schottky-Diode mit 300mV Drop...sind dasn immernoch ca. 25Watt, was die Diode da verbraten müsste....kein guter Ansatz ;-) Aktiver Verpolschutz...da brauch es sehr gut FETs mit RDSon << 5mOhm, mehrere davon parallel könnten auch gut funktionieren. 83A sind da leider nich zu verachten. Gruß
Meiner Meinung nach hat Lothar mit der Diode in Sperrichtung und einer Sicherung schon recht. Die Diode sorgt dafür, daß die Spannung am Ladegerät nicht negativ werden kann, als die Durchlaßspannung der Diode (etwa 0,3V bei Schottky). Wenn von außen etwas negatives kommt, leitet sie und sorgt dafür, daß die Sicherung fliegt. Passt schon, denke ich!
MarkusJ schrieb: > -Lösung mit Relais: halt ich für ungeeignet, die Spannungsquelle, > Ladegerät ist als universelle DC-Quelle vom Kunden gewünscht, sprich da > wird auch Last angeschlossen. Und in dem Falle wird das Relais nicht > ansprechen. Dann bau halt einen Taster parallel zum Relaiskontakt. Damit lässt sich das Ladegerät als Netzgerät manuell starten. Durch ein gaaaanz kleines bisschen Nachdenken hätte dir das auch einfallen können.
... schrieb: > MarkusJ schrieb: >> -Lösung mit Relais: halt ich für ungeeignet, die Spannungsquelle, >> Ladegerät ist als universelle DC-Quelle vom Kunden gewünscht, sprich da >> wird auch Last angeschlossen. Und in dem Falle wird das Relais nicht >> ansprechen. > > Dann bau halt einen Taster parallel zum Relaiskontakt. > Damit lässt sich das Ladegerät als Netzgerät manuell starten. > Durch ein gaaaanz kleines bisschen Nachdenken hätte dir das auch > einfallen können. Daran habe ich gedacht bevor ich den Thread erstellt habe. Bei dieser Möglichkeit spielt wieder die Fehlerquelle "Mensch", "Benutzer" wieder zu große Rolle. Mit einer autonom entscheidender Schaltung wie die von Lothar Miller oder alternativ eine FET-Schaltung kann ein Mann einfach nichts falsch machen. Das macht das ganze so interessant für mich. @berndS: vielen Dank dir für diesen Beitrag. habe zwar in die selbe Richtung gedacht (mein zweiter Post) aber Du bringst es genau auf den Punkt. @Dadieter: die 25Watt sind nicht ganz richtig. Da wird der Kurzschlusstrom der verpolter Batterie fließen. Ich kann nur schätzen wie groß der ist, nehmen wir mal vorsichtig 500A an (möglich dass es mehr sind, ich weis es im Moment nicht), dann wären wir schon bei 150W. Ich werde sicher eine "dicke" diode brauchen. Aber, die muss nur 0,2s aushalten, danach löst der Automat aus.
@MarkusJ: Guten Morgen, ich nochmal kurz. Schnapp dir mal LTSpice oder einen anderen Simulator. Damit kannst du sehen, daß es wirklich funktioniert. Das einzige, was du willst, ist ja das Ladegerät vor negativer Spannung schützen. Und genau das macht die Diode, denn sie hängt direkt am Ausgang des Ladegerätes. Die Sicherung sollte natürlich so groß sein wie der maximale Ladestrom, logisch. Im Normalfall soll sie ja halten. Nur dann, wenn durch Verpolung der Batterie diese gegen die Diode "kämpft", fließt der Strom, der die Sicherung auslöst. Die Diode muß diese Zeit bis zum Auslösen natürlich auch aushalten, sonst hat das Ladegerät das Nachsehen ;-) Gruß Bernd
Bernd S. schrieb: > Nur dann, wenn durch Verpolung der Batterie diese gegen die Diode > "kämpft", fließt der Strom, der die Sicherung auslöst. Der kluge Herstellert legt noch einige GEEIGNETE Ersatz-Sicherungen als Beipack hinzu, da Nägel oder falsche Sicherungen der dicken Diode etwas schaden könnten ...
