24V, Spannungsausgleich, 12V-Spannungswandlung, etc.

Hallo,

also da muß ich etwas ausholen...

Beim ersten Problem "Spannungsausgleich" vermute ich, dass Sie zwei 12V-Akkus zu einem großen 24V-Akku in Reihe geschaltet haben, von denen einer regelmäßig defekt wird. Ich hoffe, dass ich hier richtig liege.

Durch die Reihenschaltung selbst passiert aber noch nichts, denn alle 12 oder 24V-Bleiakkus bestehen letztlich aus einer Reihenschaltung von mehreren 2V-Einzelzellen. Ob diese in einem, zwei, oder mehreren Gehäusen vorliegen, ist für die Funktion ohne Belang.

Das beschriebene Problem tritt aber immer dann auf, wenn man den so künstlich entstandenen 12V-Mittelabgriff (also die Verbindung beider 12V-Akkus miteinander, welche genau die Hälfte der Vordspannung führt) "missbräuchlich" nutzt, in dem man dort einen Strom entnimmt. Dann wird der an Minus angeschlossene Akku teilweise entladen, der an Plus angeschlossene aber nicht. Damit stört man die Balance der Akku-Reihenschaltung natürlich ganz erheblich.

Wenn man nun versucht, die beiden Akkus ( die nun unterschiedliche Ladezustände aufweisen) über eine einzige 24V-Ladespannung zu laden, kommt es zu Schwierigkeiten: Der (teilweise) entladene Akku nimmt einen recht hohen Ladestrom (bei niedriger Klemmenspannung) auf, während der zweite (voll geladene) Akku eigentlich überhaupt keinen Ladestrom benötigt, diesen durch die Reihenschaltung aber aufgezwungen bekommt. Die Folge ist, dass der volle Akku stark überladen wird, innerlich korrodiert und dadurch schnell unbrauchbar wird. Zudem wird wegen der starken Gasung des zweiten Akkus der Bereich um diesen durch austretendes Schwefelsäure-Aerosol geschädigt (Rost!). Oh oh, ganz schlecht...!

Was tun?

Lösungen:

• Optimal wäre natürlich eine saubere Trennung beider Netze (24V und 12V) durch zwei vollständig getrennte Lichtmaschinen, eine für jedes Netz. Dann stehen sofort die passenden Spannungen für jeden Akku zur Verfügung uhnd man kann sich sämtliche Kunstgriffe sparen. Nachteil: Man braucht Platz für eine zweite Lichtmaschine im Motorraum und die kostet natürlich auch Geld.
• Eine zweite Lösung wäre eine spezielle Relaisschaltung, die beim Start und während der Motor läuft die beiden Akkus in Reihe schaltet (24V), bei stehendem Motor aber beide Akkus parallel schaltet (12V). Das geht natürlich nur dann, wenn A) bei stehendem Motor keine 24V benötigt werden und B) bei laufendem keine 12V. Ansonsten ist das aber eine sehr elegante Methode, um sich die bisherigen Probleme nachhaltig vom Hals zu halten. Größtes Problem: Man benötigt sehr leistungsfähige "Öffner"-Relais (also Relais, die im Ruhezustand geschlossen sind und den vollen Anlasserstrom durchleiten können) und die gibt es leider nicht für kleines Geld. Zumindest habe ich bisher noch keine finden können. Bei der Bahntechnik findet man sowas, aber da läuft leider nichts unter EUR 300,- pro Relais...
• Daher läuft es meist darauf hinaus, dass man mit Gleichspannungswandlung (24V nach 12V) arbeitet. Hierbei muss man aber zwei Probleme im Auge behalten, nämlich einerseits, dass der Wandler es locker schafft, die 24V-Starterbatterien im Stand zu leeren und andererseits, dass die Leistung eines solchen Gleichspannungswandlers (DC/DC-Wandler) eine feste Grenze hat. Man bekommt diese Probleme aber in den Griff, indem man den Wandler z.B.über Zündungsplus oder Lichtmaschine-Klemme-"D+" steuert. Dann läuft er nur bei laufendem Motor und lädt einen nachgeschalteten 12V-Akku. Steht der Motor, findet auch keine Wandlung statt und alle 12V-Verbraucher entnehmen ihren Strom einzig einer externen 12V-Akku. Das klappt in der Praxis noch am besten.

