Stromversorgung

Aus RC-Network Wiki

Der RC Teil in unserem Hobby (RC-Network) arbeitet mit elektrischer Energie. Diese Energie beziehen wir meist aus Akkus, diese wiederum aus Ladegeräten. Die Ladegeräte benötigen meist ein Netzteil und dieses eine Stromversorgung.

Betrieb von Netzteilen am (Motor-) Generator.

Kleingenerator

Hier gibt es 3 Generator-Typen die zu unterscheiden wären :

Kleinleistungs Asynchron Generatoren ( -2kW) Sind meist rein mechanisch geregelte, recht robuste, sehr einfache Geräte die zum Betrieb mit wechselnden Lasten sehr schlecht bis gar nicht geeignet sind. Lastwechsel werden mit Drehzahlschwankungen, und in der Folge sehr starken Spannungsschwankungen quittiert.

Selbstbaugenerator
Beispiel
An einem 800W mechanisch geregeltem Asynchron Generator der mit einem Halogen Strahler mit 300W und einer 100W Glühlampe belastet ist, führt das Abschalten des Halogenstrahlers dazu, dass oft sofort die Glühlampe wegen Überspannung durchbrennt.

Grund ist die stark verzögerte Leistungsregelung via mechanischem Fliehkraftregler welcher über ein Gestänge auf den Vergaser einwirkt. Dieser Generator ist relativ unempfindlich auf nicht blindstromkompensierte Netzteile, jedoch kann dann oft nur die halbe Leistung genutzt werden, bevor die Überstromsicherung anspricht.


Mittlere Leistung 3-phasig (2kW aufwärts)

Diese Generatoren sind schon wegen Ihrer Größe und der größeren Schwungmasse von Motor und Generator weit weniger empfindlich auf Laständerungen, und sehr robust. Oft sind diese auch mit einer AVR – Automatischen Spannungsregelung ausgestattet, welche die Überspannungen etwas begrenzt. Das Problem der trägen Lastregelung über Fliehkraftregler-Vergaser existiert aber auch hier. Da die (meist billig-) AVR oft nur über eine Phase wirkt, sollten diese Generatoren nur 3-phasig belastet werden, um die Wirkung der AVR nicht zu stören, d.h. sie bräuchten 3 Netzteile, an jeder Phase eines. Wird jedoch nur eine vergleichsweise geringe Leistung abgenommen, z.B. an einem 6kW Generator ( =2kW / Phase max. Leistung) nur ca 1kW an einer Phase, so geht das meist problemlos. ( …aber mit vergleichsweise hohem Kraftstoffverbrauch.) Dieser Generator ist relativ unempfindlich auf nicht blindstromkompensierte Netzteile. ( ohne PFC)


Invertergeneratoren.

Beim Inverter wird intern eine Zwischenkreisspannnung von ca. 400V erzeugt, welche dann durch eine Elektronik in einen Wechselstrom umgesetzt wird, ähnlich dem Strom aus dem Stromnetz. Wie gut der Inverter die Sinusförmige Stromform nachstellen kann, hängt von der Qualität des Inverters ab. Für Schaltnetzteile ist die Stromform ( Sinus oder Trapez ) völlig egal, Trafogeräte können an einem billig Inverter überhitzen. Inverter sind auf Überlast recht empfindlich. Als Faustregel sollte man nicht mehr als 75% der Nennleistung fordern. Inverter sind deutlich leiser, leichter, sparsamer und teurer als die asynchron/synchron Maschinen. Für den Betrieb von Schaltnetzteilen hat der Inverter den großen Vorteil dass die Spannung recht konstant ist, und auch Laständerungen gut durch den Zwischenkreis abgefangen werden. Ein leiser Inverter Generator ist im praktischen Betrieb auch auf freiem Feld nach 20-30m kaum noch zu hören. Inverter sind sehr empfindlich auf zu hohe Blindströme infolge fehlender PFC eines Schaltnetzteils. Dies führt zur starken Erhitzung der Inverterelektronik und u.U. schon nach kurzer Zeit zum Ausfall ( was meist einen Totalschaden des Gerätes bedeutet.) Einige Importeure von Invertergeneratoren lehnen eine Garantie bei Inverter schaden gern als „Bedienungsfehler“ auch innerhalb der Gewährleistung ab. Ein weiteres Problem beim Betrieb von Schaltnetzteilen an Invertern ist der Einschaltstrom ( inrush current) der bei Schaltnetzteilen recht hoch ist, um so höher je kräftiger das NT. Hier gibt es zum einen Einschaltstrombegrenzer, zum Anderen kann es auch schon helfen das NT ohne Last vor dem Starten des Generators an diesen anzuschließen und diesen dann erst zu starten.

Andere Möglichkeiten der Frei-feld Stromversorgung.

