Hallo,



ich wollte fragen, ob jemand meine Idee schon einmal ausprobiert hat:

Ich habe mir ausgerechnet, dass ich mit meinem 3Watt Nabendynamo auf einer Radreise etwa soviel Energie erzeuge, um ein typisches 12 Volt NiCd Akkupack zu laden.

(Damit würde ich meinen Laptop, sowie Ladegeräte betreiben)


Für einen Forumslader fehlt mir die Zeit.

Meine Idee wäre es den Akkupack einfach ohne Elektronik zu laden.
Ich würde noch einen einfachen Spannungswandler einzubauen, damit der Nabendynamo nicht zum Verbraucher wird.

Die NiCd Akkus dürfte man mit so einem geringen Ladestrom ja nicht ernsthaft überladen können. Außerdem kann man das ja auch abschätzen.

In meiner Jugend hab ich meine Modellflugakkus immer so lange geladen, bis sie ordentlich warm waren, und sie funktionieren noch heute.

Der einzige Nachteil wäre meiner Meinung nach, dass ich den Akku zu Beginn der Tour wieder vollständig entladen muss, um den Memory Effekt zu verhindern.
Die Energiedichte ist bei NiCd Akkus ja auch nicht die beste, damit muss man einfach leben.

Als Vorteil wäre noch die Schnelladefähigkeit zu erwähnen, die jedoch ein etwas schwereres Ladegerät erfordert, das ich zur Radreise nicht mitnehmen möchte.

Was ist eure Meinung dazu?

Ich scheue Elektronik nicht, mein Studium besteht zur Hälfte aus Elektrotechnik.

Ich will das KISS Prinzip anwenden, außerdem habe ich fehlt mir die Zeit, den Forumslader zu bauen.

hallo estate,

dass der NaDy den Strom andauernd umdreht, weisst Du aber? Also, Brückengleichrichter, und der verhindert dann auch die Entladung des Akkus oder gar -noch schlimmer- Den Antrieb des Vorderrades mittels NaDy als Motor....

Die 12V erzeugst Du durch schnelleres Fahren besser als durch einen Hochsetzsteller oder, um einfach zu bleiben, eine Spannungsverdopplerschaltung.



Grüße
hans-albert

Du kannst so problemlos einen Akkupack laden. Den Ladestrom halten sie vermutlich auch dauerhaft aus- also nur Brückengleichrichter zwischen Dynamo und Akkupack, bei Reisetempo wirst Du so etwa 300mA einladen. Der Akkupack ist halt recht schwer.
Wenn Du den Akkupack in die Lenkertasche tust kannst Du auch mal nach der Temperatur fühlen- aber so ein Racing-Pack wird so wohl nicht gross warm werden- Du bist bei diesen grossen Akkus noch im Bereich der erlaubten Dauerladung für NiMh/NiCd.

Ab AA-Zellen abwärts kannst Du die Zellen wieder überladen, da musst Du zumindest eine Ladezeit ausrechnen oder immer mal die Temperatur fühlen...

Grüsse von
Jens.

Sicher, einen Gleichrichter werd ich schon einbauen ;-)
Mit Ladeelektronik meinte ich auch eher sowas wie einen Microcontroller, der mir dauernd die Spannung misst.

Ich hab meinen Nabendynamo noch nicht gekauft:
Die Herstellerangabe sagt ja meist: 6V / 3W
Ist der Spannungsbegrenzer im Dynamo integriert, oder wird Sie extern angeschlossen?
Wenn ja, dann dürfte es ja auch keine Leistungsbegrenzung geben.

Hallo estate,



Die Angaben sind eigentlich nicht ganz richtig. Die Spannung hängt von der Drehzahl ab, und der Strom beträgt maximal rund 500-580 mA. Bei entsprechender Geschwindigkeit (so ab 20-25 km/h) ist es durchaus möglich, 6 Watt (12 Volt und 500 ma) aus einem Nabendynamo zu holen.

