Son+akku+led

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Ich möchte hier mein neuestes Projekt vorstellen. Das Ziel ist es, für eine SON-betriebene LED (1 x 5W oder 2 x 3W) eine geeignete Akkupufferung zur Verfügung zu stellen.
Es gibt genügend Beispiele für Akkubetrieb und LED. Da ich es aber Leid war, immer wieder den Akku zum Laden ausbauen zu müssen, habe ich mir folgendes überlegt:

Die Wechselspannung des SON wird gleichgerichtet (Schottky-Brücke) und speist direkt einen zweizelligen LiIonen-Akku. Der wird geschützt durch einen MAX1665S (=der Typ für zwei Zellen). Betreibt man den MAX in seiner Standard-Beschaltung, werden die Drain-Source-Widerstände der FETs als Strommesswiderstände genutzt. Damit hat man laut Datenblatt eine Strombegrenzung beim Laden und Entladen. Mit passenen FETs plane ich eine Strombegrenzung bei rund 1A. Da der SON ohnehin weniger Strom liefert, ist der Ladefall schon mal abgehakt. Da ich auch das Rücklicht aus dem Akku speise, bin ich froh über jede Art von Strombegrenzung, da ja man nie weiß, wann welches Kabel dem Rahmen zu nahe kommt.

Die MAX-Schaltung ist damit sehr einfach: zwei 8-polige SMD-Chips, ein Tantal-Elko, fertig. Die Platine ist schon fast fertig zum Ätzen.

Die LED wird mit einem Stronregler betrieben, dessen Strom umschaltbar ist: 0,5 .. 0,7A für SON-Betrieb, 1A für Akkubetrieb. Das geht prima mit einem zweipoligen Umschalter mit Mittelstellung: eine Endstellung: SON mit 0,5 .. 0,7A, Mittelstellung aus, andere Enstellung: Akkubetrieb mit 1A.

Den Ladezustand des Akkus werde ich mit einem Akkuwächter im Auge behalten. Eventuell auch mit einem LM3914, mal sehen.

Im Normalbetrieb wird man zu 80% mit dem Strom des SON auskommen. Da der Akku ständig nachgeladen wird (wenn keine LED an ist), hat man immer einen ziemlich vollen Akku für lamgsame Bergauf-Stücke. Da wäre natürlich eine automatische Umschaltung praktisch, aber das wäre ein weiteres neues Projekt.

Wie ist eure Meinung dazu? Falls jemand noch einen MAX1665S übrig hat, wäre ich daran interessiert.

Gruß

Jürgen
 
Hallo Jürgen,

prinzipiell eine faszinierende Vorstellung am Fahrrad eine anständige Stromversorung zu haben.
Welchen Wirkungsgrad erwartest Du von Deiner Schaltung?
Einem Nabendynamo kann man bis zu 10 W entlocken, das ist aber nicht so einfach.

Gruß
Raymund
 
Hallo Raymund,

den LiIonen-Akku habe ich auch deshalb gewählt, weil sich damit eine 5W-LED mit Wirkungsgraden von 85..90% betreiben lassen. Mit Gleichrichter und 1000µ-Elko fließt im Mittel auch rund 0,6 bis 0,7A.

Der Li-Akku ist der Einzige, den man immer wieder nachladen kann. Das geht mit NiCd/NiMH eben auf Dauer nicht. Nur die Lebensdauer ist eben Li-typisch auf 2-3 Jahre beschränkt.

Gruß

Jürgen
 
Hallo Jürgen,

welche Schutzmechanismen siehst Du für die Akkus vor?
Ich kann mir schwerlich vorstellen, daß man einen Li-Ion Akku mit einem Dynamo zum Platzen bringen kann.

Was bewegt Dich dazu einen Akku zwischenzuschalten, technische Notwendigkeit, oder pure Lust am Basteln?
Konntest Du dich schon mal überwinden die LEDs ohne Elektronik am Dynamo zu betreiben? Mir als Maschinenbauer fällt das ja leichter, als einem Elektroniker.

