Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fahrrad-Dynamo USB-Ladegerät: Wie Puffer-Akkus in Schaltung integrieren?


von rroobb (Gast)


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Hallo zusammen!

Ich habe mir ein Fahrraddynamo-USB-Ladegerät gekauft. Dieses kann man an 
das Nabendynamo des Vorderrades parallel zur dem Vorder- und Rücklicht 
anschließen.
Aber leider hat dieses Ladegerät von Anfang an nicht geladen. 
Zurückschicken und Umtauschen ist leider nicht möglich (möchte nicht 
weiter drauf eingehen).

Dieses Ladegerät hat auch ein Pufferakku (zwei Batterien) integriert.
Ich habe dieses Ladegerät aufgemacht und wollte schauen, ob ich 
irgendetwas entdecken kann, warum es nicht funktioniert.
Aber leider sind das alles kleine SMD-Bauteile und ich bin nicht in der 
Lage dort etwas Ungewöhnliches zu erkennen.  Das einzige was ich 
erkennen kann, sind die beiden Akkus.

Ich habe mir gedacht, ich tausche einfach, bis auf die Akkus, die 
elektronische Schaltung durch eine selbstgebaute Schaltung aus. Ich 
würde aber gerne die Akkus der Original-Schaltung nutzen. Wenn es nicht 
funktioniert, dann würde ich auch diese tauschen.

Ich habe mal im  Internet nach einer Schaltung für diese Anwendung 
geschaut, ich habe aber leider nur welche ohne Puffer-Akku zum 
Nach-basteln gefunden, daher möchte ich mich an euch wenden.

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Hier mal die Eckdaten des Ladegerätes (Vom Hersteller):
Eingang:
0 bis 70 V Wechselspannung, max. 650 mA, 0 bis 10 kHz. Bei 100 V 
Spitzenspannung setzt Begrenzung ein. Polarität muss nicht beachtet 
werden.
Ausgang:
5 V spannungsgeregelt, kurzschlussfest Leistung: wenn Pufferakku 
geladen, max. 5 W, dauerhaft bis 2,5 W
Leerlaufleistung:
0,05 W bei 30 km/h Ladezeit angeschlossener Mobilgeräte (unverbindlich): 
ab ca. 15 - 20 km/h vergleichbar mit der Ladezeit per Netzteil
Das USB-WERK gibt bis zu 1 A Strom bei einer Spannung von 5 V ab.

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Eckdaten Dynamo
6V (schon in Gleichspannung angegeben, erzeugt aber Wechselspannung, 
mitunter recht hohe ca. 60V ~), 3W, 0,5 A

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Hier die Schaltung,die ich gefunden habe:

Dynamo -> Parallel -> Brückengleichrichter (B 80 R) -> Parallel -> 
Varistor (31v, s 14 k25) -> Parallel -> ELKO (1000µF, 35V) -> Parallel 
-> Step-Down Modul ( Basis IC LM2596s, 40v in max) -> Parallel -> ELKO 
(1000µF, 16V)-> Parallel -> USB-Buchse
Für das Step-Down Modul kann wohl alternativ auch der Spannungswandler 
7805 (linear, 5V, 1,5 A)  verwendet werden.

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Eckdaten der Akkus (Aufdruck auf den Akkus)
2 x a  6,4V, 150mAh, 0,96 Wh LiFePO4

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Meine Fragen:
1.  Wie kann ich die Pufferakkus in die Schaltung integrieren
2.  Muss ich irgendwelche Bauteile anders dimensionieren ?
3.  Falls die vorhandenen Puffer-Akkus defekt sein sollten, welche Akkus 
könnte ich alternativ nehmen?


Vielen Dank schon mal im Voraus!!!

: Verschoben durch Moderator
von Michael F. (sharpals)


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Hallo, die frage ist, weshalb eine pufferbatterie ?

Wenn ich rechtsehe, erzeugen dynamos eine recht hohe leerlaufspannung ( 
mal nachmessen ).

Wenn der Dynamo deutlich über 7 V erzeugt, es können bis zu 16V werden.

Dann würde eine Brückengleichrichterschaltung ( mal als bekannt 
vorrausgesetzt ) und ein Stepdownwandler benutzen, der dann 5V 
ausgangsspannung hat.

