Stromspeicher

Als primärer Stromspeicher werden 12V-Bleiakkus verwendet. Sie sind als "Autobatterien" global verbreitet, günstig pro Ah und gutmütig im Lade-/Entladeverhalten. Autobatterien sind darauf optimiert in kurzer Zeit viel Strom zu liefern. Sie haben nur einen Nachteil, Tiefenentladungen verringern ihre Lebenserwartung drastisch. Unter 80% sollten sie nicht entladen werden. Mittlerweile gibt es angepasste "Solarbatterien" oder auch "deep cycle". Die sind etwas teurer, dafür auf Entladung bis 50% getrimmt. Bei der Kalkulation des zukünftigen Stromspeichers können die Herstellerangaben der Amperestunden also getrost halbiert werden.

Damit der Laderegler optimal arbeiten kann sollte er so dicht wie möglich (im Sinne von Leitungslänge) an die Akkus gebracht werden. In jedem Leiter treten Spannungsverluste auf. Dadurch wird die vom Laderegler erzeugte Ladespannung bis zur Batterie abgesenkt. Im ungünstigsten Fall sinkt die Spannung so weit, dass der Akku gar nicht oder nur noch zum Teil geladen wird. Im Zweifel Leitungswiderstand für -querschnitt und -länge berechnen...

Der Gleichrichter sollte dagegen möglichst kurze Leitungen zum Generator haben. Zwischen Gleichrichter und Laderegler können längere Leitungen liegen. Die zulässige Stromdichte für einen Kupferleiter beträgt sechs Ampere pro mm² Querschnitt (6 A/mm²).

Hinweise

• Bleiakkus haben eine Selbstentladungsrate von 4-8% pro Monat.
• Sperrdioden in Richtung Laderegler verhindern ungewollten Stromfluss.
• Zener Dioden verhindern Überspannung am Akku

  • http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_7.html

• Kalte Akkus vertragen höhere Ladespannungen, warme Akkus niedrigere.
• Frostsicherheit?

Batteriemonitor

Die Batteriespannung wird bei unserem Aufbau durch den Laderegler kontrolliert und über die Arduino Messschaltung beobachtet.

Klassisch wäre auch eine LED Anzeige schnell realisierbar:

• http://www.electroschematics.com/5952/car-battery-monitor-12-volt/ - Akkuladestandanzeige mit 10 LEDs

• https://911electronic.com/zener-diode/

allgemeine Akkuinfos

• http://www.basytec.de/ladung/ladung.html - allgemeine Infos zu vielen Akkutypen und deren Ladeverfahren

• http://www.dvddemystifiziert.de/batterien/carfaq.html#type - sehr detaillierte Akkuinfos

verwendete Bleiakkus

Wir verwenden zunächst Blei Vlies Akkus (AGM) als Energiespeicher.

• 14,5V (max. Ladespannung) bis 11,9V (LVD) 10,5V (minimum)
• 60Ah

• max 30% der Kapazität als Ladestrom also 15A, alles darüber ---> dump

 Charging Methods at 25℃(77℉)
 Cycle use:
 Charging Voltage 14.4 to 15.0V
 Coefficient -5.0mv/℃/cell
 Maximum Charging Current： 15A
 Standby use:
 Float Charging Voltage 13.50 to 13.80V
 Coefficient -3.0mv/℃/cell

 Nominal Capacity
 20 hour rate (2.5A to 10.50V) 50Ah
 10 hour rate (4.75A to 10.50V) 47.5Ah
 5 hour rate (8.5A to 10.20V) 42.5Ah
 1 C (50A to 9.60V) 31.67Ah
 3 C (150A to 9.60V) 20Ah

Li-Ion Akkus

Li-Ionen Akkus sind leicht, haben eine höhere Energiedichte als Bleiakkus und können tiefer entladen werden. Der LAdevorgang ist dafür etwas anspruchsvoller und verzeiht keine Fehler. Während ein Bleiakku bei Überspannung bestenfalls nur ausgast, entzündet sich die LiIonen Zelle sehr wahrscheinlich.

Warnhinweise beim Umgang mit Li-Ion Akkus vorher lesen:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery#Safety

• https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator#Gefahren_beim_Umgang_mit_Lithium-Ionen-Akkus

kurz:

• over voltage condition=fire
• over current=fire
• out of balance condition=fire
• mechanical force=fire
• high temperature=fire

• overdischarge=damaged battery -> recharge=fire

Die große Herausforderung beim Windrad ist, die unstete Energieerzeugung in einen passend Lademodus für Li-Ionen Akkus zu verwandeln.

18650

Die 18650 ist eine sehr weit verbreitete Li-Ionen Zelle. Vom Nikotin-Liquid-Verdampfer über Notebooks bis hin zu Autos wurde sie verbaut. Dementsprechend leicht ist sie aufzutreiben. Insbesondere Notebookakkus werden häufig als "defekt" entsorgt, obwohl oft nur eine von den 4-9 Zellen defekt ist.

Leerlaufspannung: 3,7V max. Laden bis: 4,2V Entladeschlussspannung: 3V Ladestrom: max halbe Kapazität (bei 2900mAh also 1450mA) anfänglicher Ladestrom bei tiefentladenen Zellen 20% vom Ladestrom bis ca. Entladespannung erreicht ist

• https://www.electricbike.com/home-built-battery-18650s/

• http://lygte-info.dk/info/How%20do%20I%20test%20a%20charger%20UK.html

Li-Ion Lade ICs

Der einfachste Weg ein Ladegerät zu bauen, ist ein älteres Kamera- oder Telefonakkuladegerät zu recyceln. Selber bauen macht natürlich auch Spaß...

• https://www.solo-labs.com/diy-lithium-battery-charger-shield-arduino/

• http://electronics-diy.com/electronic_schematic.php?id=729

• TP4056 one cell

  • http://www.pollin.de/shop/dt/Mjc1ODQ2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Bausaetze_Module/Module/Lademodul_fuer_Lithium_Akkus_DAYPOWER_M_LL_TP4056.html

  • mehrere davon können auch parallel genutzt werden für höhere Ladeströme an einer Zelle
• PT4056 more cells
• L6924D
• MCP73831
• protection ICs (DW01A and FS8205A) are chips that exist inside many commercial cells for smartphones, cameras, and other devices

Verkabelung

• Datenkabel - ausrangierte Netzwerkkabel
  • vom Windrad zur Messeinheit (Windrad rpm, Anemometer rpm)

    • bzw. per Funk übertragen via 433Mhz, http://randomnerdtutorials.com/rf-433mhz-transmitter-receiver-module-with-arduino/

  • vom Laderegler zur Messeinheit (Spannungen, Stromstärken, Luft- & Akkutemperatur)

• Stromkabel - Kupferkabel mit Querschnitt > 4mm²

  • https://www.wohnmobilwissen.de/wohnmobil-12v-kabelquerschnitt/