Autolichtmaschine:

Die Lichtmaschine eines Autos liefert heute nominal oft 1KW und mehr, die Batterien haben oft 60Ah und mehr. Dies hört sich viel an und weckt die Erwartung man könnte hier leicht seine Akkus laden, jedoch


1. Autobatterien

sind allein auf hohe Anlasserströme hin optimiert, im Zyklenbetrieb sind sie oft nach 10 Vollzyklen defekt, selbst Teilzyklen mit nur 30% Entladetiefe ruinieren diese Batterien schnell. Eine Autobatterie, die zu 30-40% entladen wurde, startet meist keinen Motor mehr. Eine entladene Autobatterie zieht, bedingt durch Ihre auf geringen Innenwiderstand hin optimierte Konstruktion einen sehr hohen Ladestrom, der die Batterie u.U. noch viel stärker schädigt, als die vorherige Entladung, und zudem evtl. die Lichtmaschine überlastet. Anders verhält es sich mit den zyklenfesten AGM Batterien, wie sie z.B. teilweise bei BMW verbaut sind. Diese sind haltbar, aber auch hier zeigt die Erfahrung, dass ein neuer 520d, dem 20Ah entnommen wurden, nur noch sehr zäh ansprang. ( 3 Akkus 6s für 500er)


2. Lichtmaschine

Selbstbaugenerator mit Lichtmaschine

Bei 14V 140A = 2kW könnte man erwarten, dass man damit leicht 500W zum Laden abziehen könnte. Leider NEIN ! Die Lichtmaschine bringt zwar diese Ströme schon bei leicht erhöhter Drehzahl, jedoch wird sie bei geringer Drehzahl ( Motorleerlauf) kaum gekühlt und überhitzt. Die aufgedruckte Leistung ist keine Dauerlast, sondern dient dazu Verbraucher mit hohen Spitzenströmen wie E-Servolenkung ( 150A+) zu versorgen. Wer mit laufendem Automotor lädt, sollte unbedingt die Temperatur der Lichtmaschine kontrollieren. Benzinmotoren können hierbei leicht bis 5l/h verbrauchen, Diesel liegen meist unter 1l/h.


3. Ladeakku

Ladeakkus in der Reseverradmulde

Hierzu wird ein großer zyklenfester Akku als Energiequelle zum Laden der LiPos genutzt. Traditionell war das ein Job für Bleiakkus, Bleigel oder AGM. In letzter Zeit wird hierfür zunehmend LiFePo4 genutzt. Autobatterien sind, wie oben beschrieben, hierfür untauglich. Ladeakkus haben den Vorteil, dass sie kein Geräusch erzeugen, keinen Kraftstoff benötigen und Zuhause mit „relativ billigem“ Strom geladen werden können. (Aktuell ca. 25ct/kWh gegenüber ca 1€/kWh Kraftstoffverbrauch aus Generatoren, ohne Alterung/Verschleiß des Generators) Bleiakkus, Bleigel und sog. „Solarakku“ haben den wesentlichen Nachteil eines sehr schlechten Wirkungsgrades bei Hochstromentladung. Die Nennkapazität ist auf 1/20C angegeben. Bei 1C Entladung stehen oft nur 60% zur Verfügung. Außerdem sinkt die Lebensdauer rapide mit der Entladetiefe, d.h. Bei nur 50% Entladung vervierfacht sich bereits die Lebensdauer. Wer also 50Ah entnehmen will, und mit 1C ( =50A) entlädt und außerdem mit Hinblick auf die Lebensdauer nur teilweise entladen will, braucht locker 100Ah+ !!! Eine solche Batterie ist nicht nur teuer sondern auch sehr schwer. Blei-AGM sind bezüglich Wirkungsgrad und Zyklen besser, aber auch teurer als andere Typen.


LiFe

Eine relativ junge Akku-technik, sehr viel leichter und kompakter als Blei, und mit einer sehr hohen Zyklenfestigkeit ( Cycle Life typisch 2000 ). Hauptlieferant ist China. Allerdings ist die Lebensdauer über Zeit ( calendary life) oft ein Problem, d.h. diese Akkus altern über Zeit, egal ob genutzt oder nicht. Je nach Temperatur und Ladezustand sind dauerhafte Kapazitätsverluste von über 10%/a möglich.. Kühle Lagerung bei 50% Ladung reduziert diese Alterung massiv ( bis ca. 2% /a) Eine Ausnahme bilden die A123 Nanophosphat Zellen, die nun auch mit 20 und 50Ah erhältlich sind, und eine weit geringere Alterung über die Zeit aufweisen.


Versorgungsspannung für Lader

Bei Hochleistungsladern wird im Hinblick auf die hohen Eingangsströme empfohlen mit 24V ( 2x12V) statt 12V zu arbeiten. Fast alle diese Lader begrenzen Ihren Eingangsstrom und in der Folge bei zu geringer Eingangsspannung die maximale Ladeleistung. D.h. es sind meist mehr als 16V nötig, um die volle Ladeleistung bei den High-Power Geräten nutzen zu können. Im Hinblick auf die Eingangsströme des Laders sind Eingangsspannungen in der Nähe der maximalen Eingangsspannung vorzuziehen.


Diskussion im RCN-Forum zu einer Eigenbau Stromversorgung