Was aber auch ganz gut geht, um die schwankende spannung abzufangen ( 
mit wirkungsgradverlust ).

Gleichrichterschaltung an einen Stepdownwandler, der auf 3,3V wandelt 
und daran dann ein stepupwandler auf 5V. SOlange der dynamo genügend 
leistung liefert wird, wirst du immer die richtige spannung haben.

ABer ein 78L05 würde ich wirklich nicht nehmem.

von rroobb (Gast)


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Hallo!

Der Hersteller begründet den Pufferakku so:

"Ein integrierter, kleiner Pufferakku stellt sicher, dass auch bei 
langsamer Fahrt und kurzen Stopps die Spannungsversorgung konstant bei 5 
V bleibt"

Das ergibt für mich prinzipiell Sinn?!
Mir ist schon wichtig dass bei langsamen Fahren und sogar Stand trotzdem 
geladen wird.
Es soll auf eine längere Reise gehen.

Eigentlich würde ich gerne die Schaltung nutzen:
Dyn. II Brückengleichrichter II Varistor II ELKO II Step-Down II ELKO II 
USB


Ich möchte gerne die Schaltung so klein wie möglich halten, damit ich 
sie in ein kleines Gehäuse verbaut bekomme.

Du schlägst diese vor, richtig?
Dyn. II Brückengleichrichter II Step-Down (3,3v) II Step(up?) II USB

Was für ein Model würdest du für das zweit Step-Modul benutzen?

Wie könnte man die Pufferakkus in die (vorzugsweise erste)Schaltung 
integrieren?
Einfach beide nur Parallel dazuschalten?
Bräuchte man dann keine Umdimensionierung der Schaltung?


Danke!

von Michael F. (sharpals)


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Aber noch eine Frage, was für ein Dynamo ist es ?



Wenn du unbedingt auf einem AKKU bestehen willst, kannst du eine 
Powerbank nehmen. ( wenn du längere strecken zurücklegen willst, sehe 
ich ehrlich keinen sinn dabei ).

http://www.ebay.de/itm/LogiLink-Mobile-Power-Bank-2200mAh-Externer-Akku-USB-Ladegerat-LED-Handy-Tablet-/401288178660?epid=12003303738&hash=item5d6ea3abe4:g:N9EAAOSwol5YwRhM


Da ist der akku und die 5V elektronik für den USB anschluß eingebaut.

Leider können die meisten Powerbanks nicht laden und gleichzeitig selbst 
geladen werden :-(

ALso benötigst du noch stepdownwandler , mit strombegrenzung, um den 
akku direkt zu laden. Dü öffnest die powerbank und schließt diesen 
regler dann direkt an den akku an. ( findest du über e-bay ). Den 
stellst du dann auf 1A und 4,05V ein , das ist wichtig, damit du 
genügend abstand zur ladeschlußspannung hast.

------------------------------------------------------------------------ 
-
Ich persönlich würde aber auf dem Akku verzichten und dann wird es 
einfacher:

hier ein step up und down wandler für 5V :
http://www.ebay.de/itm/Pololu-5V-Step-Up-Step-Down-Spannungsregler-S10V4F5-2121-/281994687055?epid=915615524&hash=item41a831724f:g:lvwAAOSwIjJZQ4Y3

Dieser regler kann mit niedriger und hoher spannung zurecht zukommen !!!
Also ob du nun langsamm, oder schnell fährst.

Wenn dein Dynamo deutlich über 5V liefern kann, nimmst du das hier :
http://www.ebay.de/itm/DC-4-5-40V-to-5V-2A-USB-Ladegerat-Step-down-Buck-Converter-Voltmeter-Modul-TE533/391505519326?_trkparms=aid%3D555018%26algo%3DPL.SIM%26ao%3D2%26asc%3D20140117130753%26meid%3D4d02a52689b64ffaab97ee64d76d2392%26pid%3D100005%26rk%3D4%26rkt%3D6%26mehot%3Dag%26sd%3D263134426393&_trksid=p2047675.c100005.m1851

Wenn dein Dynamo nur etwa 6V liefert und du auch nicht den stepup/down 
wandler nehmen willst ( weshalb auch immer ). Kannst du , anstelle der 
gleichrichterbrücke, eine Spannungsverdopplerschaltung nehmen:

http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Spannungsverdoppler

Im endeffekt hast du dabei , unter last, etwa die 1,4 - 1,8 fache 
spannung zur verfügung, so daß ein Stepdownregler reicht, also die 
zweite schaltung.