Gruß
Raymund
 
raymund schrieb:
Hallo Jürgen,

welche Schutzmechanismen siehst Du für die Akkus vor?
Ich kann mir schwerlich vorstellen, daß man einen Li-Ion Akku mit einem Dynamo zum Platzen bringen kann.
Der MAX1665 bringt alles mit, was man braucht: Tiefentladeschutz, Überladeschutz und Strombegrenzung beim laden wir beim Entladen. Klar, ein SON bringt nicht die Leistung. Und wenn doch, der MAX würde dann abschalten. Dann würde der Strom zwar nicht genutzt, und die Spannung steigt dann gefährlich an, aber das wäre einfach zu begrenzen.
raymund schrieb:
Was bewegt Dich dazu einen Akku zwischenzuschalten, technische Notwendigkeit, oder pure Lust am Basteln?
Konntest Du dich schon mal überwinden die LEDs ohne Elektronik am Dynamo zu betreiben? Mir als Maschinenbauer fällt das ja leichter, als einem Elektroniker.

Gruß
Raymund
Ein Kollege ist nun rund ein Jahr mit einer 5W-LED gefahren, mit nur einem Gleichrichter, Elko und einer Mini-Strombegrenzung. Da er einige Bergauf-Stücke hat, bei denen auch die LED zu dunkel ist, kamen wir auf die Idee, für solche langsamen Wege einen Akku als Alternative zuzuschalten. Nur Akkubetrieb ist auch unpraktisch wegen dem Naachladen.
Mit dem LiIonen-Akku hätte man dann etwas, was man einbaut, und (fast) keine Wartung hat.
Ich rechne mit rund 200 mA Ladestrom, sodaß ein 2Ah-Akku rund 10 Stunden bräuchte, um vollgeladen zu werden. Das erscheint viel, aber wenn der Akku nur zu 10% der Fahrtzeit einspringen muss, bleibt ein ausreichender Puffer.

Gruß

Jürgem
 
JuergenH schrieb:
Ein Kollege ist nun rund ein Jahr mit einer 5W-LED gefahren, mit nur einem Gleichrichter, Elko und einer Mini-Strombegrenzung.

Hallo Jürgen,
kannst Du dazu näheres posten (Schaltplan, Dimensionierung)?
Danke,
Christoph

EDIT: Habe den entsprechenden Link gefunden. Alles klar!
 
Hallo an alle,

jetzt sollte ich mal über die Erfahrungen mit einer akkugestützten LED-Beleuchtung berichten:

Die Beleuchtung besteht aus zwei 3W-LED's in einem Raymundschen Doppelgehäuse, gespeist von einem SON-Nabendynamo mit Schottky-Gleichrichter und einem 1000µF-Elko. Zwei weitere Dioden speisen einen sechszelligen Akku, bestehend aus NiMH-Mignon-Zellen mit rund 2Ah.

Damit wird der Akku dauernd nachgeladen.

Mit einem Schalter mit Mittelstellung kann man zwischen Akku oder SON wählen.

Ergebnis: bei Betrieb nur mit SON: Licht ab Schrittgeschwindigkeit ohne Flackern, Licht mit Akku für mehr als drei Stunden, ist also fast nicht leerzukriegen.

Dass die Lampenanordnung prima Licht bringt, brauche ich wohl nicht nochmal zu beschreiben.

FAZIT: Das ist momentan das Optimum an Licht mit einem SON. Besonders die Akku-Unterstützung bei langsamen Strecken & beim Stand sind ein Plus an Sicherheit.

Gruß

Jürgen
 
Das klingt ja klasse ! Wer nicht nur abends fährt, kann davon ausgehen, den Akku tagsüber einigermaßen aufgeladen zu halten. Außerdem ließen sich an den Akku noch weitere Spielereien anschließen (Licht für den Tacho ? PDA ?).

Wäre es übrigens denkbar, eine Schaltung zu erfinden, die nicht ab einem bestimmten Wert vom Dynamo auf Akku umschaltet, sondern die Helligkeit der Lampe konstant hält ? Die müßte dann je nach Fahrgeschwindigkeit teilweise noch Strom aus dem Akku dazugeben ...

Gruß Oliver
 
Kleiner Tip:
Die Bratbeckschaltung (MAX) schützt den Akku nur vor Überspannung, jedoch nicht vor Überladung!!!
Bei dauerhafter Spannung über 4.2/8.4V wir der LiIon schnell hops gehen:(

Die Laderegelung würde ich eher über einen Low Drop Regler machen (auf 4.1/8.2V eingestellt)... Dann hält der Akku auch viele Jahre, wie bei mir!

Zur Regelung der Helligkeit/automatischen Umschaltung: Ein kleiner ATTiny wäre bestimmt gut geeignet, Microcontroller im SO8 Gehäuse (ca. 2Euro) mit allem drum und dran...
Ein bißchen Programmier und Elektonikkentnisse vorausgesetzt...

