Hallo,

hier mal meine Lösung zum Thema Nabendynamo und Akku laden.
Der Nabendynamo ist schon ein hässliches Ding. Um richtig Power rauszubekommen braucht man eigentliche eine frequenzabhängige komplexe Last. Sehr schön findet sich das in

http://www.mikrocontroller.net/attachment/14850/BikeLight.pdf (im übrigen Ex-Kollegen von mir)

dargestellt. Mit resistiver Last geht es zwar auch, aber man bekommt den Hals halt nicht voll genug. Der Vorgänger des im nachfolgenden dargestellten Modells benutzte einen Buck-Boost LTC3780 der so beschaltet war das er seinen Eingangsstrom auf 500mA konstant hielt. Damit landet man auf der unteren Kurve:



Der Wirkungsgrad ist aber gerade im unteren Leistungsbereich nicht besonders. Außerdem mag es das Ding nicht wenn man mal anhält, weil ständig zwischen den Betriebsarten hin- und hergeschaltet wird. Und mehr als 36V mag der auch nicht am Eingang sehen. Also nicht so schön.

Deswegen hier eine Variante mit komplexer Leistungsanpassung nach russischer Methode:

Grafik Leistungsanpassung

Das Machwerk hat 12 Stufen wegen A277 (=UAA180) und f/U-Wandler LM2907, der kann auch gleich prima die Sharp SSR's ansteuern. Der Transformator sorgt dafür das der Strom auch in den Akku kommt, die ursprüngliche Primärwicklung von 230V wird nicht benutzt (kann aber während der Fahrt noch für den Elektrorasierer genutzt werden ), dafür kommt außen auf den offenen Ringkern eine neue Primärwicklung. Die Sekundärwicklung mit 30V arbeitet auf einen Schottkygleichrichter und damit auf den Akku. Dadurch ergibt sich schon bei niedriger Geschwindigkeit ein großer Stromflußwinkel.
Kurvenformen siehe hier:

Grafik Kurvenformen

So, was kommt den nun hinten raus:

Grafik Output Power

Also ziehmlich viel. Und hier mal der Wirkungsgrad:





Muß dazu bemerken: der Trafo hat natürlich nicht 100% Wirkungsgrad, 90% mit viel wünschen bei einem 50VA Ringkern und 12W Last. Das macht dann 096*090=0.864 also 86%.

Aber selbst so dürfte es für einen Buck-Boost-Konverter mit einem mppt-Algorithmus enge werden.

Nachteil ist: in die Sattelstütze paßt das nicht mehr...

so, nun viel Spaß, Crosser.

wer will kann von mir das File vom LTSpice haben und selber rechnen....

Wohl eher was für Spezialisten, finde es aber trotzdem sehr interessant und werde versuchen, noch etwas mehr davon zu verstehen.

MfG

Hallo,
schöne Kurven

Für den Radler allgemein halte ich aber sinnvoller, die Frage darzustellen:

Was bekomme ich raus, wenn ich eine Strecke mit der Länge X und der Geschwindigkeit Y fahre?

Zumindest ich fahre nicht jeden Tag 8h sondern eher eine bestimmte Strecke. Bei den Diagrammen von Jens hat sich gezeigt, dass schneller nicht unbedingt mehr Output liefert.

Hallo Mitforscher

das sieht von den Leistungsdaten her sehr gut aus, nur ganz langsam etwas dünn. Dein Lösungsansatz ist sehr gut, erfordert aber durch die niedrige Dynamofrequenz nen grossen Trafo. Insgesamt halt auch viele Teile (gross und/oder teuer). Nach meinen Versuchen würden es (deutlich) weniger Schaltstufen auf eine sehr ähnliche Leistung bringen.

Sind das Messdaten oder die Simulationsergebnisse?

Falls Messdaten- gibts ein Foto vom Lader?

Viele Grüsse von
Jens.

Die Größte hast Du übersehen, die ist das Wirkungsgraddiagramm.

Ja danke, war mir nicht bewußt. Hoffe das der Hoster die Bilder ne Weile vorhält.
Wie gesagt, wen es interessiert, der kann den ganzen Kram auch als Archiv von mir bekommen.

