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Sunlight T67 - Ersatz einer 2 AufbauBatt durch LiIon 1, 2, 3, 4, 5, 6


George67 am 10 Sep 2019 05:58:27

Sorry, ich verstehe deinen Plan nicht.
Thermoschalter?
Lampen in gelb?
Wo sind Buck und boost?
Im Schaltbild vom 25 waren Dioden parallel zu Relais? Die waren falsch rum.
Du schaltest die Wandler nur in der Masse?
Grüße aus Frankreich!

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Albrecht0803 am 11 Sep 2019 01:09:33

Die Lampen sollten die Aktivität der jeweiligen Wandleranschlüsse anzeigen. In der Schaltung vom 25.8. waren das noch Leds, mit denen die Simulation allerdings Schwierigkeiten hatte.

Ein Denkfehler ist durchweg noch drin gewesen, die minus-Leitung der Wandler wäre immer überbrückt. Wenn die Wandler darin Strommessungen durchführen, und danach sieht es aus, kann das nicht funktionieren. Und Dein Einwand, nur die Minus-Seite zu schalten, ist auch sehr berechtigt.

Habe daher die Schaltung nochmal überarbeitet. Mosfets kommen nur zur Stilllegung der gesamten Zusatzeinrichtung zum Einsatz, ansonsten insgesamt 5 Relais. Es würden eigentlich 3 reichen, wenn man welche mit 2xWechselkontakten einsetzt. Solche habe ich allerdings nicht gefunden. Ist aber auch kein Kostenaufwand, die Dinger sind ja billig.


George67 am 11 Sep 2019 23:15:44

Schau dir nochmals die Reihenschaltung der Massen der Wandler an, die ich beschrieben habe.

Albrecht0803 am 12 Sep 2019 19:41:16

Ja, schon klar. Bei der obigen Schaltung mit den Relais ist immer nur einer der Wandler verbunden. Da tritt das Problem nicht auf, dass sich die Ströme einen bypass über den jeweils anderen Strang suchen können.

Der Bestückungsplan für die Relaislösung ist fertig. Morgen kommen noch die fehlenden Klemmanschlüsse für die Platine und am Wochenende wird gelötet. Bin sehr sicher, daß das so funktionieren wird, auch wenn die Lösung mit den Relais im Vergleich zu den Mosfets nicht grade elegant ist.


Albrecht0803 am 13 Sep 2019 21:13:36

Hardwarebestückung hat begonnen.

Die roten Linien verlaufen unterhalb der Platine, die Grünen auf der Oberseite. Es gibt eine große freie Fläche oben. Dort sollen die zwei Spannungssensoren und der Temperatursensor auf jeweils eigenen kleinen Platinen untergebracht werden.

Die Relais werden an der unteren Klemmleiste angeschlossen. Pro Relais gibt es fünf Anschlüsse. Zwei für die Spule und drei für den Wechsel-Kontakt. Die Relais finden Platz auf einer separaten Leiste, parallel zur unteren Kante der Hauptplatine.

Fotos vom Baufortschritt folgen.


Albrecht0803 am 14 Sep 2019 19:47:04

Verdrahtung ist jetzt vollständig. Auch die Relais sind angeschlossen. Hat die Anmutung eines Computers vom alten Zuse...

Es wird die Anpassung der 13,2V (Ladeerkennung) und 30V Spannungssensoren (Unterspannungsschutz der Li-Akkus) folgen, sowie des Temperatursensors (Heizen statt Laden bei niedrigen Temperaturen, ca. 5°).

Dann werden diese Sensoren an die obere Klemmleiste angeschlossen und die Erprobung kann beginnen.

Mit den angeschlossenen Relais:




Rückseite der Platine:


Albrecht0803 am 19 Sep 2019 17:41:17

Die ersten Tests waren mal wieder ernüchternd.

Zunächst die Trockentests ohne Akkus und ohne Wandler, um das Schalten der Relais zu prüfen. Das taten sie, bei 13,2V allesamt auf ein, bei 13,0V wieder aus. Dann wurde zunächst der Booster angeschlossen. Auch der Temperaturschalter wurde installiert. Nach wie vor kein Akku dran, eingangsseitig ein Netzteil statt der Bleibatterie.

Mit dem Netzteil langsam die Spannung gesteigert, bis pünktlich bei 13,2V der Zauber begann:
Anders als ohne den Booster fingen die Relais an zu flattern, statt einfach durchzuschalten und stehenzubleiben. Das legte sich erst bei knapp 16V, was den Temperaturschalter leider in die ewigen Jagdgründe beförderte...

Ich konnte das Verhalten in der Simulation auch herbeiführen, indem der Booster-Eingang durch eine Lampe höherer Leistung und ein paar kräftigen Eingangselkos nachgebildet wurde.

An dieser Schaltung habe ich dann nächtelang rumgedoktert, bis eine Variante rauskam, die ohne Relaisklappern umzuschalten scheint. Man braucht dafür insgesamt 5 Elkos zu je 10000müF und eine Art Mitkopplung auf Relaisebene zum Ausgang des Spannungssensors.

Bin leider beruflich grade viel unterwegs, so dass die Umsetzung wohl noch auf sich warten lässt.

Hier die modifizierte Schaltung:


Albrecht0803 am 19 Sep 2019 20:25:39

Korrektur: die Elkos sind nur 1000mueF. Zumindest in der Simulation reicht sogar nur die Hälfte...

George67 am 20 Sep 2019 07:06:23

Booster können Konstruktionsbedingt etwas ruppig sein. In jedem Fall hast du Stromspitzen, die dem Maximalstrom entsprechen. Du musst im Speisekreis auf kleinsten Spannungsabfall achten. Und deswegen auch Hysterese. Die interne Schaltung des boosters dürfte schneller sein als die Relais, daher merkt man das nicht so, aber da passiert das flattern auch.
Deswegen erst voller Strom bei höherer Spannung.
Hast du ein Oszilloskop?

Ich habe jetzt einige Erfahrungen gesammelt,die ich bald berichten werde.