Gruß
Andreas

Einen Mikrocontroller brauchts dafür nicht- wenn Du wirklich selbst auch die Spannung überwachen magst geht auch ein kleines Panelmeter.
Nabendynamos haben weder eine Spannungsbegrenzung noch eine Leistungsbegrenzung. Lediglich einen Maximalstrom. Die Spannung wird von Deinem dicken Akkupack begrenzt- wenn er voll ist wird er einfach warm werden (das liegt in der Natur der NiCd/NiMh). Zuviel Strom schaffst Du mit dem Dynamo bei so dicken Zellen nicht und die Wärme werden sie wohl ausreichend loswerden. Hier ist jetzt mal der schlechtere Ladewirkungsgrad dieser Zellchemie von Vorteil- ab einer bestimmten Akkugrösse kannst Du mit dem begrenzten Strom des Dynamos die Zellen nicht mehr durch Überladung beschädigen.

Grüsse von
Jens.

Danke für die Antworten,

da ich theoretisch zwar die Grundlagen kenna, aber fast keine praktischen Erfahrungen habe:
Ein Spannungsregler beim Laden würde in meinem Fall nichst bringen, da dessen Spannung sowieso durch den niedrigen Akkuinnenwiderstandes zusammenbrechen würde.
Beim Akkuladevorgang zählt einzig und allein der Strom.
Liege ich da richtig?

Ja.


Der Spannungsregler im Forumslader bestimmt die Ladeschlussspannung- da Deine Zellen wohl permanent den Dynamostrom aushalten werden brauchst Du den nicht zwingend.

So mein System ist jetzt fertig montiert am Rad.

Allerdings Will ich den Netbook doch mit einem Kfz Adapter am NICD Pufferakku anschließen, um auf der sicheren Seite zu sein.

Der einzige verfügbare Adapter ist ein Nachbau aus China, von dem ich keine Daten habe, außer die Beschreibung eines Onlineshops, dass die Eingangsspannung 10-18V betragen dürfte.

Die Toleranz nach oben ist ja natürlich im Kfz bereich logisch, da eine unbelastete Autobatterie eine höhere Spannung als die Nennspannung aufweist.

Meine Idee wäre jetzt mehr NICD Zellen zu verwenden.
Ich hab nämlich schon 14 gleichwertige Zellen.
Statt 10 Zellen = Nennspannung =12 Volt
habe ich mir überlegt, die 14 Zellen zu verwenden.
Die Nennspannung würde dann 18 Volt betragen, die eigentliche Spannung im Leerlauf würde aber um einiges höher sein.

Weis jemand von euch, ob KFZ Adaper soetwas dauerhaft aushalten?
Zum Testen fehlt mir ein einstellbares Labornetzteil, ich habe eigentlich vor es auszuprobieren, aber wenn mir jemand im vorhinein davon abrät, werde ich vielleich nur 12-13 Zellen einbauen.

Mach den KFZ-Adapter mal auf. Vielleicht ist da ein Schaltregler vom Typ MC34063 drin. Der kann laut Datenblatt bis 40V betrieben werden. Übrigens sind die Spannungsspitzen in Auto-Bordnetzen so hoch, dass solche Autoadapter deswegen auch noch ein Eingangsfilter haben.

Wenn Du 10 Zellen in Reihe schaltest, kannst Du noch mit einem NaDy laden, aber wenn Du nur einen einfachen Brückengleichrichter benutzt, wohl erst ab ca. 20 km/h. Eine Delonschaltung sollte es schon sein.
9 Zellen dürften optimal sein. Mehr würde ich nicht mitnehmen, besonders dann nicht, wenn es nur ein Pufferakku sein soll, aus dem dann der Netbook-Akku geladen wird. Wichtig ist, den Akku des Netbooks während der Fahrt zu laden, und dabei die richtige Eingangsspannung für den Ladeadapter zu finden. Die Umladeverluste des Pufferakkus betragen leicht 20% (erst mit bis zu 1,5V/Zelle aufladen, dann den gleichen Strom bei 1,2V wieder abgeben). Das Umladen lässt sich ganz gut vermeiden, in dem der Netbook-Akku via Auto-Adapter direkt aus dem Dynamo geladen wird.