Daran kannst du dann auch eine Powerbank anschließen, wenn du dein gerät 
geladen hast und trotzdem noch energie speichern möchtest.

: Bearbeitet durch User
von Daniel Handrik (Gast)


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Der Akku beim laden ist schon sehr sinnvoll. Es liegt daran das die 
Handy Laderegler zum Teil schwankende Spannungen nicht gut abkönnen bzw 
sie gehen nicht kaputt sondern schalten das laden einfach aus, gehen 
dann aber nicht selber mehr an... Man muss sie einmal komplett von der 
Spannungsquelle trennen. Dazu gibt es einen kleinen Beitrag vom ct 
uplink, da wurden so Camping charger mit Solar usw getestet und ihnen 
ist es dabei aufgefallen.

Hier der Beitrag, gibt's auch auf YouTube.

video/artikel/Podcast-c-t-uplink-18-2-Strom-fuer-unterwegs-Android-Backups-macOS-10-13-3793422.html?wt_ref=https%3A%2F%2Fwww.heise.de%2Fvideo%2Fthema%2Fc%27t-uplink&wt_t=1502606427175

von Daniel Handrik (Gast)


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von rroobb (Gast)


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Der Dynamo ist ein Nabendynamo (Shimano deore lx), 6V, 3W, 0,5 A (schon 
in Gleichspannung angegeben, kann wohl bei schnellen Fahrten recht hohe 
Wechselspannung, mitunter ca. 60V ~ erzeugen).

Ja, den Akku hätte ich schon gerne, auch wegen des Grundes den Daniel 
genannt hat.

Ich hab den Step-Down-Wandler hier gefunden  (bei ebay irgendwie nicht), 
ich hoffe der passt ?
https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/pdf_datasheet.php?products_id=4763


Dieser würde sicher nicht gehen, oder? Der hat ja keine einstellbare 
Strombegrenzung.
http://www.ebay.de/itm/DC-DC-Wandler-Konverter-Step-down-LM2596-Power-Supply-Modul-Module-1-23V-30V-/171475050668?_trksid=p2385738.m2548.l4275


Ich habe auch schon eine Powerbank zuhause. Ich habe sie mal aufgemacht 
und mir das angeschaut.
cap: 2200mAh, vol: 3,6/4,2V
Eingang: Mini-USB, Ausgang: Normal-USB

Also wenn ich das richtig verstehe baue ich mir die Schaltung so auf?:

Dynamo II Brückengleichrichter (B 80 R) II
Varistor (31v, s14k25) II ELKO (1000µF, 35V) II Step-Down (eingestellt 
auf 4.5V, 1A) II Powerbank-Eingang II Powerbank-Ausgang II Telefon

Da ich mit extra Kabel arbeiten muss, müsste ich den Mini-USB und 
Normal-USB von der Elektronik entfernen und dort Kabel anlöten.

Sowohl beim Mini-und Normal-USB-Anschluss muss ich doch die 
Daten-Anschlüsse in der Mitte kurzschließen, richtig?


Wie ist genau das Ladeverhalten, wird der Akku erst komplett aufgeladen 
und dann wird das Telefon geladen?

Oder wird beides Gleichzeitig geladen?

Wenn der Akku voll ist und das Dynamo immer noch angeschlossen ist, wird 
das Telefon nur über dem Akku geladen?


Danke.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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rroobb schrieb:
> Ich habe mir ein Fahrraddynamo-USB-Ladegerät gekauft.
> Aber leider hat dieses Ladegerät von Anfang an nicht geladen.

Dann ist es kaputt. Oder du hast es nicht richtig angeschlossen.

> Zurückschicken und Umtauschen ist leider nicht möglich (möchte nicht
> weiter drauf eingehen).

Das ist Pech. Denn das ist Problembehebungsstrategie #1 bei gekauften 
Geräten. Bleibt Reparatur.