Albrecht0803 am 21 Sep 2019 19:15:01

Bin gespannt auf Deine Erfahrungen!

Als Oszilloskop habe ich irgendwo so ein USB-Ding im Regal, und ein kleines Gerät mit 2,5“ Lcd-Schirm. Nichts richtiges, aber für diese niedrigfrequenten Sachen sollte es reichen.

In der Simulation gibt es ein virtuelles Oszi, das zeigt die Effekte ganz gut. Habe die Schaltung nochmals optimiert und werde morgen ein wenig löten. Dann falle ich die ganze Woche wegen beruflicher Verpflichtungen in Spanien aus. Aber die Woche drauf wird es Urlaub geben. Zu kurz, um wegzufahren, aber gut zum Basteln...

Die Schaltplanentwicklung mit der hinterlegten Simulation ist für einen gestandenen mechanical engineer sehr lehrreich und fördert das nur rudimentär vorhandene Elektronikwissen ungemein! Spart vor allem Bauteile und geht schneller als die vielen Fehlversuche auf der Platine. Das ganze auf dem Ipad, also bettkantentauglich. So macht das Spass.

Albrecht0803 am 26 Sep 2019 16:57:54

Das Relaisflattern in der Simulation konnte ich mit einer modifizierten Schaltung beheben:

Die Mosfets auf der 12V-Seite verursachen zuviel Spannungsverlust, wenn der Booster mit seinen leeren Kondensatoren durchgeschaltet wird. Eine zweite Garnitur parallelgeschalteter Mosfets löst das Problem. Sollte es in der Realität doch noch auftreten, kommt halt eine Dritte dazu. Man braucht auch keine riesigen Elkos zur Beruhigung mehr.

Auf der 36V-Seite scheint das kein Problem zu sein. Da sind die Ströme naturgemäß nur ein Drittel so hoch.

Ab dem Wochenende kann wieder gelötet werden, dann wird sich zeigen, ob das Konzept den Praxistest besteht.

Die Schaltung zieht 0,02mA 12-Volt-seitig und ca. 0,4mA auf der Liposeite, wenn der „Hauptschalter“ auf „Aus“ steht. Eine verkürzung der Standby-Fähigkeiten durch die Erweiterung ist also nicht zu befürchten.


George67 am 26 Sep 2019 19:46:34

Wieder mal wurde eine lange geschriebene Antwort Opfer der hochintelligenten zeitnahen automatischen Abmeldung, die bereits aufgerufene Antworten nicht mehr annimmt.
Keine Lust, das nochmals zu schreiben, daher in alle kürze:

Für 12 Voltseite werde ich auch drei parallele Mosfet nehmen.

Meine Kiste hat jetzt 4 Wochen echten Womo Betrieb hinter sich. Ergebnis: Null mal Landstrom. Ist ja auch kein Wunder, die eine AGM hätte das auch geschafft... :D

Für den in Zukunft geplanten Wandlerbetrieb an 36 Volt (es gibt keine Inverter für 36 Volt) ist mir eine Lösung ( wie die Quadratur des Kreises ) eingefallen. Die Fachleute werden ko..en. :D

Ich bin gespannt, wie es bei dir weitergeht.

Albrecht0803 am 28 Sep 2019 02:05:08

Die Quatratur interessiert mich natürlich heftig....

Hier der neue Verdrahtungsplan zur Schaltung:



Die dickeren Linien werden einen größeren Querschnitt bekommen. Mehr als 1mm Durchmesser (entsprechend 0,75mm^2) passt aber nicht durch die Löcher der Platine. Hoffe das reicht.

Die dünneren Linien sind keine energietragenden Leiter, da tut‘s einfacher Schaltdraht.

Die parallelgeschalteten Mosfets werden auf je einen Kühlkörper geschraubt, daher die etwas komplizierte Überkreuzverdrahtung auf der 12-V-Seite.

George67 am 28 Sep 2019 12:21:36

Drei parallele Mosfets sollten kaum noch Kühlung brauchen. Welchen Strom max siehst du bei 12 V vor?

Albrecht0803 am 28 Sep 2019 19:57:05

Ich gehe aktuell von max. 20A aus. Das entspricht dem, was der Buck kann, dessen Strom auch über die Mosfet-Strecke läuft. Eventuell muß ich mit weniger ins Rennen gehen, weil die Platine mit ihren 1mm-Löchern nur Drähte mit 0,75mm^2 ermöglicht.

Der Einschaltstrom des Boosts macht mehr Sorgen. Den kann ich kaum beeinflussen. Tritt nur sehr kurzzeitig auf, könnte aber durch Spannungsabfall das Relaisflattern auslösen.

Die Mosfets haben außer der Trennung der Li-Ergänzung durch „Ausschalten“ keine weitere Funktion.
Der gesamte Lipo-Teil kann damit durch den Womo-Hauptschalter von der Bleibatterie getrennt werden. Außerdem wird auch Buck und Booster vom Li-Block getrennt, so dass in diesem Zustand keine Entladung mehr auftritt. OK, gemäß Simulation saugt die Schaltung ca. 0.3mA aus der Li-Batterie, damit muß man leben....

Habe heute nochmal mit dem Neuaufbau von allem begonnen. Zunächst den 13V-Sensor, der letzte Woche auch nicht funktionierte. Heute nach jeder Transistorstufe einen Test gemacht und das Ding funktioniert jetzt, sogar mit einstellbarer Hysterese per Spindelpoti.

Morgen geht es an die Hauptplatine mit den Mosfets. Gleiche Taktik: nach jeder Teilschaltung sofort ein Test, so daß Fehler nicht erst am fertigen Gebilde gesucht werden müssen.

George67 am 29 Sep 2019 06:35:57

Ich. Habe nur 10 A. Bei zwanzig wirst du für den Booster Regelprobleme bekommen, wenn du keine gezielte Strombegrenzung bezüglich der Eingang Spannung hast. Meine Erfahrungen deuten darauf hin.
Später mehr, wenig Zeit.

