Verbesserung der Saftschubse

  • Ich habe mittlerweile einiges hier im Forum durchgelesen.
    Dabei fielen mir ein paar Wünsche oder Anregungen von Fans/Benutzer immer
    wieder auf:



    - -
    Wärmebildung bzw -ableitung der Saftschubse (und
    deswegen: Montageort)



    - -
    Unter Umständen nervernes Schaltgeräuch der
    Saftschubse am Anfang der Ladephase (hin-und-herschalten)



    - -
    Zul. Max. Strom 50A (offiziell),



    - -
    Interesse nach stärkerer Version, speziell für
    Fahrzeuge mit Standheizung







    Tom: Ihrer Aussage nach arbeitet die Saftschubse mit einem
    Relais, welches auch das Stromlimitierende Bauteil ist. Warum arbeitet das
    Gerät denn nicht mit einem Mosfet als Trennschalter? Ich sehe darin nur
    Vorteile, und bis auf die stärkere Variante wären alle Probleme hiermit gelöst:



    - -
    Längere Lebensdauer / Betriebssicherheit



    - -
    Höherer Strom möglich, deshalb auch für viel
    grössere LiMas und Stützbatterien geeignet



    - -
    Geringere Wärmeentwicklung, die gleichzeitig
    viel besser abgeleitet werden könnte (Metallgehäuse / Kühlkörper)



    - -
    Kein Spannungsabfall im Vergleich zu
    Relaiskontakten.



    - -
    Keine Schaltgeräuche



    - -
    i.d.R. geringere Kosten im Vergleich zu
    Hochstromrelais





    Ich möchte jetzt ausdrücklich nicht als Besserwisser hier
    reinplatzen. Ich habe zwar einiges Grundwissen im Bereich analoge Elektronik/Elektrotechnik,
    beschäftige mich aber hauptsächlich mit Audioschaltungen. Ausserdem handelt es
    sich bei mir nur um ein Hobby, nicht um meinen Beruf.





    Bitte also diesen Beitrag nicht missverstehen, es soll nur
    zur Diskussion anregen, es ist NICHT meine Absicht ein bewährtes Produkt wie
    die Saftschubse zu kritisieren!
    Gruss
    Denis

  • Hallo,


    ganz im Gegenteil: Ich sehe das nicht als Besserwisserei, sondern als ernstzunehmende Verbesserungsvorschläge aus Kundensicht. Würde ich mich solchen Wünschen verschließen, wäre die Pleite absehbar. Leider sind die geäußerten Wünsche entweder aus Kostengründen nicht zu empfehlen, oder es sprechen handfeste technische Gründe dagegen. Ich möchte kurz erklären, was ich meine und warum:


    Der integrierte Gleichspannungswandler besitzt zwangsläufig einen Wirkungsgrad von weniger als 100%, in diesem Fall etwa 92%. Das ist schon ein bemerkenswert guter Wert, der nur durch unverhältnismäßig hohen Aufwand (z.B. MOSFET-Synchrongleichrichter) zu verbessern wäre. Also müssen bei Volllast etwa 5W Verlustleistung in Form von Wärme abgeführt werden. Zu diesem Zweck befindet sich innerhalb des Gehäuses ein recht großflächiger Kupferkühlkörper, der es ermöglicht, auch ohne direkten Kontakt zur Außenluft (Kostensenkung) die anfallende Wärme durch das Kunststoffgehäuse hindurch abzugeben. Ein externer Kühlkörper wie bei den Trenn-MOSFETs kostet inkl. Bearbeitung über 10,- Euro, die Montage der Leistungshalbleiter am Kühlkörper inkl. Anshluss an die Leiterplatte noch einmal wenigstens das Doppelte. Hinzu kommt, dass die Schaltregler-Taktfrequenz 120kHz beträgt, weshalb die Regler-Anschlüsse kurz sein müssen. Das spricht gegen die Montage des Schaltreglers am außenliegenden Kühlkörper und Verbindung mittels etwa 10cm langen Kabeln. Also bliebe nur, die zu Kühlenden Leistungshalbleiter auf der Leiterplatte zu belassen und statt der Verlagerung eine Wärmebrücke zum außenliegenden Kühlkörper zu verwenden. Das wäre in der Tat eine Möglichkeit. Supersimpel wäre die Verwendung eines etwas größeren Gehäuses, welches mit einem Lüfter ausgestattet wäre. Die Konkurrenz macht das teilweise so. Ich haue mir dabei immer auf die Schenkel, denn Trenn-MOSFETs und Saftschubsen werden in Kraftfahrzeuge eingebaut und da sind Lüfter nun wirklich das allerletzte, was der Kunde braucht. Statt dessen ist eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse (Wasser, Feuchtigkeit, Staub...) unbedingt erforderlich, andernfalls fallen die Geräte schon nach sehr kurzer Zeit aus.