Der Nikolauzi
 
Hi,

ja, das klingt wirklich sehr interessant. Hängt der Akku über die Dioden auch am SON, wenn der "an" ist, also die Lichtanlage speist? Das würde doch einen ziemlichen Helligkeitsverlust bedeuten, oder?

Ich versuche mir das gerade vorzustellen...

Insgesamt drei Schalter:
S1 zwischen Son und LEDs
S2 zwischen Son und Akku
S3 zwischen Akku und LEDs

Drei Betriebsmodi:
S1 geschlossen, S2 und S3 offen: Normales Dynamolicht, Akku abgetrennt
S2 geschlossen, S1 und S3 offen: Fahren ohne Licht, Akku wird geladen
S3 geschlossen, S1 und S2 offen: Akkulicht, keine Last am Son, geringster Tretwiderstand

Trifft's das ungefähr?

Vielen Dank und Grüße,
Joey
 
Joey.deRosa schrieb:
Hi,

ja, das klingt wirklich sehr interessant. Hängt der Akku über die Dioden auch am SON, wenn der "an" ist, also die Lichtanlage speist? Das würde doch einen ziemlichen Helligkeitsverlust bedeuten, oder?

Nöö, im Gegenteil: der Akku ist zwar immer angeschlossen, und wird auch immer gespeist, aber der Akku ist durch die Dioden von der anderen Diodenbrücke entkoppelt.
Joey.deRosa schrieb:
Ich versuche mir das gerade vorzustellen...

Insgesamt drei Schalter:
S1 zwischen Son und LEDs
S2 zwischen Son und Akku
S3 zwischen Akku und LEDs

Drei Betriebsmodi:
S1 geschlossen, S2 und S3 offen: Normales Dynamolicht, Akku abgetrennt
S2 geschlossen, S1 und S3 offen: Fahren ohne Licht, Akku wird geladen
S3 geschlossen, S1 und S2 offen: Akkulicht, keine Last am Son, geringster Tretwiderstand

Trifft's das ungefähr?

Vielen Dank und Grüße,
Joey

Nein, dazu braucht man nur einen einzigen, winzigen Schalter mit einer Ebene und einer Mittelstellung: siehe angefügtes Schaltbild.

In Mittelstellung wird lediglich der Akku geladen. In der oberen Stellung ist der Akku der Energielieferant. Da der SON immer noch angeschlossen ist, wird er immer noch nachgeladen.
In der unteren Schalterstellung liefert der SON die Spannung, geglättet durch den Elko. Da an den rechten Anschlüssen ein Stromregler zwei 3W LED's speist, braucht man dafür den gesamten Strom des SON. Die Spannung wird auf rund 7,5V begrenzt. Daher bleibt nix mehr für den Akku übrig, er wird daher in diesem Fall nicht geladen.

Durch den Trick des ständigen Nachladens reicht der Akku entsprechend lange: mindestens 3 Stunden bei 2AH Mignon NiMH-Akkus.

Gruß

Jürgen
 

Anhänge

JuergenH schrieb:
Die Beleuchtung besteht aus zwei 3W-LED's in einem Raymundschen Doppelgehäuse, gespeist von einem SON-Nabendynamo mit Schottky-Gleichrichter und einem 1000µF-Elko. Zwei weitere Dioden speisen einen sechszelligen Akku, bestehend aus NiMH-Mignon-Zellen mit rund 2Ah.
Bist du jetzt von LiIon auf NimH umgestiegen?
mfg,
Micha
 
@Redmex & JuergenH:
mein Kommentar weiter oben ist ev. etwas untergegangen, deshalb nur zur Erinnerung:
Hier geht es ja um den Alltagseinsatz. Der MAX166x ist deshalb nur als eine Schutzschaltung zu gebrauchen, es muß(!) eine separate und möglichst präzise Ladespannungsbegrenzung eingefügt werden (z.B.4.1V), ansonsten ist der LiIon im Nu kaputt:(
Nicht vergessen:)

Der Nikolauzi
 
Was haltet ihr denn von dem MC 34063, ein Step-Down Regler mit Betriebsspannung von 3 - 40 V und zwei sense Eingängen: Maximaler Schaltstrom und Referenzspannung.
http://www.datasheetarchive.com/search.php?search=34063&sType=part
Ein Greinacher Spannungsverdoppler speist schon bei Schrittgeschwindigkeit 12 V ein, die dann vom 34063 in auf die einstellbare Akkuspannung konvertiert werden.