> Ich habe dieses Ladegerät aufgemacht und wollte schauen, ob ich
> irgendetwas entdecken kann, warum es nicht funktioniert.
> Aber leider sind das alles kleine SMD-Bauteile und ich bin nicht in der
> Lage dort etwas Ungewöhnliches zu erkennen.  Das einzige was ich
> erkennen kann, sind die beiden Akkus.

Dann kannst du es also auch nicht reparieren.

Bleiben noch zwei Möglichkeiten:

1. finde jemanden, der es für dich repariert. Ob das ökonomisch sinnvoll 
ist, bezweifle ich.

2. wirf es weg (vertick es auf ebay) und kaufe etwas neues, das auch 
funktioniert.

> Ich habe mir gedacht, ich tausche einfach, bis auf die Akkus, die
> elektronische Schaltung durch eine selbstgebaute Schaltung aus.

Kannst du versuchen. Aber nach deinen eigenen Worten scheinst du dafür 
eher nicht befähigt. Vielleicht bekommst du ja eine ältere Version des 
Forumsladers (mit THT Bauteilen) hin:

http://www.forumslader.de/aeltere-versionen/

> Ich habe mal im  Internet nach einer Schaltung für diese Anwendung
> geschaut, ich habe aber leider nur welche ohne Puffer-Akku zum
> Nach-basteln gefunden

Das ist sehr merkwürdig, denn eigentlich ergibt es sehr wenig Sinn, 
einen Fahrrad-USB-Lader ohne Pufferakkus zu bauen. Am Dynamo fällt 
Energie sehr unterschiedlich an, mal mehr mal weniger, je nachdem wie 
schnell du fährst und ob Licht an ist oder nicht. Deswegen ist es 
gängige Methode, einfach dauerhaft die überschüssige Energie in einem 
Pufferakku zu sammeln und Geräte dann aus diesem Akku zu versorgen. Noch 
ein positiver Effekt: man kann durch eine höhere Spannung als 6V auch 
mehr Leistung aus dem Dynamo herausholen.

von Michael F. (sharpals)


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Gut gehen wir von der notwendigkeit des akkus aus, dann also

gleichrichter >>
Stepdownregler auf 4.1V MIT STROMBEGRENZUNG ( Ohne könnte den akku 
beschädigen ) 
http://www.ebay.de/itm/DC-DC-LM2596S-60V-3A-Stepdown-Modul-Buck-Modul-zum-Regulieren-von-CC-CV-/232316449227?hash=item361723b1cb:g:oaUAAOSwMvtZUKjH

Selbiger wird direkt an den akku der powerbank angschlossen , die 
ladeelektronik bleibt inanktiv. Der strom wird auf etwa 50% der 
kapazität eingestellt.

Und an die Powerbank kommt dann dein verbraucher. Der vorteil ist, die 
schutzschaltung der powerbank bleibt erhalten.

Die meisten powerbanks reagieren auf die stromaufnahme , sobald man den 
startknopf gedrückt hast.

LiPo/Liion verhalten sich anders als NiCad akkus und werden mit 
spannungskonstanter und strombegrenzeung geladen.

Ist der akku leer, zieht er den maximalen strom ( innenwiderstand), dazu 
die strombegrenzung. Steigt die spannung an geht die stromaufnahme 
zurück und es muß verhindert werden, daß die ladeschlußspannung nicht 
überschritten wird.
Dabei sollte man etwas unter dem maximalwert bleiben ( ca 4 - 4,1V ), um 
die sicherheit zu haben.

Beide fällen, werden von dem regler abgefangen. Entgegen NiCad ist bei 
Lizellen kein memmoryeffekt vorhanden. Der akku verträgt also auchh 
teil(ent)ladungen.

Ps.: an die minusfritte ,  dann bring selber besseres .

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Michael F. schrieb:
> Gut gehen wir von der notwendigkeit des akkus aus, dann also
>
> gleichrichter >>
> Stepdownregler auf 4.1V MIT STROMBEGRENZUNG ( Ohne könnte den akku
> beschädigen )
> 
http://www.ebay.de/itm/DC-DC-LM2596S-60V-3A-Stepdown-Modul-Buck-Modul-zum-Regulieren-von-CC-CV-/232316449227?hash=item361723b1cb:g:oaUAAOSwMvtZUKjH

Das funktioniert nicht. Ein Stepdownregler mit konstanter Last hat am 
Eingang einen negativen differentiellen Widerstand (die Stromaufnahme 
sinkt bei steigender Eingangsspannung). Ein Dynamo ist im Prinzip 
eine Konstantstromquelle. Die Kombination ist nicht stabil.

