Kurzzeitiger 12V Puffer - Batterie, Kondensator?

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Kurzzeitiger 12V Puffer - Batterie, Kondensator?
Suche nach: batterie (7345) kondensator (16024)

    










BID = 1072704

haibo

Gerade angekommen


Beiträge: 6
 

  


Hi,

für ein aktuelles Projekt benötige ich eine Lösung um in einem Teilsystem kurzzeitig eine 12V Spannungsversorgung aufrecht zu erhalten.

Konkret geht es geht um eine mobile Anwendung mit einem 12V Bleiakku. Ein Teil von dem System kann abgetrennt werden. Dieser muss aber trotzdem für z.B. 2 Sekunden noch 12V (ca. 2A) liefern können, dass Motoren über einen Microcontroller in ihre Ausgangsposition zurück fahren können.

Ich habe hier mal einen stark vereinfachten Schaltplan angehängt, die blau markierte Stelle ist die Trennstelle:
Bild eingefügt

Ich habe mir schon ein paar Gedanken gemacht, bin jedoch bisher nicht wirklich überzeugt von den Lösungen.

1. Ansatz:
Parallel einen zweiten, sehr kleinen 12V Bleiakku in dem Teil unterzubringen das abgelöst wird. Ich müsste nur sicherstellen, dass keine zu großen Ausgleichsströme fließen, falls die Teilsysteme längere Zeit voneinander getrennt sind und die Spannungen weit auseinander liegen.
Der kleinste Bleiakku den ich gefunden habe, hat 0,8Ah. Nur um für wenige Sekunden ein paar Ampere bereitzustellen, scheint mir so ein Akku jedoch übertrieben.

2. Ansatz:
Einen Kondensator verwenden. Angenommen der Kondensator ist auf 12V geladen und ich benötige mindestens 8V um das System kurzzeitig am laufen zu halten, wäre ein Spannungsabfall von 4V akzeptabel. C = 2A * 2s/4V --> 1F
Habe ich hier einen Denk-/Rechenfehler drin, oder bräuchte tatsächlich so einen riesigen Kondensator um diese kurze Zeit zu überbrücken?

3. Ansatz:
Einen einzelnen 18650er Akku. Dann bräuchte ich aber erst ein Ladeboard um den Akku vom 12V System zu laden und dann wieder einen DCDC Wandler der die 3-4,2V vom Akku auf 12V wandelt.

Da muss es doch noch eine kompakte und einfachere Lösung dafür geben, oder?

BID = 1072705

Ltof

Inventar



Beiträge: 8395
Wohnort: Hommingberg

 

  

Mach das mit dem kleinen Bleiakku. Das ist das Einfachste. Die Ausgleichströme sind ein Märchen. Da fließt fast nichts. Beim Starthilfe Geben werden auch ein leerer und voller Akku zusammengeschaltet und es geht die Welt nicht unter. Wenn Du trotzdem Bedenken hast, kannst Du das noch mit Dioden und einem Widerstand o.ä. entkoppeln.

Superkondensatoren gibt's bis hunderte Farad. Würde ich aber nicht nehmen. Da müssten mehrere in Reihe und die brauchen einen Balancer. Hier müsste man eine Strombegrenzung beim Aufschalten vorsehen. Eher als beim parallelschalten verschieden geladener Akkus.

Für solche Anwendungen gibt's auch fertige USV-Konzepte. Z.B. mit dem LTC3351.

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„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Ltof am 22 Okt 2020 13:22 ]








BID = 1072709

haibo

Gerade angekommen


Beiträge: 6

Okay, vielen Dank für die schnelle Antwort. Ich habe mir den Bleiakku mit 0,8Ah nochmal angeschaut und dieser ist auch kleiner als ich es in Erinnerung hatte - er müsste sich also gut integrieren lassen.