George67 am 29 Sep 2019 10:19:01

So, ein paar Details.
Schaltungsbedingt erzeugt ein Booster Stromspitzen mit dem doppelten (oder mehr) des Nennstroms. Liegt an der Arbeitsweise der Induktivität (Speicherdrossel, Ladephase <>Entladephase). Das sind dann bei dir >40 A. Das macht über die Zuleitungen schon einen Spannungsabfall, auf den die Hysterese reagiert. Deine Kondensatoren fangen die Stromspitzen auf, hast du ja rausgekriegt.

Es bleibt aber das Problem, dass der Wandler - meistens im CC Bereich - vollen Strom liefert und zieht, ausser bei der Maximalspannung, wenns in die CV Phase läuft. Also hast du die Stromspitze fast immer. Kann aber sein, dass deine Ladequelle (Solar) garnicht genug Strom liefert.
Also pumpt dein System z.B 5A Ladung-20 A wandeln -> Spannung fällt unter Hysterese. Wandler stoppt.
5 A Laden bis zur Schwellenspannung der Hysterese -> Wandler startet.
Usw.
Du müsstest der Hystereseschaltung beibringen, dass sie nicht auf die Spannungsspitzen unter 40 A Last reagiert, sondern etwas zwischen der gemittelten Spannung und der Spitzenspannung, mit Glättung, Tiefpass ....
Da ich unterstelle, dass die Schaltung im Wandler das ein bischen macht, könnte seine Verwendung besser sein.

Und für Ströme über 10 A würde ich vorsehen, dass durch einen etwas intelligenteren Regler der die Ausgangsstrombegrenzung des Wandlers verstellt wird- auf einen Wert, dass das System nicht mehr pumpt. Das ist aber für mich noch Zukunft.

Es hilft nix, oberhalb von 10 A beginnen wieder alle die Probleme, die man bei hohen Strömen und 12 V hat.
Bei den friedlichen <10 A, die ich benutze, läuft das so gerade eben noch rund, haben meine Erfahrungen gezeigt. Aber der Spannungsabfall auf 1 m 6 qm Kabel als Anschluss ans EBL ist schon sichtbar und verzerrt den Spannungspegel, auf den die "Regelung" arbeiten kann.
Ich sage dir das alles nicht, damit du änderst, sondern dass du erkennst, was dein System macht.

Albrecht0803 am 30 Sep 2019 07:06:34

Ja, die Vermutungen gingen schon in dieselbe Richtung. Hat der Booster nicht ein Poti, mit dem man die Strombegrenzung einstellen kann?
Habe das Ding grade nicht vor mir liegen.

Mit der Strombegrenzung kann ich es hoffentlich soweit runterregeln, bis das Pumpen aufhört. Mußte gestern die Hauptplatine nochmal neu anfangen, da bereits in der ersten Stufe, bidirektionaler Mosfet-Schalter auf der 12V-Seite irgendetwas falsch lief. Habe das ganze nochmal redesigned, auf die Kühlmonster verzichtet und stattdessen 3-fach parallele Mosfets eingebaut. Das vereinfacht die Verdrahterei erheblich und man kann die Bauteile auch leichter wieder von der Platine kriegen. Mit den Kühlkörpern sieht das in einem solchen Fall immer wie nach einem Bombeneinschlag aus.

Diese Woche habe ich Urlaub und hoffe, mit dem Projekt einen endlich funktionierenden Prototypen ans Laufen zu kriegen. Gleich wird gelötet!

Solarstrom habe ich an meinem Kasten nicht, kann daher mit Ladestrom, sofern über die Spannung detektiert, (Land- oder Motor) verschwenderisch umgehen. Das macht die Variante mit den Relais überhaupt erst möglich, da die Dinger im angezogenen Zustand schon 0,12A pro Stück ziehen. Die Schaltung ist so ausgelegt, dass im buck-Betrieb kein Relais aktiv ist, nur im Boosterfall, also, wenn Ladestrom zur Verfügung steht.

Für eine spätere Erweiterung auf Solarbetrieb eignet sich diese Relaislösung eher nicht, aber das werde ich mit zunehmender Erfahrung dann ggf. auch mit Mosfets hinkriegen. Da bietet sich vermutlich eine Steuerung mittels eines kleinen Rechners, Raspberry o.ä. an.

Ach so, Nachtrag: die ersten Tests mit dem Flattern der Relais waren zwar mit angeschlossenem Booster, aber ohne Last auf dessen Ausgangsseite. Das scheint also eher ein reines Einschaltstromspitzenproblem gewesen zu sein. Wenn dann noch Last drauf kommt, wird das entsprechend Deiner Überlegungen wahrscheinlich wieder schlimmer...

George67 am 30 Sep 2019 09:25:17

Albrecht0803 hat geschrieben:Ja, die Vermutungen gingen schon in dieselbe Richtung. Hat der Booster nicht ein Poti, mit dem man die Strombegrenzung einstellen kann?
Habe das Ding grade nicht vor mir liegen.

Ja hat er. funktioniert auch gut. Sind bei mir etwa 3A auf 36 Volt, das gibt about 9,5 A auf 12 V.
Wie gesagt, den werde ich elektronisch verstellbar machen.

Albrecht0803 hat geschrieben:Mit der Strombegrenzung kann ich es hoffentlich soweit runterregeln, bis das Pumpen aufhört.

Ja. Für genau einen Ladestrom, den du hast.
Bei Motorbetrieb hast du genug, bei Landstrom hast du about 14 A (EBL XX - glaube ich), und bei Solar ist es variabel. Das ist das Problem.

Albrecht0803 hat geschrieben:Mußte gestern die Hauptplatine nochmal neu anfangen, da bereits in der ersten Stufe, bidirektionaler Mosfet-Schalter auf der 12V-Seite irgendetwas falsch lief.

Haste etwa die Gates parallel ? Wie schaltest du das ?
Woe steuerst du die an ? Du brauchst getrennte Spannungen....