Auch die richtige Zellenzahl des Pufferakkus ist wichtig: nimmst Du zu wenige, begrenzen die Akkus die Ladespannung auf einen zu tiefen Wert, nimmst Du zu viele, beginnt das Laden erst bei höheren Fahrgeschindigkeiten.
Du musst also den optimalen Punkt zwischen 2 Grenzen finden:
- dem maximalen Ladestrom, der nur von der Feldstärke der Permanentmagnete im Dynamo und der Windungszahl der Spulen abhängt
- der maximalen Ladespannung, die von den beiden genannten Größen und der Fahrgeschwindigkeit abhängt
In einem kleinen Bereich kannst Du Dir die Spannung aussuchen, dort ist die Leistung in etwa konstant. Ein Shimano DH3N20 brachte im Versuch ca. 5,6W bei 20km/h und 6,5W bei 25 km/h, getestet bei 14 und 16V am Kondensator, hinter der Delonschaltung.
Ich würde nicht mehr als 9 oder 10 Zellen verwenden, damit auch bei 15km/h noch geladen wird. 14 sind definitiv zu viele. Übrigens haben die meisten Netbooks Akkus mit 7,4V oder 11,1V - da sind 9-10 Zellen plus Schaltregler gerade richtig.
Schaltest Du 2x 7 Akkus in Reihe und die Reihenschaltung parallel, setzt die Strombegrenzung durch den Dynamo ein, und die Spannung steigt nicht höher als 10,5V, die Ladeleistung wird so auf etwa 5,5W begrenzt. Für das Parallelschalten zweier Akkuspacks setzt Du besser auch noch Vorwiderstände in Reihe mit jedem Akkupack ein, die die Stromverteilung verbessern.
Schaltest Du 14 Stück in Reihe, wird das Laden wohl erst deutlich oberhalb 20 km/h beginnen -die meiste Zeit fließt dann kaum Ladestrom.

Noch ein Hinweis: um die Akkus nicht zu überladen, würde es reichen, deren Spannung auf einem Voltmeter zu überwachen - kein Spannungsanstieg mehr: dann stop.
Jetzt könnte man noch den Wirkungsgrad des Autoadapter betrachten....

Insgesamt solltest Du Dir aber überlegen, wie lange Du fahren musst, um eine Stunde lang das Netbook zu benutzen. Da könnte es Überraschungen geben.
Habe das beim Handy: lade dieses aus einem 6-Zellen-Akku, der während der Fahrt geladen wird. Nur 6 Zellen - das heißt Eingangsleistung verschenken, Laden nach statt während der Fahrt: Umladeverluste plus Verlust durch einen linearen 5V-Regler - die elektrische Ladung in Ah, die der Handyakkus aufnimmt, muss zu 100% aus dem Dynamo kommen. Damit muss ich fast 2 Stunden fahren, um das Handy einmal aufzuladen (900mAh). Deswegen werde ich auf 9 Zellen (Ladeleistung ausnutzen), Schaltregler und Laden während der Fahrt umrüsten (Wirkungsgrad, Umladeverluste) - Schon dauert's keine Stunde mehr.

elwood

Zusätzlich zu den sehr richtigen Bemerkungen des Elwoodianers noch mein Senf

Bedenke, dass die Maximalspannung von NiCd bei 1.45V je Zelle liegt, spätestens da werden Deine sehr grossen Zellen nur noch warm werden- aber diese Spannung ist für Dich wichtig als Maximalspannung im System. Ich würde die 18V des Adapters nicht überschreiten, sehr gut möglich dass die asiatischen Freunde eine interne Spannungsbegrenzung über Schutzdiode drinhaben um eventuelle kurze Spannungsspitzen des KFZ-Netzes abzufangen- das Teil würde Dir dann bei dauerhafter Überspannung abrauchen. Wenn Du mit 18V als Grenze rechnest und 1.45V je Zelle landest Du bei maximal 12 Zellen.

Ich glaube auch nicht recht an einen MC34063 in dem Gerät, für ein Netbook brauchts kräftigeres und Asien hat wirklich leistungsstärkere Schaltwandler die sich hier eher anbieten als ein auf Hochstrom gepimpter MC...

Grüsse von
Jens.

Ich werde wahrscheinlich bei den 10 Zellen bleiben,
da auch mein Handy, sowie das Ladegerät für die Digicam jeweils andere
Spannungswandler haben.
Für 9 Zellen müsste ich mein ganzes Akkupack umarbeiten.