    Über die gewünschte höhere Wandlerleistung schrieb ich schon im anderen Thread, dass die Leistung irgendwo herkommen muss. Die vorhersehbare Folge einer höheren Wandlerleistung wäre, dass riesige Stützbatterien benötigt würden, oder, falls der Verwender das nicht berücksichtigt, dier Stützbatterien durch hohen Ladungsdurchsatz sehr schnell verschleißen würden. So hatte ich mir das allerdings nicht gedacht, denn letztlich soll der Kunde ja einen Vorteil aus der Geldausgabe ziehen können und den sehe ich bei den andernfalls unvermeidlichen Stützakku-Problemen nicht mehr.


    Das Schaltgeräusch tritt nur dann auf, wenn die Spannung am Eingang der Saftschubse zum Zeitpunkt der Zuschaltung des Stützakkus unter 13,4V zusammenbricht. Das sollte aber unter normalen Umständen nicht passieren. Passiert es dennoch und dauert dieser Zustand länger an, ist entweder die Verkabelung zwischen Lichtmaschine und Saftschubse zu schwach ausgelegt (dünne Strippen, Spannungsabfall!), oder die Lichtmaschine selbst kann den hohen Anfangsladestrom des Stützakkus nicht aufbringen und lässt die Spannung zusammenbrechen. Auch am Stützakku angeschlossene zusätzliche Verbraucher, welche dort gleichzeitig beim Laden Strom abnehmen, verstärken dieses Problem oder führen erst dazu. Elektronisch wäre es nur durch völligen Verzicht auf das Schaltrelais zu lösen, was im Falle der Saftschubse aber einen besonders hohen Aufwand mit sich brächte, da sich der Preis des Gerätes dadurch locker verdoppeln (AUA) würde. Da der Umsatz der Saftschubsen bei einem Preis von mindestens 350,- Euro wohl gegen Null zurückgehen würde, lasse ich solche Experimente lieber bleiben und lebe mit den zweifellos vorhandenen Problemen.


    Allerdings soll in einer zukünftigen Version unbedingt ein deutlich stärkeres Schaltrelais verbaut werden. Blöd nur: Ich hab noch kein geeignetes finden können! Gesucht ist ein Relais zur Printmontage (Flachstecker gingen aber auch), dass einen Umschaltkontakt besitzt, der im aktiven Zustand mindestens 120A und im Ruhezustand mindestens 5A durchleiten kann. Falls jemand etwas derartiges findet, möge er sich bitte melden.


    Die Betriebssicherheit der ersten Version der Saftschubse war in der Tat zu gering. Die Standfestigkeitsprobleme wurden inzwischen aber gelöst. Da ich fehlerhafte Geräte auch noch viele Jahre nach Ablauf der gesetzlichen Sachmängelhaftungsfrist auf Kulanzbasis kostenlos instand setze und auf den neuesten Versionsstand bringe, beschränkt sich der Schaden des Kunden auf Aus- und Einbau.


    Ich hoffe, dass meine mehrfach geäußerten und mit Herstellungskosten begründeten Bedenken nicht zu übel aufstoßen, aber die Elektronik-Branmche ist leider eine derjenigen, wo der Preisdruck durch asiatische Hersteller extrem und brachial wirkt. Darum gibt's ja auch kaum noch Elektronikhersteller mit Fertigung in Deutschland und wenn doch, dann sitzen sie allesamt in sehr überschaubaren Nischen. Im Grunde müsste alles jedes Jahr um 5 - 10% billiger werden - bei steigenden Einkaufpreisen des Materials! Außer den Chinesen hat das aber noch keiner hinbekommen und wie die das machen, weiß ich ehrlich gesagt auch nicht. -|-


    Grüße, Tom

  • Das ist nicht genau das, was ich
    gemeint habe.





    Ein Wirkungsgrad von 92% ist in
    der Tat nicht verbesserungswürdig. Mit 5W Verlustleistung kann man gut leben.
    Dieser Status ist aber nur dann erreicht, wenn die Saftschubse im Betriebsmodus
    “Stützen” ist (also wenn der Motor nicht läuft) und dann der DC-DC wandler die
    Spannung anhöht, um die Starterbatterie zu stützen. In dem Fall läuft ja
    auch nur 5-6A über das Trennrelais. Das sollte wirklich kein Problem sein.





    Auch wollte ich nicht wieder auf
    die Wandlerleistung von 50W eingehen, sondern habe sie nur der Vollständigkeits
    halber aufgelistet, da es zum Thread past. Darüber hinaus haben Sie ja auch die
    Möglichkeit bestätigt, dass man sehr wohl 2 Saftschubsen parallelschalten kann,
    um die Leistung zu erhöhen. Damit ware dieser Punkt geklärt.