Albrecht0803 hat geschrieben:Habe das ganze nochmal redesigned, auf die Kühlmonster verzichtet und stattdessen 3-fach parallele Mosfets eingebaut. Das vereinfacht die Verdrahterei erheblich und man kann die Bauteile auch leichter wieder von der Platine kriegen. Mit den Kühlkörpern sieht das in einem solchen Fall immer wie nach einem Bombeneinschlag aus.

Sagte ich nicht schonmal: "Die Schwierigkeiten der Elektronik liegen in der Mechanik ?"
Jetzt weisst dus auch... :D :D

Albrecht0803 hat geschrieben:Solarstrom habe ich an meinem Kasten nicht, kann daher mit Ladestrom, sofern über die Spannung detektiert, (Land- oder Motor) verschwenderisch umgehen.

Du kannst mit jedem Ladestrom potentiell verschwenderisch umgehen. Es kostet ja keinen Akkustrom.
Beim Speisen aus dem Akku sieht das anders aus - Ruhestrom und der Buck-Betrieb sollten stromoptimiert sein.

Albrecht0803 hat geschrieben: Das macht die Variante mit den Relais überhaupt erst möglich, da die Dinger im angezogenen Zustand schon 0,12A pro Stück ziehen. Die Schaltung ist so ausgelegt, dass im buck-Betrieb kein Relais aktiv ist, nur im Boosterfall, also, wenn Ladestrom zur Verfügung steht.

Passt.

Albrecht0803 hat geschrieben:Für eine spätere Erweiterung auf Solarbetrieb eignet sich diese Relaislösung eher nicht, aber das werde ich mit zunehmender Erfahrung dann ggf. auch mit Mosfets hinkriegen. Da bietet sich vermutlich eine Steuerung mittels eines kleinen Rechners, Raspberry o.ä. an.

Ich mach Arduino.

Albrecht0803 hat geschrieben:Ach so, Nachtrag: die ersten Tests mit dem Flattern der Relais waren zwar mit angeschlossenem Booster, aber ohne Last auf dessen Ausgangsseite. Das scheint also eher ein reines Einschaltstromspitzenproblem gewesen zu sein. Wenn dann noch Last drauf kommt, wird das entsprechend Deiner Überlegungen wahrscheinlich wieder schlimmer...

Das kommt.
Dreh zum Testen den Strom runter.

Albrecht0803 am 30 Sep 2019 14:12:11

Hi, Danke für die Kommentare.

Das mit den Gates verstehe ich nicht. Habe die tatsächlich zusamengeschaltet, da es ja auch nur eine Steuerspannungsquelle gibt.

Im nunmehr dritten Anlauf scheint die dreifache bidirektionale Mosfet-Strecke am 12V-Eingang zu funktionieren. Allerdings mußte ich den eingangsseitigen Gate-Masse-Widerstand von 100k auf 33k runtersetzen. Sonst schaltet er mit der Steuerspannung durch und bleibt dann auf “ein“. Habe jeden Mosfet einzeln vorher getestet, da haben 100k immer gereicht. Erst mit drei parallelen trat dieser Effekt auf.

In der Simulation hat sich das nicht gezeigt.

Wegen der vielfachen Reparaturen und Tests sieht die Platine jetzt schon wieder saumässig aus. Dazu kommt, dass ich als praktizierender Theoretiker mit dem Lötkolben auf Kriegsfuß stehe. Aber das wird jetzt bis zum Erfolg durchgezogen!

Als nächstes kommt der Mosfet-Schalter der Li-Seite auf die Platine, dann die Restverdrahtung zu den Relais-Terminals.

Und dann wird es wieder spannend, wenn die Wandler angeschlossen werden.

George67 am 30 Sep 2019 18:48:19

Albrecht0803 hat geschrieben:Hi, Danke für die Kommentare.

Das mit den Gates verstehe ich nicht. Habe die tatsächlich zusamengeschaltet, da es ja auch nur eine Steuerspannungsquelle gibt.

Ich verdreh mir zwar jedesmal den Geist, wenn ich das durchdenke, aber Gates parallel geht nicht.
Du machst ja 2 Fets in Reihe, weil du beide Stromrichtungen hast. Du hast die ja mit den drains zusammengeschaltet, ja ? Überlege dir, welche Spannung die drains haben, wenn der Strom abgeschaltet sein soll. da kann die Spannung an den Gates verschiedene Polarität haben. Einer von beiden leitet, durch die Rückwärtsdiode, der andere ist zu, wenn die Gatespannung richtig ist. Dazu muss die Gatespannung passen. Und zum eingeschalteten Zustand auch in beide Stromrichtungen auch. Gates vertragen aber idR nur 20 Volt, bei 5-7 V schaltet der Fet ein.

Albrecht0803 hat geschrieben:Im nunmehr dritten Anlauf scheint die dreifache bidirektionale Mosfet-Strecke am 12V-Eingang zu funktionieren. Allerdings mußte ich den eingangsseitigen Gate-Masse-Widerstand von 100k auf 33k runtersetzen.

Albrecht0803 hat geschrieben:Sonst schaltet er mit der Steuerspannung durch und bleibt dann auf “ein“. Habe jeden Mosfet einzeln vorher getestet, da haben 100k immer gereicht. Erst mit drei parallelen trat dieser Effekt auf.

Merkwürdig. Hast du ein Schaltungsdetail ?

Albrecht0803 hat geschrieben:In der Simulation hat sich das nicht gezeigt.

Wegen der vielfachen Reparaturen und Tests sieht die Platine jetzt schon wieder saumässig aus. Dazu kommt, dass ich als praktizierender Theoretiker mit dem Lötkolben auf Kriegsfuß stehe. Aber das wird jetzt bis zum Erfolg durchgezogen!