Danke für die Antwort, folgendes ist mir aber noch unklar:


Das verstehe nicht nicht ganz,
Nur zum Verständnis:
Die Delon Schaltung erzeugt keinen gleichförmigen Strom, sondern Spannungsimpulse, deren Spitzenwert dem doppelten Gleichrichtwert entsprechen?

Alles andere würde meiner Meinung nach keinen Sinn machen, da der Innenwiderstand des Akkus eine verdoppelte Spannung im Nu wider halbieren würde.


Umladen möchte ich natürlich vermeiden, indem ich den Netbook möglichst viel mit dem Pufferakku betreibe.
Wie soll ich denn den Netbook direkt laden?
Ich kenne mich mit der Laderegelung in Notbooks schlecht aus, aber ich denke, dass dazu eine bestimmte Leistung nötig ist. Immerhin ist das Laden der Lithium Ionen Akkus nicht zu unkompliziert.
Bei meinen früheren Projekten, als ich einen Bleiakku direkt an das Notebook angschlossen habe, wurde mein Notebookakku, ab einer gewissen Spannung nicht mehr geladen, sondern zerstört. (wie es mir ein Studienkollege vorrausgesagt hatte)



Ist dann meine Annahme richig, dass ein Akku nur geladen wird, wenn die Spannung am Akku geringer ist, als die Spannung am Ladegerät?

Klingt ja eigenlich logisch, da ja sonst kein Ladungsstrom fließen würde.

Was passiert, wenn ich unter der Akkuladespannung bin?
Wird mein Akku dann entladen?

Schau einmal hier nach:
Delon-Schaltung - mit Animation.
Wenn Du das Voltmeter in der Animation durch den Akku ersetzt, der ja nur einen minimalen Innenwiderstand hat, dann sind zunächst beide Kondensatoren auf die halbe Akkuspannung aufgeladen. Nun beginnt der Dynamo, Strom zu liefern. Je nach Polarität wird eine der beiden Dioden öffnen und Strom fließt in den Kondensator ... aber mit der Spannung am Kondensator steigt auch die Spannung am Akku - und der nimmt dann den gesamten Strom aus dem Dynamo auf! Der Stromkreis muss sich irgendwie schließen, also wird der jeweils andere Kondensator um das Produkt Strom * Zeit entladen.

In der Animation auf der Wikipedia-Seite:
positive Halbwelle: R1 öffnet, C1 wird ein wenig(!) geladen, und der Ladestrom fließt durch den Akku und C2. C2 wird entladen.
negative Halbwelle: R2 öffnet, C2 wird ein wenig(!) geladen, und der Ladestrom fließt durch den Akku und C1. C1 wird entladen.
Der Punkt ist, dass hier der Dynamo den höchsten Innenwiderstand hat und den Ladestrom begrenzt.

Die Ladespannung wird hier durch den Akku vorgegeben - der Dynamo muss nur so viel Spannung liefern, dass eine der beiden Dioden öffnet und Ladestrom fließt. Und jetzt kommt die Zellenzahl ins Spiel: die Leerlaufspannung des Generators hängt von der Fahrgeschwindigkeit ab, der Innenwiderstand auch von den Wicklungen, aber hauptsächlich von der Stärke der Permanentmagnete. Deren Stärke bestimmt zusammen mit der Windungszahl den maximalen Strom.

Je mehr Zellen Du verwendest, desto schneller musst Du fahren, damit überhaupt die Leerlaufspannung des Dynamos so hoch steigt, dass nennenswert Ladestrom fließt. Deshalb sind über 10 Zellen sicher zu viel - unterhalb von ca. 20km/h wird sich nicht viel tun.
Nun der Trick beim Forumslader: in Reihe mit dem Gleichrichter liegt auf der Strechselwomseite noch ein Kondensator, der hier aus 2 gegenläufig in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht. Beide zusammen bilden einen ungepolten Elko der halben Kapazität (hier 110uF), der zusammen mit der Induktivität des Dynamos einen Reihenschwingkreis bildet. Der ist so abgestimnmt, dass bei den bei mäßiger Geschwindgkeit auftretenden Frequenzen der Wechselspannung durch Serienresonanz eine Spannungsüberhöhung erfolgt - mit dem Effekt, auch bei langsamer Fahrt schon nennenswert Strom zu erzeugen.

