Funktion Ladegerät Pb -> LiFePo4

[Eduard I. (eiten)]

Hallo zusammen,

auf unserm "Fischkutter" ist bald einen neue Zweitbatterie/Lichtbatterie 
fällig. Da ich mir vor 10 Jahren (und auch jetzt nur bedingt :)) ein 
Hochstrom-Ladegerät zu bauen nicht zugetraut habe habe ich immer so 
geladen: Die Batterie ist über Trenndiode von der Starterbatterie 
getrennt, anscheinend ist die Diode in der LiMa mit einberechnet, die 
Spannung geht bis 14.4 Volt Batterieseitig der Dioden. Ich habe dann 
über die Diode einen Step Up gehängt, der auf 14.8V, Strombegrenzt, 
geregelt hat (Zyklen-Ladeschlusspannung gemäss Datenblatt). Ist der 
Strom unter 0.1A gefallen, habe ich den Step Up deaktiviert und 
deaktiviert gelassen. Obwohl die Float-Ladung danach mit 14.4 V etwas 
höher war als vom Hersteller empfohlen, hat die Batterie trotz 
intensiver Nutzung (jeweils im Sommer) gut gehalten.
Da ich experimentierfreudig bin will ich jetzt 4S LiFePo4 einbauen, 
natürlich inkl. BMS.
Nun die Frage: Denkt ihr, dass ich für die LiFePo4 nun eine Ladegerät 
brauche? Je nach Zellen geben die Hersteller eine Ladeschlussspannung 
zwischen 14.4V bis 14.6V an. Daran kann ich meine Schaltung anpassen. 
ABER: Ich denke mal, dass die Lithium-Batterie einen bedeutend 
geringeren Innenwiderstand als die Starterbatterie hat und nach einem 
längeren Gebrauch beim Einschalten des Diesels entweder:
a) Starterbatterie erst mit Verzögerung geladen wird oder
b) das BMS der Lithium anspricht (das glaube ich aber weniger, das ist 
auf 100A Ladestrom ausgelegt, ich denke, die LiMa wird nicht so viel 
liefern).

Was meint ihr dazu?

Und: Wie funktionieren diese B2B-Ladegeräte normalerweise? Erst 
Strombegrenzung, dann Boostregler, oder als Buck-Boost?

Danke und LG, Edi

(P.S. Zusatzfrage: Regeln LiMas eigentlich die Spannung auf B+ oder auf 
D+? Wenn auf D+ könnte das die Erklärung sein, wieso die Dioden raus 
geregelt werden...)

[Peter M. (r2d3)]

Hallo Eduard I.,

Eduard I. schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> auf unserm "Fischkutter" ist bald einen neue Zweitbatterie/Lichtbatterie
> fällig. Da ich mir vor 10 Jahren (und auch jetzt nur bedingt :)) ein
> Hochstrom-Ladegerät zu bauen nicht zugetraut habe habe ich immer so
> geladen: Die Batterie ist über Trenndiode von der Starterbatterie
> getrennt, anscheinend ist die Diode in der LiMa mit einberechnet, die
> Spannung geht bis 14.4 Volt Batterieseitig der Dioden. Ich habe dann
> über die Diode einen Step Up gehängt,

Unverständlich. Die Lichtmaschine hat doch einen Ausgang für die 
Starterbatterie, B+ und B-. Was soll dann "über die Diode einen Step Up 
gehängt," heißen?

> der auf 14.8V, Strombegrenzt,
> geregelt hat (Zyklen-Ladeschlusspannung gemäss Datenblatt). Ist der
> Strom unter 0.1A gefallen, habe ich den Step Up deaktiviert und

Aha, Du hast also Deine Zweitbatterie manuell aufgeladen.

> deaktiviert gelassen. Obwohl die Float-Ladung danach mit 14.4 V etwas
> höher war als vom Hersteller empfohlen, hat die Batterie trotz
> intensiver Nutzung (jeweils im Sommer) gut gehalten.
> Da ich experimentierfreudig bin will ich jetzt 4S LiFePo4 einbauen,

Unverständlich. Du hast zwei Akkus an Bord. Wer wird getauscht, Nr. 1, 
Nr.2 oder gar beide?

> natürlich inkl. BMS.
> Nun die Frage: Denkt ihr, dass ich für die LiFePo4 nun eine Ladegerät
> brauche? Je nach Zellen geben die Hersteller eine Ladeschlussspannung
> zwischen 14.4V bis 14.6V an. Daran kann ich meine Schaltung anpassen.

Der obigen Darstellung nach, sprich Anpassung Deines Boards ist die 
Zweitbatterie betroffen.

> ABER: Ich denke mal, dass die Lithium-Batterie einen bedeutend
> geringeren Innenwiderstand als die Starterbatterie hat und nach einem
> längeren Gebrauch beim Einschalten des Diesels entweder:
> a) Starterbatterie erst mit Verzögerung geladen wird oder

???