Löten ist ganz einfach. Heiss und Kurz.
Jede Lötstelle auf beiden Seiten vorverzinnen, selbst dann, wenn sie versilbert ist. Zum Verzinnen warm machen und DANN noch eine kleine Menge Zinn dazuschmelzen (Draht 0,5 mm) damit frisches Flussmittel dazukommt.
Dann die Lötstelle zusammenhalten, dem Lötkolben eine kleine Menge Zinn geben (die soll die Wärme schneller übertragen), and die Lötstelle halten, wenn die beiden Kontaktteile heiss genug sind wieder die kleine Menge Zinn dazuschmelzen, damit frisches Flussmittel dazukommt, und weg mit dem Kolben. Dann gibts auch keine Spitzen.

Die Zeit, wo der Kolben an der Lötstelle ist, ist 1,5 bis 2 sek. Dauerts länger, abkühlen und von vorne anfangen.
Verzinnen darf notfalls länger dauern, dabei mit viel Zinn /gleich viel Flussmittel) arbeiten. überflüssiges Zinn abstreifen.

Ich sach ja, ganz einfach. :D

Albrecht0803 hat geschrieben:Als nächstes kommt der Mosfet-Schalter der Li-Seite auf die Platine, dann die Restverdrahtung zu den Relais-Terminals.

Und dann wird es wieder spannend, wenn die Wandler angeschlossen werden.

Jo.

Albrecht0803 am 02 Okt 2019 19:24:05

Gaaanz laaagsam geht es voran. Habe die letzten zwei Tage am Spannungssensor gearbeitet. Ein bereits funktionierendes Exemplar gab drn Geist auf, weil einer derTransistoren d4n Hitzetod starb. Die Sache mit den Lochrasterplatinen macht nur Sinn, wenn man nichts mehr verändern, austauschen oder reparieren muß. Nach dem fünften Aufguß habe ich die Sache dann schön übersichtlich und experimentierfreundlich ohne Platine aufgebaut. Funktionierte erstmal auf Anhieb. Noch ein paar Widerstände gegen die Überhitzung spendiert und siehe da, auch dieses Phänomen ist beherrschbar.

Der Spannungssensor steuert jetzt schonmal die anderen Relais und den Temperatursensor. Bis jetzt gibt es kein Flattern der Relais. Die Bestimmung der richtigen Koppelwiderstände nahm einige Zeit in Anspruch. Passt aber jetzt. Alles noch ohne die Wandler, das Kapitel kommt morgen dran.


George67 am 03 Okt 2019 17:00:35

Na, viel Erfolg.
Ich habe einen kurzen Bericht über die 4 Wochen mit meinem Block im Womo in mein Blog gestellt.

Albrecht0803 am 03 Okt 2019 20:45:40

Interessante Erfahrung! Abgesehen vom Ruhestrom tatsächlich eine super einfache Angelegenheit. Aber 1Ah pro Tag unterwegs sind verkraftbar und für längere Standzeiten bei Nichtnutzung tut‘s ein schlichter händischer Hauptschalter.

Angesichts meiner mühsamer Fortschritte finde ich 10A durchaus schon beachtlich....

Zum Stand: der Spannungssensor ist jetzt endlich funktionierend wieder auf eine Platine gewandert. Dann hat die Hauptplatine Spannung gesehen und die Relaisausgänge wurden systematisch durchgemessen. Und siehe da, ca. 20% waren doch tatsächliche verkehrt angeschlossen. War mit den Schraubklemmblöcken auf der Platine leicht zu korrigieren.

Dann kam der Temperatursensor dran. Der soll künftig statt des Boosters bei detektierter Ladespannung einen 12V Heizlüfter einschalten, wenn die Temperatur unter 5° liegt.

Das zugehörige Gebläse schaltete sich schon mal wie gewünscht ein und aus. Aber dann konnte man dem gekauften Temperatursensor beim Sterben zusehen. Erst spielte die Digitalanzeige verrückt und dann waren die angezeigten Werte falsch und die Einschaltpunkte veränderten sich. Gut, dass ich gleich einen gewissen Vorrat von den Dingern in der Kiste habe. Vermutlich vertragen sie tatsächlich kaum mehr als die spezifizierten 12V. Deshalb kriegte der nächste direkt auf seiner Platinenrückseite einen primitiven Ein-Transistor-Linearregler, angesteuert von einer 12V-Z-Diode. Das sollte ihn vor variablen Überspannungen schützen.

Nächster Versuch, diesmal mit aktiviertem Heizregister des Gebläses. Schönes regelmäßiges Pumpen mit einer Taktfrequenz von ca. 1 Hz!

Die Spannung am Netzteil stand wie ein Fels in der Brandung stabil. Aber schon an den Anschlußklemmen nicht mehr! Außerdem mal wieder die Finger an den Mosfets verbrannt.

Das Pumpen ging mit wesentlich größeren Zuleitungsquerschnitten weg. Und die Mosfets bleiben jetzt auch ohne Kühlung kalt, seit die Gates ohne Vorwiderstand auf Durchlass geschaltet werden. Der Heizlüfter zieht ca. 12 A, das läßt die Mosfets komplett unbeeindruckt.

Es zeigte sich, dass die Hysterese des Spannungssensors unter der Heizungslast abgenommen hat (warum?). Habe den Koppelwiderstand entsprechend angepasst. Dann kam der Booster dran. Auch das unspektakulär, allerdings ohne Last. Kein Flattern, kein Pumpen, aber dafür ist die Hysterese des Spannungssensor jetzt zu groß, allerdings nur geringfügig.

Das ist der aktuelle Stand. Nächster Schritt wird die Zuschaltung des Lithiumblocks sein. Alles mühsamer als ursprünglich gedacht. Aber immerhin geht es jetzt endlich voran!

George67 am 04 Okt 2019 13:33:47

Grübel.... vielleicht mal ein kleiner Tip. Ich weiss ja nicht, wieviel Logik du zwischen den Sensoren hast, aber ein kleiner Spannungsregler mit ca. 8 Volt als Speisung für alles, was nicht direkt an 12 V hängen muss könnte dir eine Menge Ärger ersparen, die Schaltflanken und Störspitzen durch deine geschalteten Mosfets hervorrufen können.