Bei den Ausgleichsströmen ging es mir zum Beispiel darum, falls beide Teilsysteme mal längere Zeit voneinander getrennt sind und der eine Akku z.B. auf knapp 14V geladen ist, während der andere nur noch 11V hätte.
Das sollte zwar eigentlich nie vorkommen, aber lieber auf Nummer sicher gehen.
In dem Fall hätte ich einfach so einen 10 Ohm Widerstand (https://www.conrad.de/de/p/tru-comp......html) genommen. Damit würde der Ladestrom selbst bei dem Extremfall mit 3V Unterschied nur 0,3A betragen - nur geringfügig über dem max. Ladestrom von dem Bleiakku (0,25A)


Eine Diode wäre vermutlich auch nicht verkehrt, dass der kleine Akku nicht belastet wird, wenn Verbraucher am "Hauptsystem" aktiv sind. Auf was genau müsste ich bei der Diode achten? Würde da so eine einfache Diode schon reichen?
https://www.conrad.de/de/p/vishay-s......html

Die Schaltung würde dann wie folgt aussehen:
Bild eingefügt

BID = 1072711

Ltof

Inventar



Beiträge: 8395
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
haibo hat am 22 Okt 2020 14:16 geschrieben :

... und der eine Akku z.B. auf knapp 14V geladen ist, während der andere nur noch 11V hätte. ...

Auch das ist harmlos. Außerdem verwechselst Du die Ladeschlussspannung mit der Ruhespannung eines vollen Akkus.

10 Ohm wären zu viel. Da wird der Akku ja nie richtig geladen. Dann nimm lieber eine Halogenlampe als Strombegrenzung. Die hat PTC-Verhalten. 12 Volt 20 bis 50 Watt sollte passen. Nimm Schottky-Dioden. Z.B. eine SB560 oder so. Da sind dann noch Reserven.

Die Schaltung musst Du schon hier hochladen. Bilderhoster klicke ich nicht an.

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BID = 1072714

haibo

Gerade angekommen


Beiträge: 6

Okay danke. Eine Halogenlampe würde ich eher ungern nehmen. Dann würde ich eher zu einem kleineren Widerstand (z.B. 1 oder 2,4 Ohm) greifen.

Jetzt habe ich den Schaltplan hier als Anhang hinzugefügt




BID = 1072715

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17044

Statt der Diode würde ich eher einen Mosfet verwenden und der Steuert nur durch wenn die 12V vom Hauptakku anliegen . Und noch etwas der kleine Akku begrenzt seinen Ladestrom relativ schnell, auch wenn du den an einen vollen Akku hängst . Google mal nach Mosfet als Schalter! Und wie schon gesagt der Strombegrenzungswiderstand ist Überflüssig.

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am 22 Okt 2020 16:52 ]

BID = 1072720

Ltof

Inventar



Beiträge: 8395
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
haibo hat am 22 Okt 2020 15:43 geschrieben :

Jetzt habe ich den Schaltplan hier als Anhang hinzugefügt

So funktioniert das nicht. Der kleine Akku wird so nie voll und schnell verrecken.

Was hast Du gegen eine Halogenlampe statt eines Widerstands?

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BID = 1072734

Bubu83

Schreibmaschine



Beiträge: 2709
Wohnort: Allgäu

Es gibt für Car-Audio-Fans große 12V-Kondensator im Farad-Bereich. Keine Ahnung ob sowas reicht aber die Dinger dürften gebraucht recht gut zu bekommen sein...

BID = 1072737

Kleinspannung

Urgestein



Beiträge: 12664
Wohnort: Tal der Ahnungslosen


Zitat :
Bubu83 hat am 22 Okt 2020 22:23 geschrieben :

Es gibt für Car-Audio-Fans große 12V-Kondensator im Farad-Bereich.

Hatte ich früher auch zwei Stück von drin,sonst sorgte die "Buschtrommel" im Kofferaum dafür,das alle Lampen "Lichtorgel" spielten...
Allerdings sind die Dinger um einiges größer als so ein kleiner Akku,und nur dafür gedacht,kurzzeitige Stromspitzen abzufangen.
Also eher ungeeignet für das Problem.

