Akku mit Step Up Converter betreiben

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Akku mit Step Up Converter betreiben
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BID = 1100159

Studierter Oberschlauer

Gerade angekommen


Beiträge: 6
 

  


Hallo,
ich heiße Dennis und bin neu hier.
Ich habe eine Frage zur Verwendung von Step Up Convertern und würd euch den Aufbau kurz exemplarisch schildern, um dann zu den Fragen zu kommen.

Es liegt ein einfacher Schaltkreis mit einem Akku als Spannungsquelle und einen Lastwiderstand vor. Ich möchte in diesem Beispiel mit dem Widerstand einfach nur Wärme erzeugen.

Daten des Akkus:
3,7 V
5000 mAh
Ausgangsleistung am USB-Port: 5 V / 2 A

Der Widerstand hat 2,5 Ohm.

Mich würde interessieren, welche Verluste und generellen elektrischen Änderungen ich erwarten kann, wenn ich einen Step Up Converter einbaue, welcher meine Spannung auf 10 V anhebt.
Das der Converter nicht Verlustfrei arbeitet ist bekannt und hängt vom Converter selber ab.

Wird der Akku schneller entladen?
Wie wirkt sich der Spannungsanstieg auf den Verbraucher aus? (Annahme: der Verbraucher hält 10 V aus)
Wird mein maximaler Strom geringer?
Was muss ich beachten, wenn ich mit dem Widerstand mehr Wärme erzeugen möchte?

Mir ist generell unklar, was bei einer unveränderlichen Spannungsquelle passiert, wenn man die Spannung anhebt und wie sich dies auf einen Verbraucher auswirkt.

Sollte ich etwas unklar formuliert haben, dann gerne nachhacken

Vielen Dank für die Hilfe!

Grüße
Dennis

BID = 1100160

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12281
Wohnort: Cottbus

 

  

Es gilt der Energieerhaltungssatz

Ein gegebener Widerstand setzt bei doppelter Spannung die vierfache Leistung um. Wenn diese Leistung jetzt aus einem Spannungswandler kommt, welcher sie aus der ursprünglichen Quelle verdoppelt hat, ist in dieser Quelle der Strom auch doppelt so groß.



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.








BID = 1100162

Rafikus

Inventar

Beiträge: 3905

Wenn der vorhandene Wandler tatsächlich 2A bei 5V liefern kann, dann wird er mit dem 2,5 Ohm Widerstand an seiner Leistungsgrenze betrieben.

Wenn du den Widerstand an 10V anschließt, dann werden 4A fließen (sofern die Spannungsquelle das liefern kann).
Dabei wird viel mehr Leisung umgesetzt (vier mal so viel wie bei 5V), also wird der Akkumulator viel schneller leer sein. Vorausgesetzt, dass der 10V Wandler tatsächlich 4A liefern kann. Sollte er das nicht, dann wird er wahrscheinlich abschalten.

BID = 1100170

Studierter Oberschlauer

Gerade angekommen


Beiträge: 6

Grundlegend heißt das nun, wenn nicht mehr als 2 A fließen können, wird der Widerstand auch mit steigender Spannung nicht wärmer?

Es stehen mir im Idealfall 10 W zur Verfügung und ich kann daraus entweder 5 V / 2 A raus holen, oder 10 V / 1 A.
Ansonsten überlaste ich meine Quelle.

Sehe ich das richtig?

Danke für die Antwort.

BID = 1100173

Rafikus

Inventar

Beiträge: 3905


Zitat :
ich kann daraus entweder 5 V / 2 A raus holen, oder 10 V / 1 A.
Ansonsten überlaste ich meine Quelle.

Sehe ich das richtig?

Falsch.
Die erwähnten Wandler sind Spannungsquellen. Bei einer Spannung von 10V fließen aber durch einen Widerstand von 2,5 Ohm 4A.
Es liegt nun aber am Hersteller des Wandlers, für welchen maximalen Strom das Gerät ausgelegt ist. Es ist zu erwarten, dass der Wandler bei zu großer Last (zu hoher Strom) einfach abschaltet.

Deine Zelle könnte wohl mehr als 10W leisten können. In Akkuschraubern liefern solche Zellen durchaus mehr als 10A.
Der 5V Wandler ist einfach so gebaut, dass er nicht mehr als 2A liefern kann.

BID = 1100174

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12281
Wohnort: Cottbus


Zitat :
wenn nicht mehr als 2 A fließen können, wird der Widerstand auch mit steigender Spannung nicht wärmer?
Die Spannung kann ja erst gar nicht ansteigen, weil die Quelle nicht genügend Strom liefern kann.


Zitat :
Es stehen mir im Idealfall 10 W zur Verfügung und ich kann daraus entweder 5 V / 2 A raus holen, oder 10 V / 1 A.
Ja. Das heißt für dich, dass du den 2,5Ohm Widerstand maximal mit 5V beaufschlagen kannst und der Spannungswandler nicht benötigt wird.