Im Prinzip benötigt man also - wie unter Pos. 3. genannt - einen 24V -> 12V DC/DC-Wandler ausreichender Leistung, den man entweder über Zündungsplus versorgt, oder über D+ ansteuert. Dessen Ausgangsspannung sollte optimalerweise auch nicht 12V betragen, sondern wie bei einer normalen Lichtmaschine etwa 14V, damit ein 12V-Bleiakku darüber geladen werden kann. Das wäre dann so etwas wie meine MicroCharge Lade-Booster, nur dass hier eben 24V -> 12V-Wandler verbaut wären, statt 12V -> 12V-Wandlern. Kann ich Ihnen anbieten, überhaupt kein Problem. Stellt sich nur die Frage, wie hoch Ladestrom bzw. Ladeleistung sein müssen und das hängt wiederum davon ab, wie viel Energie innerhalb der Motorlaufzeit(!) in den 12V-Aku "umgepumpt" werden muss.

Zu Ihrem zweiten Problem:

Meine Saftschubse leistet maximal 50W. Man kann also Verbraucher bis zu einer Leistung von 50W (~4A) innerhalb des Bordnetzes direkt über die Zweitbatterie versorgen. Werden höhere Leistungen gefordert, wird der Starterbatterie die Differenz zwischen Saftschubsen-Maximalleistung und Aufnahmeleistung aller eingeschalteten Verbraucher entnommen und das so lange, wie mehr Strom verbraucht wird als die Saftschubse liefern kann. Sinkt der Verbraucherstrom unter die Saftschubsen-Maximalleistung, wird die zuvor der Starterbatterie entnommen Ladung wieder zurück in die Starterbatterie gespeist. Insofern spielt die maximale Stromaufnahme von Verbrauchern eigentlich keine so wichtige Rolle. Wichtig ist aber, dass die Zweitbatterie der Saftschubse über ausreichend Ladung verfügt um alle Lasten versorgen zu können. Eine normale Standheizung ist jedenfalls kein Problem, wenn man nicht gerade stundenlang heizt und nur minutenlang fährt.

Viele Grüße!

Tom

Bei älteren LKWs von Mercedes gab es in ein und derselben Baureihe - je nach Kundenwunsch - unterschiedliche Systeme.

1. Die normale 24V-Anlage, wie sie auch bei Nato-Kfz üblich ist.

2. Eine 12V-Anlage mit zwei Batterien und 24V Starter.
Solange nicht gestartet wurde, lagen beide Batterien parallel und wurden gemeinsam am 12V-Netz geladen.
Beim Anlassen wurden über ein recht üppiges Relais beide Batterien in Reihe geschaltet, und mit den dann zur Verfügung stehenden 24V der Starter versorgt.
Die restliche Bordelektrik war fest mit der "ersten" Batterie verbunden, und verblieb damit auch beim Starten auf 12V-Niveau.

Nachteil bei dieser Schaltung war, dass man ein Fahrzeug mit leerer Batterie nicht einfach überbrücken konnte. Entweder brauchte man zwei Hilfsbatterien und vier Kabel, oder man musste vor dem Start erst eine Weile warten, bis beide Batterien genug Ladung aufgenommen hatten, um den Starter durchzuziehen.

3. Eine normale 24V-Elektrik mit Anschlussmöglichkeit für einen 12V-Anhänger.
Bei diesen Fahrzeugen wurde die Spannung für die 12V AHK-Steckdose vom Mittelabgriff der Batterien bezogen und per Relais geschaltet.