Bernd S. schrieb: > Das einzige, was du willst, ist ja das Ladegerät vor negativer Spannung > schützen. Und genau das macht die Diode, denn sie hängt direkt am > Ausgang des Ladegerätes. Das ist der Trick dabei. Denn wenn die 2 Spannungsquellen hintereinander- und dann kurzgeschlossen werden, dann hängt es allein vom Innenwiderstand ab, welche Spannung du an den Klemmen misst (dazu kommt, dass vermutlich das Ladegerät abhängig von der Last auch als Stromquelle arbeiten kann/wird). Mal angenommen, dein Ladegerät kann maximal 83A und eine Spannung von 26V, und dein Akku hat maximal 24V und schafft nur noch 40A (weil er leer ist und geladen werden soll), dann wird also wer "gewinnen"? Klar: das Ladegerät. Es wird einfach seinen maximalen Strom ausgeben und den Akku zur Not umgekehrt laden. Hier mal ein kleines Rechenbeispiel, wo klar wird, welche Spannung sich beim Kurzschluss der obigen Komponenten einstellen wird:
1 | Ladegerät Klemmen Akku |
2 | 26V/83A leer = 24V/40A |
3 | .---Ril--------o-------Ria----. Ril = 26V/83A = 0.31 Ohm |
4 | | + | - Ria = 24V/40A = 0.6 Ohm |
5 | / \ | / \ |
6 | \ / 26V |U \ / 24V |
7 | | - v | + |
8 | | | I = (24V+26V)/0,91Ohm = 55A |
9 | '--------------o--------------' Uria = 55A*0.6Ohm = 33V |
10 | Uril = 55A*0.31Ohm = 17V |
11 | und damit U = 26V-17V = 33V-24V = 9V |
D.h. trotz des verpolten Akkus wirst du noch 9V an den Klemmen haben. Erst bei einem "vollem" verpolten Akku wird deine Spannung negativ. Dann fließt aber bereits der maximale Strom durch das Ladegerät und den Akku. Und dazu käme noch der Strom durch meine vorgeschlagene Diode --> die Sicherung löst sicher aus... ;-)
Richtig. Es ging ja nur darum, das Ladegerät zu schützen. Und das funktioniert auf jeden Fall durch die Diode. Gruß Bernd
MarkusJ schrieb: > Tipps wie einen anderen Batterieladegerät zu suchen, kann ich nicht > annehmen. Wir haben sehr strenge Normen zu erfüllen und das Kandidat ist Das passt nicht zusammen. Entweder "sehr strenge Normen", dann machen sowas Fachleute - schliesslich muss die Erfuellung der Normen ja zertifiziert werden - oder eben nicht, dann kann man was basteln, wie hier gewuenscht. Es darf vermutlich auch nichts kosten, richtig? Mein Ansatz waere, das "Ladegeraet" am Ausgang (sofern noetig) durch eine Diode gegen Rueckstrom zu schuetzen. Dazu kommt noch eine Erkennung, die das Ladegeraet erst bei richtigem Anschluss einschaltet. Das kann man ja dann auch auf der Primaerseite des Ladegeraetes machen, was sicher einfacher handhabbar ist. fonsana
fonsana schrieb: > Mein Ansatz waere, das "Ladegeraet" am Ausgang (sofern noetig) durch > eine Diode gegen Rueckstrom zu schuetzen. Dazu kommt noch eine Dabei sollte man aber auch beachten, daß die Rückfluß-Diode nicht außerhalb des Ladegerätes angeschlossen werden kann, sondern ein Eingriff in das Gerät notwendig wird. Sonst mißt das Ladegerät die Spannung vor der Diode und berücksichtigt nicht den Spannungsabfall über ihr. Damit stimmt die Ladespannung nach der Diode (also am Akku) nicht mehr. Und gerade die Spannung am Akku ist ja für die Ladung wichtig. Und wenn ich das richtig verstanden habe, darf ja eben kein Eingriff ins Gerät erfolgen. Als Schutz funktioniert das schon, was du sagst, aber die Ladung stimmt dann nicht mehr...
fonsana schrieb: > Mein Ansatz waere, das "Ladegeraet" am Ausgang (sofern noetig) durch > eine Diode gegen Rueckstrom zu schuetzen. Die Rückstromdiode ist ja schon drin. MarkusJ hat im Gedankenmodell das Problem mit den im Verpolungsfall in Reihe geschalteten Quellen: Lader+Akku sind im Verpolungsfall so gepolt, dass ein megamässiger Vorwärtsstrom fließen würde. In der Praxis ist der aber durch den Lader begrenzt...