Wenn ssich deine Hysterese ändert, kann das auch Spannungsabfall durch Ströme auf deinen Masseleitungen sein. Bei 20 A kannst du Spannungsabfälle auf den Masseleitungen nicht mehr ignorieren, wenn du dich beim Messen auf Masse beziehst.

Albrecht0803 am 04 Okt 2019 16:30:31

Ja, den Gedanken hatte ich auch schon und habe ihn per Simulation mit 10V statt 8 auch schon mal durchgespielt. 8V würde mit den vorhandenen Relais wahrscheinlich schon knapp werden. Aber die Simulation hat auch keinerlei Vorteile des Konzepts gezeigt, was natürlich in der Realität nicht unbedingt stimmen muss.

Die Hysterese bleibt weiterhin ein Wunder: nachdem jetzt der Booster und beide Akkus angeschlossen sind, schaltete sich der Booster wie gewünscht bei der oberen Hysteresespannung ein. Nahm man die Ladespannung wieder weg, blieb die Schaltung auch bei den schlappen 12,4 V des Bleiblocks durchgeschaltet hängen. Aus Ratlosigkeit und Verzweiflung habe ich dann den Koppelwiderstand abgekniffen und siehe da:

Es verblieb eine 0,2V-Hysterese und alles war, wie es sein sollte. Um eine gering höhere Hysterese zu bekommen braucht es wahrscheinlich einen Widerstand von 4 bis 6 M-Ohm, also fast schon einen Isolator....

Nächster Schritt: Aufschalten des Buck-Wandlers, dann ist der Test mit den Demo-Akkus hoffentlich erfolgreich erledigt. Dann kommen die wahren Akkus ins Spiel, wobei die 100 Li-Zellen noch auf ihren Zusammenbau warten. Ist eine Strafarbeit, aber unvermeidlich...

Albrecht0803 am 04 Okt 2019 17:22:21

Hier die aktuell verwirklichte Schaltung. Das Programm hat leider keine Export- oder Druckfunktion, daher als Bildschirmfoto in zwei Teilen, damit man was erkennt.

Die Mosfets sind Irf1405 (N-Kanal) und irf4905 (p-Kanal).
Pnp-Transistor ist ein BC327, die Npn-Typen sind Bc337.

Das Poti des Spannungssensors hat 100k linear, die Zenerdiode ist ein 12V-Typ.

Alles andere sollte aus den Bauteilbeschriftungen des Schaltplans hervorgehen.





George67 am 04 Okt 2019 19:24:43

Albrecht0803 hat geschrieben:Ja, den Gedanken hatte ich auch schon und habe ihn per Simulation mit 10V statt 8 auch schon mal durchgespielt. 8V würde mit den vorhandenen Relais wahrscheinlich schon knapp werden.

Ne. das Relais hängt natürlich an 12 V..... das ist der Trick. Ich mal dir mal meine Lüftersteuerung auf, dann wirds klar.
Das ist ja im Prinzip auch ein Schwellwertschalter.

George67 am 05 Okt 2019 10:14:05

Ups, Re Mosfets, der 36 Volt mosfet bekommt so zu hohe Gatespannung. Du musst 69 k zwischenschalten, sonst sind die Mosfets über Mac Rating Gatespannung.

Albrecht0803 am 05 Okt 2019 18:22:11

Ok, der Widerstand muss sein, um den Mosfet zu schützen.

Habe heute Nachmittag den noch fehlenden Buck-Wandler angeschlossen. Das Laden der Bleibatterie aus den Li-Zellen klappt damit. Ob die Ladespannungserkennung und Boosterumschaltung dańmit auch noch funktioniert, habe ich noch nicht probiert. Die Abschaltung mit den P-Mosfets klappt definitiv noch nicht, die bleiben dauerhaft durchgeschaltet. Evtl. haben sie bereits Schaden genommen wg. Gate-Spannung?

Aber auch der als Spannungsinvertor gedachte Transistor ist nach meinen Messungen immer durchgeschaltet. Seine Basisspannung ist bei eingeschaltetem Sensor bei ca. 0,6V, ausgeschaltet ca. 0,5V, also schon nicht ganz verkehrt... Da muß man noch ein wenig die Zuleitungswiderständen und den Basis-Gnd-Widerstand optimieren.

Hier zeigen sich auch die Grenzen der Simulation, besonders weil die Wandler ja nicht ordentlich modelliert sind. In dem vereinfachten Simulationsmodell hat das ja schon funktioniert, im Gegensatz zur realen Schaltung.

Danke für die Unterstützung. Greife das sehr gerne auf!






Die Abschl

Albrecht0803 am 05 Okt 2019 18:55:55

Update: Schalten des Boosters klappt immer noch. Aber im eigentlich ausgeschalteten Zustand surren die Relais, wenn die Ladespannung erkannt wird. Hängt vielleicht mit der nicht abgeschalteten 36V- Seite zusammen.

Mein schicker Buck mit der digitalen Einstellung und dem Display wird in der endgültigen Version wohl nicht gehen. Er wird bei der Umschaltung auf den Booster abgeschaltet. Wenn er wieder aktiv wird, verlangt er leider einen Druck auf den Einschaltknopf, obwohl das Display schon an ist. Aber Strom fließt erst nach besagtem Knopfdruck. Schade. Die eingestellten Parameter behält er auch im stromlosen Zustand.

Oder kann man per Monoflop einen Impuls generieren und auf den Schalter geben? Ob die Kontakte überhaupt zugänglich sind, muss ich noch erforschen. Ist so ein Folientaster mit fühlbarem Knack.

George67 am 05 Okt 2019 21:41:16

Ich bin blind.
Deine Mosfets sind falsch in Reihe geschaltet. Source müssen zusammen. Das sind NICHT die Kühlbleche.
War im ersten Bild noch richtig.

Albrecht0803 am 05 Okt 2019 23:43:25

Hatte ich tatsächlich geändert, weil ich beim Googlen irgendwo die jetzt realisierte Variante gefunden habe.