Interessant war der Ladungsausgleich:
Ein Steuergerät ("Ladungsausgleichsrelais") schaltete bei laufendem Motor einen recht niederohmigen Widerstand über die zweite Batterie, und belastete sie damit, bis beide Batterien wieder die gleiche Spannung hatten.
So konnte man seine 12V-Verbraucher wie Radio, Kühlbox, Funkgerät usw. einfach zwischen den beiden Batterien anschließen, ohne sie dadurch zu schädigen.

Die eleganteste Lösung für den obigen Fall wäre in der Tat ein DC/DC-Wandler,
bei laufender Lichtmaschine an 24V gelegt wird, und seinerseits die 12V-Zusatzbatterie auflädt.

Hallo, ich bin stolzer Besitzer eines Wohnmobils Bj. 1984 mit einem Mitsubishi Canter Fahrwerk. Da es sich hier um einen LKW handelt hat er natürlich 24 Volt (2x12V zum Starten und 2 x 12V Verbraucher) an Bord. Leider musste ich nach und nach einige Einrichzungsgegenstände (Kühlschrank etc) erneuern und so eine Batterie (12V) anzapfen und so habe ich jetzt das Problem von der vollen und leeren Verbraucherbatterie wie Bernd 75 kw (die Starterbatterie wird getrennt und funktioniert einwandfrei).

Da es im Bootsbau noch viel 24 Volt gibt bin ich da in einem Forum auf einen Ladestromausgleichsregler gestoßen. Gibt es das tatsächlich? Das müsste doch dann die Lösung sein?!?!?! Keine Ahnung

Hier der Link http://www.boote-forum.de/showthread.php?t=68629 ziemlich unten ist von elliot

Würde mich über eine Aufklärung sehr freuen

Von einem "Ladestromausgleichsregler" hab ich zugegebenerweise noch nie etwas gehört. Man kann aber recht einfach etwas entsprechendes zusammenschalten. Beleuchten wir kurz das eigentlich Problem:

Wenn Verbraucher vom "Mittelabgriff" mit 12V versorgt werden, vermindert sich aufgrund der asymmetrischen Entladung der Ladezustand vom linken Akku gegenüber dem rechten. Werden später beide Akkus mit 24V geladen, wird der rechte Akku von erheblich mehr Ladestrom durchflossen, als er benötigt, weil der linke stärker entladene Akku den Gesamtladestrom aufgrund seiner geringeren Zellenspannung ansteigen lässt.

Dies lässt sich nur vermeiden, wenn der rechte Akku über einen Überladeschutz verfügt, eine Art "Balancer", wie er z.B. bei der Ladung von Lithium-Ionen-Akkus verwendet wird. Dieser Überladeschutz wird einfach direkt mit dem rechten Akku verbunden und leitet alle Ströme ab, die die Spannung des rechten Akkus über ein gesundes Maß hinaus ansteigen lassen würden. So bleibt der Gesamtladestrom gleich, aber der rechte Akku wird nicht überladen. Problem gelöst!

Neues Problem: Woher einen passenden Überladeschutz nehmen??

Ich hab zwar etwas entsprechendes im Programm (den MicroCharge-Überladeschutz), aber die nötige Belastbarkeit schafft der kleine Kasten nicht. Wenn man z.B. eine 24V/35A-Lichtmaschine hat, müssten im Extremfall auch die vollen 35A bei einer Spannung von 14,2V sicher in Wärme umgewandelt werden können. Die erforderliche Leistung beträgt dann rund 500W!! Da wird man vermutlich erst ein spezielles Gerät entwerfen müssen, daß dann über einen entsprechend riesigen Kühlkörper die halbe Lichtmaschinenleistung in Wärme verbrät und an die Umgebung ableitet. Machbar ist das aber.

Viele Grüße!