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1100175

Studierter Oberschlauer

Gerade angekommen


Beiträge: 6


Zitat :

Falsch.
Die erwähnten Wandler sind Spannungsquellen. Bei einer Spannung von 10V fließen aber durch einen Widerstand von 2,5 Ohm 4A.
Es liegt nun aber am Hersteller des Wandlers, für welchen maximalen Strom das Gerät ausgelegt ist. Es ist zu erwarten, dass der Wandler bei zu großer Last (zu hoher Strom) einfach abschaltet.


Was ich hier natürlich angenommen hatte, ist das der Widerstand so angepasst wird, dass der Strom auf 1 A begrenzt wird um die Spannungsquelle nicht zu überlasten
Somit kann ich doch an meinem Widerstand mit 10 Ohm, eine Spannung von 10 Volt realisieren.
Verluste mal nicht mit einberechnet.

Das ist doch realistisch, oder?

BID = 1100179

Rafikus

Inventar

Beiträge: 3905

Und ich bin davon ausgegangen, dass du den neuen Wandler direkt an die Zelle anschließen möchtest und nicht etwa an den 5V Ausgang.

Nun genauer: wo soll der 10V Wandler mit seinem Eingang angeschlossen werden?

BID = 1100182

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12281
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Somit kann ich doch an meinem Widerstand mit 10 Ohm, eine Spannung von 10 Volt realisieren.
Kannst du.


Zitat :
Verluste mal nicht mit einberechnet.
Die kannst du dir aber nicht einfach weg wünschen



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BID = 1100190

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
wenn nicht mehr als 2 A fließen können, wird der Widerstand auch mit steigender Spannung nicht wärmer?
Solange der Widerstandswert nicht steigt, kann bei konstantem Strom auch die Spannung nicht steigen.
Das sagt die Gleichung des ohmschen Gesetzes aus: U=R*I oder I=U/R oder R=U/I.

Wenn der Widerstand "bei sonst gleichen Bedingungen" wärmer werden soll, kannst du eigentlich nur seine Umgebungstemperatur erhöhen.

Mehr bringt es i.d.R. aber, wenn man trotz gleicher Leistungsaufnahme, seine Wärmeisolation verbessert.
Auf die Spitze getrieben ist dieses Prinzip bei einer Glühlampe. Da erreicht der Widerstandsdraht aus Wolfram mit 10W elektrischer Leistung problemlos Temperaturen in der Gegend von 3000°C.

BID = 1100194

BlackLight

Inventar

Beiträge: 4761


Zitat : Studierter Oberschlauer hat am 29 Jul 2022 11:08 geschrieben :
Mich würde interessieren, welche Verluste und generellen elektrischen Änderungen ich erwarten kann, wenn ich einen Step Up Converter einbaue, welcher meine Spannung auf 10 V anhebt.
Das der Converter nicht Verlustfrei arbeitet ist bekannt und hängt vom Converter selber ab.
Hängt nicht nur vom Konverter ab, sondern auch vom Lastzustand, Spannungsverhältnis usw.
Auch "verdoppeln" sich die Verluste, wenn man die geboosteten 5 V weiter auf 10 V erhöht.

Als Daumenregel würde ich 60-90% Wirkungsgrad angeben. Bei zwei in Reihe rechnerisch 36% bis 80%.

Ist zwar ein Buck-Boost-Wandler (ZK-4KX), hatte aber mal den Wirkungsgrad von drei Stück für verschiedene Lastzustände gemessen.




P.S.
Die "Leerlaufverluste" sollten primär von der Hintergrundbeleuchtung stammen.

BID = 1100527

Studierter Oberschlauer

Gerade angekommen


Beiträge: 6

Hallo,
danke für die ganzen Antworten und entschuldige, dass ich mich nicht mehr gemeldet habe.
Ich habe nun so lange mit einer Spannungsquelle herumgespielt, bis ich das gewünschte Ergebnis hatte.
Nun suche ich aktuell nach einem passenden Akku.

Erkenntnisse für mich.
Was wenig wunderlich ist
Eingangsleistung > Ausgangsleistung!
Das ist schonmal wichtig, denn es gibt ja bekanntlich Verluste.
Dann muss man gucken, wie sich der Widerstand bei steigender Temperatur verändert und ob dann noch die erforderliche Leistung am Ausgang vorhanden ist. In der Hinsicht lieber leicht überdimensionieren, so dass man in Betriebstemperatur auch die Leistung hat, die man braucht! Aber Vorsicht mit dem Einschaltstrom, so dass nichts kaputt geht. Dieser sinkt dann im Betrieb bei steigender Temp. da der Widerstand steigt.

Alles in allem wurde mir gut geholfen!
Danke dafür und bis bald

BID = 1100560

Goetz

Schreibmaschine

Beiträge: 1828
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Neugierig frag: Was ist das für ein Projekt?
Mit einem Akku heizen ist ja nicht gerade effizient


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