In der Simulation verhalten sich beide Versionen völlig identisch, ausprobiert mit einer separat aufgebauten Schaltung. Einmal Sources und einmal Drains verbunden.

Werde die Hardware morgen ändern. Einen upgedateten Schaltplan schicke ich gleich noch. Da sind ein paar Widerstände entfallen. Um die Bidirektionalität sauber zu bekommen, darf man den Gate-Gnd-Widerstand offenbar nur auf die Verbindung der beiden Mosfets schalten. Weder davor, noch danach.

Mit diesen Änderungen arbeitet das System in der Simulation einwandfrei und man braucht auch nicht so niedrige Widerstände in der Ansteuerung. Hardware wird nachgezogen.

George67 am 06 Okt 2019 10:03:43

Albrecht0803 hat geschrieben:Hatte ich tatsächlich geändert, weil ich beim Googlen irgendwo die jetzt realisierte Variante gefunden habe.

das geht nur, wenn die beiden Gates jeweisl spannungen bekommen, die sich auf die Sources beziehen. Dazu brauchst du 2 gleichstromgetrennte Quellen. Keine gemeinsame Steuerung.

Albrecht0803 hat geschrieben:
In der Simulation verhalten sich beide Versionen völlig identisch, ausprobiert mit einer separat aufgebauten Schaltung. Einmal Sources und einmal Drains verbunden.

Aber die Simulation weiss natürlich nichts von der Rückwärtsdiode, die in den Mosfets drin ist...
Und sie kümmert sich anscheinend auch nicht um Verletzung der Max ratings der Bauelemente.

Denke mal an deinen Fall: Steuern tut die Spannung zwischen Gate und Source.
Die Drains sind verbunden. Die beiden Sourxes hängen an +12 und + 36. Bei welcher Gatespannung sind beide zu ? 36. dann sind aber -20 an dem einen. Bei welcher Gatepannung sind beide Offen ? bei 0 !. Und dann hat der andere + 36 V am Gate..... so geht es nicht.
Sind die beiden Sources verbunden, ist die Spannungsdifferenz zwischen Gates und den Sources immer gleich, denn die Sources sind (auch) verbunden.
Ich habe mich immer gewundert, warum deine Mosfets heiss werden. Vor allem, wenn nur 2 A drübergehen.

Albrecht0803 hat geschrieben:Werde die Hardware morgen ändern. Einen upgedateten Schaltplan schicke ich gleich noch. Da sind ein paar Widerstände entfallen. Um die Bidirektionalität sauber zu bekommen, darf man den Gate-Gnd-Widerstand offenbar nur auf die Verbindung der beiden Mosfets schalten. Weder davor, noch danach.

??
Albrecht0803 hat geschrieben:Mit diesen Änderungen arbeitet das System in der Simulation einwandfrei und man braucht auch nicht so niedrige Widerstände in der Ansteuerung. Hardware wird nachgezogen.

Thumbs up! :D

Albrecht0803 am 06 Okt 2019 13:58:31

Moin Georg,

Danke für Deinen Input. Die Änderungen habe ich zwar durchgeführt, aber vermutlich mit bereits geschädigten Bauteilen. Die 12V-Seite scheint eine Art Kurzschluß zu haben, zumindest funkt es ziemlich, wenn die Gates auf 12V gelegt werden....

Dann die 36V-Seite. Die Mosfets waren definitiv hin. Also neue eingebaut. Auch den Steuertransistor neu. Leider versäumte ich, den Source-Gate-Widerstand (soll 100k) nachzumessen oder auszutauschen. Wie sich rausstellte, war der defekt, mit über 2M, was zu Gate-Source Spannung von wieder über 20V führte. Mit den bekannten Folgen... Jetzt ist diese Mosfet-Strecke wieder permanent durchgeschaltet, also defekt.

Muß im Laufe der nächsten Woche die Sache nochmal in Ruhe angehen und die Halbleiter austauschen. Für heute habe ich genug vom Lötkolben und dem lieblichen Duft verschmorter Drahtisolierungen....

George67 am 06 Okt 2019 16:53:09

Albrecht0803 hat geschrieben:Moin Georg,

Danke für Deinen Input. Die Änderungen habe ich zwar durchgeführt, aber vermutlich mit bereits geschädigten Bauteilen. Die 12V-Seite scheint eine Art Kurzschluß zu haben, zumindest funkt es ziemlich, wenn die Gates auf 12V gelegt werden....

Ziemlich kaputt, ja :mrgreen:

Albrecht0803 hat geschrieben:Dann die 36V-Seite. Die Mosfets waren definitiv hin. Also neue eingebaut. Auch den Steuertransistor neu. Leider versäumte ich, den Source-Gate-Widerstand (soll 100k) nachzumessen oder auszutauschen.


Albrecht0803 hat geschrieben:Wie sich rausstellte, war der defekt, mit über 2M, was zu Gate-Source Spannung von wieder über 20V führte. Mit den bekannten Folgen... Jetzt ist diese Mosfet-Strecke wieder permanent durchgeschaltet, also defekt.

Zenerdiode......

Albrecht0803 hat geschrieben:Muß im Laufe der nächsten Woche die Sache nochmal in Ruhe angehen und die Halbleiter austauschen. Für heute habe ich genug vom Lötkolben und dem lieblichen Duft verschmorter Drahtisolierungen....

Das ist der Grund, warum es Labornetzteile gibt.... :mrgreen:
mit einstellbarer Strombegrenzung.

Albrecht0803 am 06 Okt 2019 19:09:59

Nein, das Verschmorte waren die Folgen der Lötaktivitäten auf der Platine...

George67 am 07 Okt 2019 09:12:15

Albrecht0803 hat geschrieben:Nein, das Verschmorte waren die Folgen der Lötaktivitäten auf der Platine...

Heiss und kurz.... :D
Und das schwarze geht mit Spiritus ab.

Albrecht0803 am 13 Okt 2019 21:52:36

Heute war mal wieder Löttag.