Thomas Rücker

Hallo Herr Rücker,

vielen Dank für die informative Antwort. Ich bin bei Hella fündig geworden, das ganze wird für Busse (HiFi Anlage etc.) und Einsatzfahrzeuge (Funk) verwendet. Bei einem anderen deutschen Hersteller heist das Teil Equalizer EQ24. Beginnen tun die Teile bei 1 A, was mir als nicht Fachmann mal wieder nix sagt, wie gross ich den Ladeausgleicher denn kaufen muss. Ich vermute aber das ich einfach meine Verbraucher ausrechnen (nachlesen) muss.

Ladeausgleichsgerät "Plus" 8A
Technische Daten:
Nennspannung: 24V
Ausgleichstrom: 8A
Ruhestrom: 15mA
Einschaltspannung: 27V
Ausschaltdifferenzspannung: 0,5V
Betriebstemperatur: -25 °C bis +65 °C
Verpolungsschutz und kurzschlussfest.
Schutzart: IP5K9K
Marke: Hella

Für Fahrzeuge mit 24V-Betriebsspannung
Das Ladeausgleichgerät ermittelt die Spannungen der beiden 12V-Batterien.
Sollte die masseseitige Batterie weniger Spannung aufweisen, sorgt das Ladeausgleichgerät
für einen Ausgleichsstrom.
Eine Leuchtdiode zeigt an, wann das Gerät arbeitet.
Es können somit 12V-Verbraucher an die masseseitige Batterie angeschlossen werden.
Die Auslegung des Ladeausgleichgerätes ist abhängig von der durchschnittlichen Stromentnahme
aller 12V-Verbraucher.
Bei einem herkömlichen Spannungswandler muss die Garäteauslegung der maximalen Stromentnahme
aller 12V-Verbraucher entsprechen.
Addieren Sie also die durchschnittliche Stromaufnahme
aller 12V-Verbraucher.
Der Anschluss erfolgt über 3 Leitungen: eine Leitung an 24V, eine an Masse und eine an den Mittelabgriff der Batterien.
Gewicht: 0.030

So und noch was neues für die Wohnmobil Gemeinde mit 2 Batterien

Hier die Antwort vom Vertrieb des Ladestromausgleicher Equaliser EQ24:
Sehr geehrter Herr Schönecker,<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /><o:p> </o:p>danke für Ihre Anfrage und Ihr Interesse an unseren Produkten.<o:p> </o:p>Unser EQ24 gleicht nur den Ladestrom (bei laufendem Motor, bzw. wenn die Batterien geladen werden) auf die 2 Batterien aus. In Ihrem Fall entladen Sie ja die Batterie ungleichmässig, während dem Entladen hat der EQ24 dann keine Funktion. Ein Einbau würde aber trotzdem Sinn machen, da die Batterien ja irgendwann wieder aufgeladen werden müssen und zwar so dass beide Batterien schnellstmöglich wieder auf den selben Stand kommen.<o:p> </o:p>Zu der Wirkungsweise des EQ24 habe ich Ihnen hier noch eine entsprechene Information des Herstellers angehängt.<o:p> </o:p>Falls Sie sich für den EQ24 entscheiden können Sie diesen für ca. 90 Euro bei Fa. Winkler unter der Winkler Art. Nr. 980 000 358 00 kaufen. </o:p>Wir hoffen Ihnen somit weitergeholfen zu haben und stehen bei weiteren Fragen jederzeit gerne zur Verfügung.

Tolle Sache! Oder? Ist für uns Womos mit sicherheit völlig ausreichend. Der EQ24 wird mit 1 Ampere angegeben, die von Hella haben 5 und 8 Ampere. Wenn ich also einen 60 Ah Batterie mit 1 A lade, dauert das rein theoredisch, wenn sie ganz leer ist 60 Stunden? und bei 5 A Ausgliech 12 Std.? Ist das so richtig?