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Manche Männer bemühen sich lebenslang, das Wesen einer Frau zu verstehen. Andere befassen sich mit weniger schwierigen Dingen z.B. der Relativitätstheorie.
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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Kleinspannung am 22 Okt 2020 23:15 ]

BID = 1072739

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
bräuchte tatsächlich so einen riesigen Kondensator um diese kurze Zeit zu überbrücken?
Ja.
Kondensatoren speichern, insbesondere bei niedriger Spannung, wirklich nur sehr wenig Energie.
Kapazitäten von Amperesekunden im Vergleich zu Amperestunden bei Akkus.

Wegen A= 0,5*C*U² speichert der mit 12V aufgeladene 1F Kondensator insgesamt nur 72Ws.
Bei Entladung bis zur halben Spannung kannst du davon 75% abrufen.

Vergleichsweise speichert ein auf 400V aufgeladener 470µF Elko (z.B. in einem PC-Netzteil mit PFC) immerhin 37Ws und ist kleiner als ein Hühnerei.
Vom Preisunterschied will ich gar nicht reden.
Da man bei dieser Spannungslage ohnehin einen Wandler braucht um auf 12V o.ä. zu kommen, hat man auch eine besseren Wirkungsgrad, als wenn man die überschüssige Spannung auf einem Widerstand oder Längstransistor verheizt.



Zitat :
Ein Teil von dem System kann abgetrennt werden. Dieser muss aber trotzdem für z.B. 2 Sekunden noch 12V (ca. 2A) liefern können, dass Motoren über einen Microcontroller in ihre Ausgangsposition zurück fahren können.
Evtl mit Federkraft?

P.S.:
Die elektrische Energie von 1 Ws entspricht auch der mechanischen Energie von 1 Nm. Das ist ja nicht ganz wenig.
Evtl. ist die Anpassung schlecht, wenn du soviel Energie brauchst.




[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 22 Okt 2020 23:26 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 22 Okt 2020 23:30 ]

BID = 1072741

Jornbyte

Moderator



Beiträge: 5238


Zitat :
Es gibt für Car-Audio-Fans große 12V-Kondensator im Farad-Bereich.

Diese Kondensatoren sind für Arduinoschaltungen völlig ungeeignet. Perl hat ja schon aufgezeigt wie die Entladekurve ist. Beim Laden wird aber die gleiche Energie für den gleichen Zeitraum zur Verfügung stehen müssen.

_________________
mfg Jornbyte

Es handelt sich bei dem Tipp nicht um eine Rechtsverbindliche Auskunft und
wer Tippfehler findet, kann sie behalten.

BID = 1072742

Ltof

Inventar



Beiträge: 8395
Wohnort: Hommingberg

Der von mir weiter oben erwähnte LTC3351 kann das alles. Er kümmert sich um strombegrenzte Ladung von Supercaps, Balancer, Step-Up-Wandler etc. pp. Er ist eine hot-swappable USV und "saugt" das Letzte aus den Kondensatoren heraus. Er wäre perfekt für diese Anwendung geeignet, ist nur nicht Anfänger-geeignet. Nicht mal Fachleute verstehen den richtig.

Hier wäre ein Akku-Booster, wie er zum Versorgen bzw. Laden von autarken Wohnanhängern benutzt wird, das Richtige. Ich weiß nur nicht ob es sowas auch in klein gibt.

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BID = 1072745

haibo

Gerade angekommen


Beiträge: 6


Zitat :
der mit den kurzen Armen hat am 22 Okt 2020 16:47 geschrieben :

Statt der Diode würde ich eher einen Mosfet verwenden und der Steuert nur durch wenn die 12V vom Hauptakku anliegen . Und noch etwas der kleine Akku begrenzt seinen Ladestrom relativ schnell, auch wenn du den an einen vollen Akku hängst . Google mal nach Mosfet als Schalter! Und wie schon gesagt der Strombegrenzungswiderstand ist Überflüssig.