    Problematischer sehe ich die
    Relaibelastung in der Betriebsart “Motor Läuft, Stützbatterie wird zusammen mit
    der Starterbatterie geladen”. Dann fliesst nämlich richtig Strom über die
    Relaiskontakte (je nach Entladezustand der Stützbatterie).
    Ich dachte, es könnte
    sich lohnen anstelle des Relais ein Trennmosfet einzubauen, oder zumindest ein
    Solid-State-Relais. Würde das wirklich die Kosten dermassen nach oben treiben?
    Hochstromrelais sind ja wirklich nicht besonders günstig, Mosfets dagegen schon
    viel günstiger.





    Bei Verkaufspreisen von über 350 EUR stimme ich Ihnen 100%-ig zu, es ist
    besser ein Kompromiss einzugehen als eine perfekte, aber technisch unbezahlbare
    Lösung zu entwickeln, die niemand kaufen kann/will. Und wie Sie es ja sagen, es
    muss sich ja auch für den Kunden von Vorteil sein.



    Es wird Ihnen
    (hoffentlich !!) auch niemand übelnehmen, dass Sie mit Ihren Geräten
    schliesslich auch noch etwas verdienen wollen. Aber das Gegenteil würde mich
    noch nicht einmal wundern, da heutzutage jeder nach dem Super-billig-Schnäppchen
    Ausschau hält und deshalb alles schön billig oder gar kostenlos sein soll…





    Nun zu Ihrem Relais, können Sie
    mir per PM genauere technischen Angaben zusenden, die Sie für das Relais
    wollen? (auch Abmessungen, Ruhestromaufnahme, …).





    Gruss





    Denis



  • Zu der Parallelschaltung von zwei Saftschubsen kann ich nur sagen, dass das bisher noch nicht probiert wurde. Es kann funktionieren, kann aber auch überraschende Dreckeffekte geben. Bevor man das nicht in der Praxis hinreichend getestet hat, möchte ich eine Parallelschaltung nicht empfehlen. Außer als Experiment.


    Relaisdaten: Arbeitskontakt 120A, Ruhekontakt 5A, 12V-Spulenspannung, die Stromaufnahme der Spule darf bis ca. 200mA betragen. Abmessungen so, dass es ins Gehäuse passt, also maximale Höhe 28mm ohne Anschlusskontakte.


    Das teure am Trenn-MOSFET sind nicht die Transistoren, sondern der zwangsläufig notwendige Kühlkörper und insbesondere der Arbeitsaufwand, der zur Kontaktierung der Transistoren auf dem Kühlkörper mit der Leiterplatte und den Schraubanschlüssen nötig ist. Es liegt auf der Hand, dass man dafür bei 120A nicht gerade Klingeldraht verwenden kann. Schon mal zwei 16mm²-Strippen in so einem winzigen Plastikgehäuse untergebracht? Da müsste die Fertigungstechnik komplett umgestellt werden, aber dann treten sofort so hohe Kosten auf, dass man davon wenigstens tausend Stück jährlich umsetzen müsste, um diese Einmalkosten (hauptsächlich für Spritzgussformen) auf die Serie umzulegen. Aber um auf solche Stückzahlen zu kommen, muss der Preis ganz gewaltig runter. Mehr als 50,- bis 80,- Euro darf sowas kaum kosten, wenn man damit Wiederverkäufer begeistern will, ohne die man nie auf solche Stückzahlen käme. Man könnte natürlich auch ein externes Solid-State-Relais verwenden, aber wenn man sich dort die Preise anschaut, dann legt sich die Stirn erst recht in Falten und man fragt sich, wieso ich meine 300A-Trenn-MOSFETs (die ja im weitesten Sinne auch nichts anderes sind) so billig anbieten kann... ;( Also nochmal: Bei MOSFETs als Schalter im Bereich ab 50A sind nicht die Transistoren selbst die Kostentreiber, sondern die Kontaktierung zu leistungsfähigen Einheiten mit Schraubanschlüssen, die auch die anfallende Wärme gut ableiten. Denn das ist schon ziemlich tricky.


    Grüße, Tom

  • OK, überredet! Aus dieser Perspektive betrachtet haben Sie natürlich recht. (Wegen dem Relais melde ich mich nochmal)


    Zitat

    Zu der Parallelschaltung von zwei Saftschubsen kann ich nur sagen, dass das bisher noch nicht probiert wurde

    ...das hatte ich aber in einem Anderen Thread anders verstanden:




    Also, auf jeden Fall bin ich nun auch der Ansicht, das die Saftschubse ein gutes Kompromiss zwischen Preis/Leistung und technischer Ideallösung ist.


    Fazit: nächste Woche wird 1 Stk. bestellt, ich bin echt gespannt was das Teil in der Praxis bringt!


    gruss


    Denis

  • Noch eine paar Ideen zur Verbesserung der nächsten Saftschubsen-Generation:


    1) Anschlussmöglichkeit für externe LEDS (Monitor) damit man am Amaturenbrett den Zustand der Saftschubse erkennen kann


    2) Master/Slave-Modi zur Steureung anderer Microcharge-Geräte (Saftschubsen, Ladebooster, Trenn-Mosfets) durch eine Master-Saftschubse


    Gruss,


    Denis

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