Über die Referenzspannungseingang wird die Ausgangsspannung über einen weiten Eingangsspannungsbereich konstant gehalten, der Schaltstrom enspricht etwas dem doppelten Ausgangsstrom. Damit liesse sich doch ein Laderegler aufbaun mit Überspannungsschutz und Strombegrenzung, der chip kostet grad mal 35 cent und steckt in vielen KFZ Spannungswandlern. Nur gegen das Tiefentladen müsste ein separater Schutz her, vielleicht Jürgens low loss stromregler ?

Die Plantinenzeichnungen zum Ätzen sind im Datenblatt schon enthalten... :-)) Ich hab die vorgeschlagenen Schaltungen erst malauf konstanten Ausgangsstrom modifiziert und bin davon ganz angetan
http://www.mtb-news.de/forum/showpost.php?p=1774337&postcount=26
 
RedmEx schrieb:
Ein Greinacher Spannungsverdoppler speist schon bei Schrittgeschwindigkeit 12 V ein, die dann vom 34063 in auf die einstellbare Akkuspannung konvertiert werden.
Schön, aber bricht die Spannung dann nicht zusammen, wenn du sie belastest? Was bringt denn ein Spannungsverdoppler, wenn er nur im leerlauf verdoppelt? Klärt mich bitte auf, interessiert mich wirklich.
Tschüss,
Micha
 
Nein, die Spannung bricht nicht zusammen, im Gegenteil, die ohmsche Last wird eben immer so eingestellt, dass sich die für die entsprechende Geschwindigkeit optimale Leistung ergibt. Und wenn du dir Tests anschaust von verschiedenen Dynamos
http://www.pilom.com/BicycleElectronics/Dynamo.htm
dann erreichten sie bei konstantem Widerstand schnell eine bestimmte Ausgangslesitung, die dann beibehalten wird, auch wenn du schneller fährst. Wird der Widerstand aber erhöht z.B durch Reihenschalten von LEDs so liefert der dynamo den nahezu gleichen Strom bei höherer Spannung und gibt dabei mehr Leistung ab. Der Step-Down Regler soll nun die ALst immer im optimalen Arbeitspunkt halten.
Die Spannungsverdopplung hat mit Leeerlauf nichts zu tun. Sie ist nur eine Variante der Gleichrichtung, die mit nur 2 Dioden gegenüber der Vollbrücke die Verluste halbiert (und auch den Strom) aber die LEDS schon beim Schieben leuchten lässt. Der Regler arbeitet bei 12 Volt Eingang schon akzeptabel und wird Richtung 24 V richtig effizient, bis dicht an 90% laut Datenblatt.
Bin gespannt, ob jemand ähnliche Erfahrungen macht.

RedmEx
 
Hee Leute,

zurück auf den Boden der Tatsachen!!!!!!!!!

Das mit dem Wirkungsgrad ist prima und honorig, aber, ich finde, das bringts nicht unbedingt. Was machen schon ein paar Prozent Wirkungsgrad aus, wenn ich Stunden an Fahrzeit OHNE Licht bei Helligkeit habe, um den Akku zu laden. Da schert mich eine Wirkungsgradverbesserung von ein paar Prozent überhaupt nicht.
Worauf es mir hier in diesem Thread ankommt:

- es ist möglich, einen Akku (2Ah) in vernünftiger Zeit aufzuladen. Er bringt eine Leuchtdauer von >> 3 Stunden an zwei 3W-LED's.

- es ist bei der vorgestellten Auslegung (sechs NiMH-Akkus oder zwei LiIonen-Akkus) und den zwei 3W-Luxeons möglich, sowohl die LED's mit einem SON zu betreiben, als auch mit dem Akku.

Mir kam es darauf an, einen Weg zu finden, der mich einerseits vom Akku unabhängig macht (hab ich ihn dabei, wie voll ist er...), andererseits wollte ich die 100%-Verfügbarkeit eines SON's nutzen zum Licht erzeugen UND ZUM NACHLADEN DES AKKUS. Das waren und sind meine Punkte.

Diskussionen über Wirkungsgrad müssten ja auch den Ladewirkungsgrad eines Akkus mit einschließen, der liegt so um 60 bis 80%.

Nicht zuletzt sind mir ein paar Prozent Helligkeitsgewinn durch eine Steigerung des Wirkungsgrads genau dann egal, wenn ich dafür eine zuverlässige und (fast) wartungsfreie Lichtanlage bekomme.

Ich fahre das ganze Jahr (auch die letzten Wochen bei dieser sibirischen Kälte) mit dem Bike zur Arbeit und bin auf eine vernünftige Beleuchtung angewiesen.

Gruß

Jürgen
 
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