Ne der existiert so noch nicht, das ist der der absolut irre Versuch da maximum Bumms rauszubekommen. Unter Vernachlässigung aller ökonomischen Aspekte...
Wie gesagt was mit Schaltregler hatte ich und da hat man immer das Problem mit den hohen Eingangsspannungen und mit der konjugiert komplexen Anpassung, die nicht geht. Deswegen jetzt so. Ich bin auch noch nicht durch mit der Simu (wie gesagt wer's Modell haben will schreien). Aber so wie's ausschaut gibts dann einen Prototypen.
Irgendwann wird natürlich wer auftauchen mit einem gesteuerten Gleichrichter mit Aufwärtswandler, Zwischenkreis und phasengesteuerter Rückspeisung in den Dynamo mittels gesteuertem Wechselrichter aus dem Zwischenkreis um die Blindleistung pendeln zu lassen. Wahrscheinlich dann noch eine fette CPU drin. Und alles mit 95% Wirkungsgrad und 60V maximaler Spannung am Dynamo.
Dann ist das mit dem Trafo Geschichte...

so, mal Kaffee und dann Arbeiten...

Ja, sehe ich auch so- nicht so richtig serientauglich aber als Prototyp technisch interessant. Wird auf jeden Fall die mit Abstand komplexeste Eingangsstufe die je gebaut wurde und auf die Messdaten in der Praxis bin ich gespannt. Wenn so ein Dynamo so 100kHz hätte wäre das ein richtig guter Weg und halbwegs klein baubar- so wird wohl der Trafo viel Eisen brauchen damit die Verluste nicht zu hoch werden.

Bau mal auf- die 12 SSRs kann man ja notfalls hinterher einer Zweitverwertung zuführen

Viele Grüsse von
Jens.

Jo, die Idee hat ja was. Nur fürchte ich daß die 20Hz nicht so richtig gut über den Netztrafo kommen werden. Man könnte sich bei den Röhrenonkels einen wickeln lassen, aber die machen mehr mit M/E-Kernen.

schwanke noch zwischen SSRs und Relais, Relais wären besser für den Wirkungsgrad aber ich bin mir nicht sicher ob da nicht die Kontakte kleben...
Ich habe bis jetzt übrigens nicht geschafft den Transformator händisch zu berechnen, da sind ja alle Spulen mit allen verkoppelt, Reihenschaltung von gekoppelten Spulen ist eklig, die Werte am Trafo sind alle probiert, das ist richtig übel...
Interessant ist das die Resonanzfrequenz aus Dynamoinduktivität+Trafoinduktivität und Kondensator eine Konstante ist für alle Schaltstufen. Und im Leerlauf ohne Akku kommen hinten immer 30Veff raus, egal welche Schaltstufe. Da das die Spannung ist für die der Trafo gemacht ist denke ich das auch 230V rauskommen, aus der originalen Netzwicklung

beste Grüße, Christian.

ohne Ringkern wird das nix, da geht der Wirkungsgrad in die Knie...

guggst Du: http://www.dicks-website.eu/transformatortest/enindex.html

habe nicht umsonst so einen mit 50VA genommen...

Hallo Christian,

nimm Relais- wird erheblich preiswerter, höherer Wirkungsgrad und die Kontakte machen bei mir keinen Ärger- ist ja der gleiche Lastfall aus gemischt kapazitiver und induktiver Last. Kannst ja noch ne Spannungsbegrenzung über den Kontakten vorsehen um den Schaltfunken zu begrenzen (wir nehmen aktuell 100V).

Grüsse von
Jens.

Danke für den Bericht, dann werdens wohl Relais werden.
Ich habe jetzt mal weiter gerechnet. Unter 10km/h geht's gar nicht, weil es den Strom nicht durch die Dioden bekommt. Und über 37.5km/h steigt die Leistung erfreulicherweise weiter an, obwohl ich da die letzte Schaltstufe gelassen habe. neue Plots gibt es nachher.
Bei 50km/h kommen 17W raus. Die armen Akkus, Schnellader für's Fahrrad sozusagen.

naja, ich bau es dann mal..Christian.