> Selbiger wird direkt an den akku der powerbank angschlossen , die
> ladeelektronik bleibt inanktiv. Der strom wird auf etwa 50% der
> kapazität eingestellt.
>
> Und an die Powerbank kommt dann dein verbraucher. Der vorteil ist, die
> schutzschaltung der powerbank bleibt erhalten.

Die ganze Idee mit der Powerbank ist Bullshit. Wenn man einen Pufferakku 
hat, wozu dann noch eine Powerbank? Bist du Powerbank-Verkäufer?

Auch die Strombegrenzung ist Unsinn. Ein Dynamo liefert maximal seinen 
Bemessungsstrom (im Normalfall also 500mA). Dann nimmt man einfach einen 
Akkupack, der diesen Ladestrom verträgt und fertig. Die Ladeschaltung 
beschränkt sich dann auf eine simple Spannungsbegrenzung.

von Michael F. (sharpals)


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mm seltsam, läuft aber hier, aber ok,  wenn du es besser kannst, wirst 
du jetzt die ultimative lösung anbieten.

Die powerbank habe ich erwähnt, weil dort der größte teil  verwendbar 
ist und  es nichts kostet.

Aber egal wie  ...... du wirst es richten.

von rroobb (Gast)


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Und wer hat jetzt Recht?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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rroobb schrieb:
> Und wer hat jetzt Recht?

Ja, genau das hatte ich befürchtet, daß Michael F. mit seinen unsinnigen 
Vorschlägen Verwirrung stiftet. Immerhin bist du jetzt gewarnt und setzt 
kein Geld dabei in den Sand, den von ihm vorgeschlagenen Unsinn zu 
bauen.

Um die Frage zu beantworten: schau dich einfach um, welche erfolgreichen 
USB-Lader es gibt (kommerziell oder auch nicht). Sind welche ohne 
Puffer-Akkus dabei? Oder welche, die eine Powerbank als Basis verwenden?

Hast du dir eigentlich den Forumslader mal angesehen? Das Ding ist zwar 
im Laufe der Zeit förmlich explodiert, was Features (und Aufwand) 
angeht, aber die älteren Versionen sind hinreichend einfach aufgebaut, 
daß sie auch ein Anfänger nachbauen kann. Und ich betone auch gerne noch 
einmal, daß das ein nachweislich funktionierendes Konzept ist und 
nicht nur ein Hirngespinst.

von Michael F. (sharpals)


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siehe hier : http://www.forumslader.de/news/

und das was du suchst ist hier zu sehen ( leider ohne stromlaufplan )

http://www.forumslader.de/fileadmin/user_upload/Individuelle%20Geraete/jensd/Download/FL-Ahead/V5_Allgemein/Aufbau_ForumsladerV5_kompakt.pdf

hier noch ein forum : http://rad-forum.de/topics/928246

Ach by the whay die neuste version benützt schaltregler :-)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Michael F. schrieb:
> und das was du suchst ist hier zu sehen ( leider ohne stromlaufplan )
> 
http://www.forumslader.de/fileadmin/user_upload/Individuelle%20Geraete/jensd/Download/FL-Ahead/V5_Allgemein/Aufbau_ForumsladerV5_kompakt.pdf

Nein, ist es nicht. Das ist die Aufbauanleitung für die letzte Version 
mit überbordenden Features, die auch nicht mehr einfach von einem 
Anfänger nachgebaut werden kann. Hast du eigentlich etwas persönlich 
gegen rroobb (Gast), daß du ihm immer irgendwelchen Schwachsinn 
vorschlägst?

> Ach by the whay die neuste version benützt schaltregler :-)

Nach dem Pufferakku. Weil es dann auch funktioniert. Und keineswegs nur 
die neueste Version. Für die Umwandlung der Akkuspannung auf 5V war ein 
Schaltregler immer schon die empfohlene Option.

von Michael F. (sharpals)


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vorschlag , bring was ... und ende

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