> b) das BMS der Lithium anspricht (das glaube ich aber weniger, das ist
> auf 100A Ladestrom ausgelegt, ich denke, die LiMa wird nicht so viel
> liefern).
>
> Was meint ihr dazu?

Klarer beschreiben, was genau getauscht werden soll.

> Und: Wie funktionieren diese B2B-Ladegeräte normalerweise? Erst
> Strombegrenzung, dann Boostregler, oder als Buck-Boost?

Du vermischt hier die ausgangsseitige Kennliniencharakteristik mit der 
Art der Bereitstellung der Versorgungsspannung.

B2B funktionieren entsprechend der Kennlinie für die Empfängerbatterie, 
also z.B. IV-Kennlinie (Ladung mit Konstantstrom, dann Ladung mit 
Konstantspannung und eventuell? Abschaltung bei Fall des Ladestroms 
unter eine bestimmte Schwelle.

Da die Spenderbatterie im Rahmen einer Ladung von "voll" auf "leer" 
fallen kann und damit die Spannung der Spenderbatterie von anfänglich 
über der Spannung der Empfängerbatterie auf einen Wert unter der 
Spannung der Empfängerbatterie fallen kann, muss die Spannungsversorgung 
des B2B-Ladegeräts z.B. mit einer Buck-Boost-Schaltung ausgerüstet sein.

P.S.: Ich habe hier ein Ladegerät von Waeco (jetzt dometic) für 
Pb-Akkus, da ist die Ladekennlinie allerdings komplexer als die oben 
genannte IV-Kennlinie.

[Eduard I. (eiten)]

Peter M. schrieb:

> Unverständlich. Die Lichtmaschine hat doch einen Ausgang für die
> Starterbatterie, B+ und B-. Was soll dann "über die Diode einen Step Up
> gehängt," heißen?
Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte, siehe Anhang. Wobei ich mir nicht 
mehr sicher bin, ob der DC-DC-Converter nicht auch über den 
Nato-Schalter mit Masse/- verbunden wird.

> Aha, Du hast also Deine Zweitbatterie manuell aufgeladen.
Jein, nur das, was zwischen LiMa-Spannnung und den 14.8V noch übrig 
blieb. 14.8V waren im Datenblatt bei zyklischer Ladung gefordert, IIRC 
um Sulfatierung zu verhindern (ist aber schon >10 Jahre her).

>> deaktiviert gelassen. Obwohl die Float-Ladung danach mit 14.4 V etwas
>> höher war als vom Hersteller empfohlen, hat die Batterie trotz
>> intensiver Nutzung (jeweils im Sommer) gut gehalten.
>> Da ich experimentierfreudig bin will ich jetzt 4S LiFePo4 einbauen,
>
> Unverständlich. Du hast zwei Akkus an Bord. Wer wird getauscht, Nr. 1,
> Nr.2 oder gar beide?
Der AGM/Zweitakku/Verbraucherakku soll getauscht werden, da er schon 
merklich schwächelt.

>> a) Starterbatterie erst mit Verzögerung geladen wird oder
>
> ???
Ich bin mir nicht sicher, wie sich der Strom über der Doppeldiode 
verhält, denke aber, dass anhand der Diodenkennlinie viel mehr Strom zu 
der Batterie fliesst, die die geringere Spannung hat?

> Klarer beschreiben, was genau getauscht werden soll.
Die rechte Batterie (wie sagt man eigentlich Batterie und nicht Akku bei 
den Bleidingern? Oder ist das nur mein Eindruck?) auf der Skizze oben. 
Und dann halt evtl. die Diode und der Boost-Regler durch ein Ladegerät, 
hab gesehen die gibt's auch mit D+-Anschluss -> Diode unnötig und 
weniger Energie wird verheizt.

LG, Edi

[Peter M. (r2d3)]

Hallo Eduard,

warum nicht gleich mit Schaltplan?

In meinen Augen ist Deine Konstruktion Murks, weil Dein irrelevanter 
"Spaßakku" permanent parallel zur sicherheitsrelevanten Starterbatterie 
geschaltet ist. Kommt zu einer leergesaugten Zweitbatterie noch eine 
Last hinzu, klaust Du der Starterbatterie den Ladestrom.

Hier fehlt eine Vorrangschaltung für die Starterbatterie. Diesen Vorrang 
könnte man realisieren, indem man die permanente Verbindung von B+ zum 
Spaßakku auftrennt und den Step-Up mit Schalter versieht (wohl 
vorhanden, aber bei Dir nicht eingezeichnet).
Der Spaßakku wird dann nur noch manuell von Dir geladen.

Deine Starterbatterie muss voll sein, damit sie auch in der Lage ist, 
bei einer nächtlichen Segeltour die Bordbeleuchtung (außen!) 
sicherzustellen.