Das klingt ja nicht dolle.
Schonmal mit Gepäck einen Pass raufgefahren? Da sind unter 10km/h nicht abwegig, auch über längere Zeit.
Eine Leistungsoptimierung jenseits von 35km/h scheint mir dagegen nicht allzu notwendig. Ist man nicht grade auf nem nackigen Rennrad (oder Liegerad oder sonstiges vollverkleidetes HPV) unterwegs, dann bewegt man sich idR nur kurzfristig in diesem Bereich (z.B. die 2-5 Minuten, wie man oben angedeutenten Pass wieder runter rast).
Als Diagramm wäre in der Tat die Darstellung "Ladung für 100km Strecke in Abhängigkeit der gefahrenen Geschwindigkeit" mal interessant.

hier die neuen Kurven
die erste Schaltstufe ist jetzt bei 10km/h, da der A277 im Punktbetrieb völlig duster wird wenn das Eingangssignal zu klein ist muß ich mit einem Transistor tricksen, daher sind es jetzt 13 Stufen und die letzte Stufe ist bei 40km/h, die bleibt bei höherer Geschwindigkeit eingeschaltet

http://hostpix.de/out.php?i=242388_Lader03.jpg
http://hostpix.de/out.php?i=242391_OutputPower03.jpg
http://hostpix.de/out.php?i=242392_Wirkungsgrad03.jpg

und hier mal Ladung als Funktion der Geschwindigkeit...

km/h Pout/W U/V I/A Ah (für eine Stunde konstante Geschwindigkeit)
2.5 1E-3 0.178 0.00562 0.00562
5 1E-3 1.870 0.05347 0.05347
7.5 0.708 9.67 0.07322 0.07322
10 2.99 10.12 0.29545 0.29545
12.5 4.48 10.29 0.43537 0.43537
15 5.84 10.38 0.56262 0.56262
17.5 6.78 10.44 0.64943 0.64943
20 7.61 10.46 0.72753 0.72753
22.5 8.39 10.5 0.79905 0.79905
25 9.22 10.51 0.87726 0.87726
27.5 9.92 10.54 0.94118 0.94118
30 10.47 10.54 0.99336 0.99336
32.5 11.17 10.57 1.05676 1.05676
35 12.07 10.58 1.14083 1.14083
37.5 12.93 10.66 1.21295 1.21295
40 13.57 10.83 1.253 1.253
42.5 14.52 10.9 1.33211 1.33211
45 15.45 10.98 1.4071 1.4071
47.5 16.38 11.05 1.48235 1.48235
50 16.7 11.07 1.50858 1.50858

(alles RMS-Werte)

oder so http://hostpix.de/out.php?i=242400_Daten.jpg

alles mit 9.6V Akku dran...

für Paßfahrten aufwärts wird's wohl ne mechanische Übersetzung brauchen, das ist nicht drin...

Die unterste Spule war zu klein, nun geht es bis 7.5km/h und liefert dort noch 2W, kostet aber am oberen Ende ein halbes Watt. Dafür ist aber jetzt der Abfall des Wirkungsgrades unter 15km/h weg und der Wirkungsgrad ist nochmal leicht angestiegen...er ist knapp davor größer als 1 zu werden :-D. Aber 0.95 ist ja auch ganz nett. Mit Trafo schaut das dann bestimmt anders aus. Naja, mal sehen was das Ding in real life macht.

Die Wirkungsgradkurven sind natürlich beeindruckend, schön wenn es so klappt.
Interessant wäre wie gesagt eine Grafik Ladung/Weg in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit.
Schau mal auf die von Jens erstellten Kurven zum Forumslader und anderen Ladern, dann weißt du was ich meine. Typischer Weise ist es ja eher so, dass die Etappenlänge vorher feststeht und entgegen aller Erwartung ist es meist nicht sinnvoll, diese besonders schnell zu fahren. Das ergibt zwar ne Höhere Ladeleistung, aber man ist eben auch schneller da und fertig mit Laden. Das Optimum liegt je nach Lader zwischen 10 und 30 km/h, mit sehr unterschiedlicher Charakteristik für Geschwindigkeiten dazwischen.

Aber nun lass ihn doch den Lader erstmal bauen- bei uns unterschied sich Theorie und Praxis teilweise recht deutlich.

Merke: Der Unterschied zwischen Theorie und Praxis ist in der Praxis deutlich höher als in der Theorie

Grüsse von
Jens.

Jemand fragte doch wegen der Verwendung als Signatur, hier wäre noch so ein Kandidat!
Sehr schön, Jens!
Mit besten Grüßen in die Lausitz! (war doch richtig oder?)
Konrad

Ich bin ja gespannt was dein Ringkern unter 50Hz so macht.