Die Hauptplatine wurde von den defekten Mosfets befreit. Die beiden Mosfet-Schalter sind jetzt auf zwei kleine separate Platinen ausgelagert, was einen modularen Aufbau mit einfacherer Möglichkeit zum Tauschen ergibt.

Dann einen neuen 13V-Spannungssensor auf einem Steckbrett ohne Löten zusammengestöpselt. Dessen Design ist nach den Hinweisen von Georg komplett neu aufgesetzt.

Schon zwei Festspannungsregler später habe ich endlich begriffen, dass die Versorgungsspannung auf dem Steckbrett falsch gepolt war....
Der Klang eines von innen durch Hitze gesprengten To92-Halbleiters ist mir inzwischen schon recht vertraut!

Mit dem dritten Regler und richtiger Polung der Anschlüsse tat das Ding dann, was es sollte. Erstaunlicherweise war auch die Hysterese mit den aus der Simulation ermittelten Koppelwiderstandswerten auf Anhieb im Zielkorridor.

Dann das ganze auf eine Lochrasterplatine portiert. Und schon wieder geht nichts mehr. Habe die Fehlersuche für heute erstmal entnervt eingestellt.
Wahrscheinlich irgendeine übersehene Kleinigkeit auf der Platinenrückseite.

Fotos und Schaltplan gibt es im Laufe der nächsten Woche, sobald der neue Spannungssensor seinen Dienst verrichtet.

George67 am 14 Okt 2019 07:38:48

Tja, es sind immer die einfachen Dinge, die Ärger machen, denn an die schwierigen denkt man ja.
Labornetzteil mit Spannungregelung, Stromanzeige, Spannungsanzeige, bis 30 V und 2 A, Chinese um 30 Euro. Hilft wirklich...
Und sehr vielfältig einsetzbar.

Albrecht0803 am 14 Okt 2019 10:03:39

Labornetzteile habe ich, sind auch für das Projekt im Einsatz und tatsächlich aus China:

Eines für 30V, 5A und ein zweite bis 30V und 20A. Zeigen Strom und Spannung an, hilft aber nicht, wenn man die Zuleitungen auf der Schaltungsseite verpolt.

Bin zuversichtlich, daß der Spannungssensor schnell einsatzfähig sein wird, da er mit denselben Bauteilen auf dem Steckbrett ja schon funktioniert hat. Der Festspannungsregler und der Transistor zur Relaissteuerung sind i.O., das habe ich schon geprüft. Also wahrscheinlich ein Verdrahtungsfehler um den OpAmp, oder der Verstärker selbst. Da er gesockelt ist, kann er auch problemlos getauscht werden. Nur schade, daß ich nur den einen von der super-sparsamen Sorte Ti27 habe (29 mikroA Verbrauch).

Albrecht0803 am 19 Okt 2019 18:03:44

So, hier der Schaltplan und Fotos der Hardware. Die Mosfet-Schalter sind auf links und rechts angedockte Tochterplatinen ausgelagert worden. Vereinfacht den Austausch, wenn mal wieder alles in Rauch aufgeht....

Gesamtschaltung:




Spannungssensor:


In der Simulation klappt das alles. In der Realität macht der 1mF-Kondensator an der Basis des Relaistransistors Ärger. Das Relais schaltet im Takt von ca. 1Sec ein und aus. At_Georg, hast Du einen Tipp?

Ohne Kondensator und ohne Last auf den Anschlüssen funktioniert der Sensor. Den Rest, die Hauptplatine mit den Mosfet-Boards dran, habe ich noch nicht getestet. Das kommt die nächsten Tage auf den Plan.

Hauptplatine:


Sensor:

George67 am 20 Okt 2019 05:22:41

Du kannst für alle Tests einen anderen einfacheren OP reintun.

Albrecht0803 am 20 Okt 2019 23:38:34

Der neue Spannungssensor machte Ärger. Die Einstellung des Umschaltpunkts (z.B. 13,2V) blieb nicht stabil. Er wanderte, zusammen mit der Hysterese gut und gerne mal ein Volt nach oben oder unten.

Austausch der Kohlewiderstände gegen Metallfilme brachte nichts. Schließlich war der Spindeltrimmer als Übeltäter identifiziert. Am Rande seines Verstellbereichs ließ sich kein konstantes Widerstandsverhältnis einstellen.

Das Takten mit ca. 1Hz verschwand, wenn man den Kondensator über dem Gegenkopplungswiderstand wegnahm und stattdessen den Eingang mit diesem Kondensator gegen Masse verband.

Nach Einbau eines anderen Trimmers schien zunächst alles gut. 13,2V am Netzgerät eingestellt und das Poti so lange verdreht, bis die Relais klickten. Es muß bei den Bratereien auf der Platine aber doch etwas schiefgegangen sein. Nach dem Klicken kam das Knacken, sowie Rauch mit ziemlich elektrischem Aroma...

Habe das Ding dann zähneknirschend nochmal neu aufgebaut, aber noch nicht getestet. Irgendwie steckt ganz schön der Wurm drin.
Aufgegeben wird aber nicht!

Albrecht0803 am 21 Okt 2019 15:56:09

Auch der neue Spannungssensor zeigt dieses erratische Verhalten. Umschaltpunkte wandern ohne äussere Einwirkungen im Bereich 13 bis 14V. Auch die Hysterese bleibt nicht konstant. Sie variiert zwischen 0,2 und 0,6V. Bin ratlos. So ist das Ding unbrauchbar. Da war der aus diskreten Bauteilen aufgebaute Sensor bei Weitem zuverlässiger.

Werde als nächstes mal den großen Elko abklemmen. Irgendwie muß dem Ding doch auf die Sprünge geholfen werden. Das IC läuft mit 8V stabilisierter Spannung. Der Transistor für das Relais jedoch mit der gesamten Spannung, also variabel zwischen 12 und 14 V. Ich kann das Relais auch über die 8V laufen lassen. Ob das hilft?

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