Angehängte Dateien:
-
Anschluss_DC-Quelle.PNG
6,4 KB
@fonsana: die vielen Randbedienungen und zusätzlich diese Normen (welche die Anforderungen der Industriestandards übertreffen) haben die Auswahl der geeigneten Geräten sehr eingeschränkt bzw. die Suche nach geeigneten Geräten erweist sich aus diesen Gründen als äußerst schwierig. Da dies das erste und im Moment einzig in Frage kommende Gerät ist, bin ich sehr gewillt das nicht wegen einem vergleichsweise geringfügigen Problem auch auszuschließen. Auch wenn es dadurch zu einer Zusatzschaltung, sprich Erweiterung kommen muß. Fonsana, die von dir vorgeschlagene Diode ist bereits standartmäßig mit dabei. Meine Befürchtung war eben dass es durch verpolte Batterie nicht zum Gegenstrom sondern "Mitstrom" kommt. Genau dieser Fall ist durch diese Diode nicht vorgesehen. Im Bild ist der Schaltungsausschnitt gezeigt der den Anschluss des Reglers beschreibt, mehr ist da nicht drin. Zum Posting von Lothar Miller: vielen Dank nochmals für deine Erklärung, Rechenbeispiel. Ich denke ich habe es soweit verstanden. Werde es mit dem Hersteller durchdiskutieren, ob der die Lösung als eine Möglichkeit sieht, ob da nicht doch was dagegen spricht. Vielen Dank an alle Beteiligten.
Die Methode mit der Diode ist bewährt. Eine passende DC-Sicherung gibt es im "Gabelstapler" Bereich. In manchen Bereich ist ein Verpolschutz mit Sicherung nicht gestattet. Da nimmt man Fets. Es gibt 40V als auch 60V Fets mit <2mOhm. Parallelschalten ist ja auch möglich. Somit ist es kein Problem die 83A über fets zu jagen, im Telekomm/Server/Storage Bereich etwas alltägliches. Da hat der Fet auch den Vorteil, dass man bei parallelschaltung das runterziehen des DC-Bus verhindern kann. MFG Fralla
Fralla schrieb: > Da hat der Fet auch den Vorteil, dass man bei > parallelschaltung das runterziehen des DC-Bus verhindern kann. Er hat aber auch den Nachteil, dass eine evtl. eintretende Siliziumschmelze eher leitend wird, als dass sie sperrt...
MarkusJ schrieb: > Da dies > > das erste und im Moment einzig in Frage kommende Gerät ist, bin ich sehr > > gewillt das nicht wegen einem vergleichsweise geringfügigen Problem auch > > auszuschließen. Auch wenn es dadurch zu einer Zusatzschaltung, sprich > > Erweiterung kommen muß. Die Firma BOSCH schützte bereits 1975 ihre professionellen (Werkstatt) Ladegeräte durch ein simples Leistungsrelais (Zigarettenschachtelgroß) in der Plusleitung des Laders. Eine damals aus 2(!!) einfachen Transistoren aufgebaute Abfrage der Akkuspannung (richtig gepolt, größer 3V) gab die Spannung auf die Relaisspule und damit die 60...150 A Ladestrom frei. Das Ganze ohne sense Leitungen, etc. Anwendung 12 bzw. 24V Akkuladung. Ich weiß natürlich nicht, ob eine derart schlicht gehaltene Lösung Dir "sophisticated" genug ist. In diesem forum geht ja nix ohne 2 Controller und mind. 4 exotische FET. Bei bosch wurde sowas unverändert bis 1995 in die Lader eingebaut. Scheint sich also in der Praxis bewährt zu haben .-)
A.Max S. schrieb: > Bei bosch wurde sowas unverändert bis 1995 in die Lader eingebaut. > Scheint sich also in der Praxis bewährt zu haben .-) Ich bin jetzt mal ein wenig gehässig, also nicht schlagen: Nicht alles, was bei Bosch lange gebaut wird, wird deshalb gebaut, weil es gut funktioniert. Es kann auch sein, daß es einfach nur billig ist. Wie gesagt, kann sein, es hat sich bewährt, das will ich hier nicht sagen. Aber den anderen Aspekt sollte man auch in Erwägung ziehen :-)
Hab das alles hier nur so überflogen. 24V/80A ist ein normales Ladegerät für kleine Flurföderzeuge. Benning (Sitz ist Bocholt) stellt so was her. Die Dinger springen erst an, wenn sie die Batterie erkennen und schalten ab, wenn du während des Ladens den Stecker ziehst. Lass dich mit der technischen Abteilung verbinden, die sind immer nett und hilfsbereit, und frage die mal, ob die dir etwas für deinen Bedarf anbieten können. Die haben sicher eine gute Lösung für dich.
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