Ich fahre mit einer ganz einfachen Variante: bisher keine Umschaltung zwischen Delonschaltung und Brückengleichrichter, die Serienkondensatoren ohne die antiparallelen Dioden des Forumsladers (D3, D4), Serienkondensatoren = 2x220uF, Delonschaltung wie bei Wikipedia, Kondensatoren auf der Gleichstromseite 2x2200uF. Ausprobiert mit einem Shimano-DH3N20-Dynamo und 9 NiMH-Zellen: 530mA bei 25km/h, darüber und darunter weniger. Darüber weniger, weil der Resonanzkreis so langsam aus dem idealen Frequenzbereich rauskommt. Darunter auch, da ist die Leerlaufspannung und damit die Leistung des Dynamos geringer.



Es könnte sein, dass der Laderegler des Notebooks im Ladegerät ist, nicht im Notebook. Dann ist Vorsicht geboten - wird bei Lithium-Ionen-Akkus eine gewisse Spannung überschritten, werden die Dinger zerstört. Hmmm... Du könntest allerdings Gewicht sparen und den internen Akku des Notebooks ganz weglassen vorausgesetzt, Du weißt, mit welcher Spannung das Gerät betrieben wird. Die Spannung von 10 Zellen liegt anfänglich über 13V, am Ende bei 11V. Überigens verbinde ich die Zellen durch angelötete Kabel, um Übergangsverluste im Batteriehalter zu vermeiden, die hier leicht 1-2V betragen könnten. Wenn eine Notebook-Betiebsspannung von 12V Ok ist, Batterien direkt abschließen. Bei 9V oder weniger lohnt sich ein Schaltregler, bei 9 bis unter 12V nimm einen linearen Spannungsregler, evtl "low drop" - mit einem MOSFET leicht aufzubauen.
Wie hoch die Spannung maximal sein darf, kannst Du vermutlich durch Nachmessen der Ausgangsspannung des regulären Ladegeräts im laufenden Betrieb mit angeschlossenem Notebook feststellen. Lass dabei den Akku bis zum Ende aufladen.
Nimm später dasselbe Messgerät, um die Ausgangsspannung eines eventuellen Spannungsreglers für das Notebook auf maximal den gleichen Wert einzustellen - damit solltest Du auf der sicheren Seite sein. Aber wie gesagt: ist der Laderegler im externen Netzteil, dann Vorsicht! Dann brauchst Du eigentlich was Vergleichbares!




Vermutlich meinst Du jetzt das Anschließen des externen Akkus an das Notebook, das selbst einen Akku enthält. Wenn dessen Akkus direkt am Ladeanschluss hängen sollte, also kein interner Regler davor hängt, dann kann einer leerer externer Akku natürlich noch den internen Akku entladen.

Nochmal zum Laden am Dynamo: mach mal folgenden Test:
Schließe Deine NiCD- oder NiMH-Zellen an ein Ladegerät an und miss die Spannung bei einigen 100mA Ladestrom. Schalte es aus und miss die Spannung. Der Unterschied ist mehr oder weniger deutlich, und ich meine, größer als der Spannungsunterschied zwischen Entladevorgang und Leerlauf beim gleichen Akku - aber aus dem Spannungsabfall beim Entladevorgang wird der Innenwiderstand berechnet!

Nächster Schritt: einfache Delonschaltung mit Serienkondensator aufbauen, Akkus anschließen, am Lenker ein Voltmeter und ein Amperemeter befestigen und ein wenig die Straße auf und ab fahren - dabei verschiedene Geschwindigkeiten probieren und diese einen Moment gleichmäßig halten. So habe ich meine Erkenntnisse auch zu einem gut Teil gewonnen. Einiges mehr (besonders der Serienkondensator!) kam hier im Forum dazu... es gab schon mehr und längere Faden zu diesem Thema

so unsigned long
der elwoodianer

... das war ja wieder'n länglicher Sermon - da musste schon der Texteidotter für herhalten