Wieso würdest du eine Mosfet-Schaltung bevorzugen? Wegen dem Spannungsabfall den man sonst an der Diode hätte?
Wie kann ich mir das mit der Ladestrom Begrenzung des kleinen Akkus vorstellen? Der kleine 0,8Ah Akku ist gerade ein mal für 0,24A Ladestrom ausgelegt - klar kann er kurzzeitig auch deutlich mehr, aber im Extremfall bei vollem "Hauptakku"+Ladegerät und einem leeren, kleinen Akku, können doch schnell mal 2V Unterschied anliegen wodurch hohe Ströme fließen müssten - oder was übersehe ich dabei?



Zitat :
Ltof hat am 22 Okt 2020 17:48 geschrieben :

Was hast Du gegen eine Halogenlampe statt eines Widerstands?



An der Halogenlampe stört mich, dass ich das Gehäuse nicht komplett dicht machen kann und die Halogenlampe dann ikmmer leuchten würde, wenn geladen wird. Oder wäre der Spannungsunterschied zwischen den zwei Batterien so gering, dass die Halogenlampe nicht leuchtet, aber trotzdem das gewünschte verhalten aufweist?

[ Diese Nachricht wurde geändert von: haibo am 23 Okt 2020  9:41 ]


Zitat :
perl hat am 22 Okt 2020 23:24 geschrieben :

Evtl mit Federkraft?

P.S.:
Die elektrische Energie von 1 Ws entspricht auch der mechanischen Energie von 1 Nm. Das ist ja nicht ganz wenig.
Evtl. ist die Anpassung schlecht, wenn du soviel Energie brauchst.



Eine Feder lässt sich an der Stelle leider nicht verwenden. Es gibt jedoch auch noch andere, kleinere Verbraucher - die Motoren sind nur der größte Verbraucher, deshalb hab ich diese genannt.


Auch danke an all die anderen Antworten, hätte gar nicht mit so vielen Reaktionen gerechnet

[ Diese Nachricht wurde geändert von: haibo am 23 Okt 2020  9:45 ]

BID = 1072749

unlock

Schriftsteller

Beiträge: 847
Wohnort: Mosbach


Zitat :



Da muss es doch noch eine kompakte und einfachere Lösung dafür geben, oder?

Einfach die Steckverbindung verriegeln und einen Taster für "runterfahren" programmieren.
Sprich: für Trennwunsch Taster drücken-> Motore in Endlage fahren-> Endlage erreicht-> Verriegelung freigeben-> Led für "Freigabe erfolgt",
fertig.
Alles ohne Akku, da gewünschter Zustand vor der Trennung erfolgt.

_________________
One Flash and you're Ash !

BID = 1072756

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17044

Richtig der Mosfet hat auf Grund seines geringen Innenwiderstandes so gut wie keinen Spannungsabfall. Und wenn du mal überlegst warum ein 12V Akku bei 16 V Ladespannung kaum noch Strom zieht wenn er voll ist kommst du evl auch drauf warum der seinen Ladestrom selbst begrenzt. Der wird wenn er leer ist zwar einen hohen Ladestrom ziehen und steigt seine Spannung schnell an und damit sinkt dann auch der Strom . Dein 0,8Ah Akku kann beim Entladen durchaus auch 10 und mehr Ampere liefern aber eben nicht lange . genau so verhält der sich beim Laden. Wenn du einen Akku schnell laden willst musst du den auch mit einem höherem Ladestrom beaufschlagen. Nur führt eben der hohe Strom auch zu einer deutlichen Erwärmung des Akkus. In Deinem Fall ist das auch nichts anderes als der Notstromakku in Brandmeldeanlagen. Nur werden diese eben nicht von einem Akku gepuffert sondern von einem Netzteil

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