Wenn der Zweitakku nur noch über den Wandler geladen wird, kannst Du ja 
den maximalen Ladestrom begrenzen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Es gibt feritge LiFePo4 Blöcke, die sich nach aussen hin wie eine 
'normale' Bleibatterie verhalten. Da ist das BMS integriert und es gibt 
sowas sogar mit Bluetooth.
Du brauchst aber statt deiner Diodenanordnung ein Trennrelais. Das 
schaltet die 2. Batterie auf den Generator, wenn die Hauptbatterie voll 
ist und die Spannung zum Laden des zweiten Blocks ausreicht.
Deine Diodenanordnung hat uns auf den Yachten schon viele Probleme 
bereitet. Wenn nämlich eine Batterie defekt ist, werden auch die anderen 
nicht mehr geladen. Ausserdem werden die Batterien nicht richtig voll, 
da die richtige Ladeschlussspannung nicht erreicht wird.
Diese Batterien machen einen guten Eindruck:
https://www.ebay.de/itm/284237497593
Ich habe selber die 30Ah und bin recht zufrieden. Leider ist wg. der 
ganzen Krisen der Preis im Moment höher als vor einem halben Jahr - aber 
so isses nun mal.

[Eduard I. (eiten)]

Hallo Peter

Peter M. schrieb:
> warum nicht gleich mit Schaltplan?
Ja sorry. Ich dachte, ich könne mich besser ausdrücken.

> In meinen Augen ist Deine Konstruktion Murks, weil Dein irrelevanter
> "Spaßakku" permanent parallel zur sicherheitsrelevanten Starterbatterie
> geschaltet ist. Kommt zu einer leergesaugten Zweitbatterie noch eine
> Last hinzu, klaust Du der Starterbatterie den Ladestrom.
Naja, direkt parallel geschaltet sind die nicht, da sitzt ja noch die 
Diode dazwischen. Aber ja, das mit dem Stromklau ist schon so, unter 
anderem deshalb meine Fragen hier.

Erstaunlicher weise hat die Werft das damals so verdrahtet, dass die 
Navigationslichter am "Spassakku" hängen und nicht an der 
Starterbatterie.
So tragisch ist das allerdings auch nicht, da während der Fahrt der 
Diesel läuft (Motorboot) und beim Ankern nur das Toplicht leuchtet.

LG, Edi

[Eduard I. (eiten)]

Hallo Matthias

Matthias S. schrieb:
> Du brauchst aber statt deiner Diodenanordnung ein Trennrelais. Das
> schaltet die 2. Batterie auf den Generator, wenn die Hauptbatterie voll
> ist und die Spannung zum Laden des zweiten Blocks ausreicht.
> Deine Diodenanordnung hat uns auf den Yachten schon viele Probleme
> bereitet. Wenn nämlich eine Batterie defekt ist, werden auch die anderen
> nicht mehr geladen. Ausserdem werden die Batterien nicht richtig voll,
> da die richtige Ladeschlussspannung nicht erreicht wird.

Guter Hinweis. Aber wird dann, sobald das Relais schaltet, nicht die 
Starterbatterie in die Verbraucherbatterie "entladen"? Geht sich das mit 
den Spannungen so aus, dass die Verbraucherbatterie nur von der LiMa 
geladen wird?

Ich denke als Fazit werde ich ein DC-DC-Ladegerät einbauen, dass sich 
über eine Schwellenspannung und nicht über den D+ zuschaltet, so ist 
sichergestellt, dass die Starterbatterie immer voll geladen ist, bevor 
die Verbraucherbatterie geladen wird. Ich habe geshen, da gibt es sogar 
Geräte, die laden die Starterbatterie mit, wenn man die 
Verbraucherbatterie über die Landversorgung lädt.

Danke und Gruss, Edi

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Eduard I. schrieb:
> Aber wird dann, sobald das Relais schaltet, nicht die
> Starterbatterie in die Verbraucherbatterie "entladen"? Geht sich das mit
> den Spannungen so aus, dass die Verbraucherbatterie nur von der LiMa
> geladen wird?

Das Trennrelais misst die Spannung über der Starterbatterie und schaltet 
erst dann die Hotelbatterie auf, wenn die Spannung über 13,5-13,8V ist, 
also wenn die LiMa lädt. So ist sichergestellt, das die Starterbatterie 
immer Vorrang hat.

Eduard I. schrieb:
> Erstaunlicher weise hat die Werft das damals so verdrahtet, dass die
> Navigationslichter am "Spassakku" hängen und nicht an der
> Starterbatterie.

Das halte ich für Unsinn und ich selber hänge fahrrelevante Dinge wie 
Navigation, Positionslichter usw. natürlich an die Motorbatterie. Hat 
ein Boot mehrere Bilgepumpen, werden die aber redundant auf mehrere 
Batterien verteilt.

Eduard I. schrieb:
> Ich habe geshen, da gibt es sogar
> Geräte, die laden die Starterbatterie mit, wenn man die
> Verbraucherbatterie über die Landversorgung lädt.

Ladegeräte mit mehreren Bänken sind mittlerweile Standard. Wir verbauen 
mittlerweile meist die Geräte von Stirling. Die haben 2 oder 3 Bänke und 
können so Starter-, Hotel- und Ankerwinden/Bugstrahlruderbatterie 
gleichzeitig laden.