Beskyttelse av generator ved ladning av lithium

[JRK]

Leker litt med tanken om det enkelt å lage en elektronisk sikring av generator/dynamo, når BMS kobler ifra lading til lithiumsbatteriet. Klarer man dette kan man jo kjøre lithium på alt i båten. batteriene finnes jo der, til både start og forbruk

 

Ser for meg en Zenerdiode på 15 V som aktiverer en Thyristor, som igjen kjører strømmen gjennom en effektmotstand til jord. Alt montert direkte på generatoren.

Er litt itvil om hvor stor effekt man trenger på effektmotstanden. Effekten den i værste fall skal brenne av er P= UxI =15V x150A=2250W. Men dette er el bare noen millisekunder, så hvilken effekt trenger man. Den på bildet er 0,1Ohm og 500W. Denne trenger jo bare å være stor nok for strømmen, ikke effekten med tanke på den kortvarige belasningen. Ulempen med løsningen er jo at når spenningen er på 14,4V så trenger man jo ett eller annet som slår av thyristoren, og da må jo strømmen brytes, om ikke kortsluttes jo batteribanken. Man kan kanskje bruke en spenningstyrt kontaktor, men da begynner løsningen å bli kostbar. Noen flinke elektronikkdesignere eller andre som har synspunkter

 

 

[ttyridal]

Load Dump in automotive systems

 

Regnestykket ditt er vel ikke helt riktig, tror jeg.  Alternator (i praksis en spole) motsetter seg endring av strømmen, så om du worst case lader med 150A, så vil den fortsette på pumpe ut 150A til regulatoren har fått områdd seg og systemet er kvitt den overskytende effekten (400ms ifølge link) - alt mens spenningen teoretisk går til uendelig.. 

 

Tror mao de motstandende der ryker rimelig kjapt. Sånn for sammenligning https://www.sparelys.no/500w-1r-motstand-dump-load

 

 

Tror det vil være enklere å få på en bedre regulator på alternator som gir seg før BMS'en når grensen.

Eller ha et blybatteri i kretsen - som lett absorberer pulsen :)

[Hulda]

Og da er vi tilbake til start?

[JRK]

ttyridal skrev 1 time siden:

Load Dump in automotive systems

 

Regnestykket ditt er vel ikke helt riktig, tror jeg.  Alternator (i praksis en spole) motsetter seg endring av strømmen, så om du worst case lader med 150A, så vil den fortsette på pumpe ut 150A til regulatoren har fått områdd seg og systemet er kvitt den overskytende effekten (400ms ifølge link) - alt mens spenningen teoretisk går til uendelig.. 

 

Tror mao de motstandende der ryker rimelig kjapt. Sånn for sammenligning https://www.sparelys.no/500w-1r-motstand-dump-load

 

 

Tror det vil være enklere å få på en bedre regulator på alternator som gir seg før BMS'en når grensen.

Eller ha et blybatteri i kretsen - som lett absorberer pulsen :)

Kan godt hende at dette er feil motstandstype. Men 1 ohm blir vel feil da vil det jo bare gå 15 A og da vil spenningen bygges opp til  langt over 15 V. Målet er jo å finne en verdi som kortslutter maks generatorstrøm tilstrekkelig til at spenningen ikke går over 15V, samt motstand der trådenn ikke brennes av. 

Jeg er jo også enig i at det beste vil jo være at generatoren håndterer dette selv. Etterhvert som lithium blir vanlig så kommer kanskje dette av seg selv.

Hulda skrev 52 minutter siden:

Og da er vi tilbake til start?

Trenger jo ikke å legge inn årene med en gang

[Brigg]

Mener å huske at en slik løsning ble beskrevet tidligere i en av de andre lithium-trådene. Dette var slik jeg forsto det hyllevare. Så kanskje ikke verdt å finne opp kruttet på nytt?
 

Dog, det er altid morro å finne løsninger på slike utfordringer. 

[Hulda]

Jeg mener at bl.a. Stirling har en slik sak for å beskytte diodebroen.

[Lucky Strike]

Sterling har sin APD, Alternator Protection Device. Enkel å sette inn. Da skulle man kanskje tro at problemet er løst. Men jeg har videre lest at disse enhetene er "selvofrende" (sacrificial). Jeg forstår det slik at det er begrenset hvor mange "spikes" de kan ta vare på. Har aldri sett noe tall. Det kan vel avhenge av hvor heftig spenningspulsen er.

 

For å redusere muligheten for at en BMS-feil eller et beskyttelsesavbrudd skal forårsake ødeleggelser, tror jeg det er smart å ha flere batteribanker med ditto BMS-er. Da kan en batteribank/BMS svikte uten slike problemer. Jeg har selv opplevd BMS-svikt og var da glad for 2 batteribanker.

 

 

 

 

[StorStas]

Artig tanke å gjøre noe DIY her, men tror ikke "dumpload koseptet" vil fungere så godt. Prinsippet med dumpload er at man skal "svi av" overskuddsenergien fra dynamoen. Da må man ha en dumpload som svelger minst det som dynamoen kan gi til enhver tid. Men når den gjør det så øker ikke spenningen, for strømmen brukes jo. Og som en følge av det igjen, fortsetter dynamoen å produsere mer strøm. Man får dermed en god varmeovn, som riktignok kan redde dynamoen for en stund, men den endelige redningen må ligge et annet sted.

 

Jeg sysler med tanken på å bruke s.k. superkondensatorer til dette formålet. Montert i serie, typisk 6 stk. for et 12V system, og så i parallell med batteriene. Blir som et batteri med svært lav kapasitet, men med veldig høy evne til å ta til seg strøm. Med rett størrelse vil de lett ta til seg noen hundre A, lenge nok til at regulatoren kan rekke å reagere.

 

Et eksempel her:

https://www.ebay.com/itm/145570009139

 

Nå ville jeg ikke nødvendigvis kjøpt disse på ebay/ali m.m., men bare for eksempelets skyld. Det man trenger, er noe som er kraftig nok til å ta til seg det som dynamoen kan gi, i la oss si et halv sekund. En 83F "kondensator-streng" som den på ebay, vil helt spesifikt (og litt teoretisk) kunne ta til seg 166A i et halvt sekund, og fremdeles være innafor 1V spennings-økning.

[Lucky Strike]

Har lite greie på slike kondensatorer. Kanskje det er en del flere som meg. Så vær tålmodig, jeg lurer på ting. Normalt sett, hvis kondensatorene er parallellkoblet med batteriene, så vil de vel stå der fulladet? Har de da samme kapasitet til plutselig å ta i mot strøm? Og videre, vil ikke disse kondensatorene i normalsituasjon "binde opp" massevis av ampere som man kunne tenke seg heller gikk til batterilading?

[Maika]

Er alt dette egentlig nødvendig?

Hvis man har et av disse LiFeYPO4 start-batteriene til Winston uten BMS som tåler opp til 16V, så skal eneste risiko være at batteriet sveller og blir ødelagt hvis dynamoen går bananas. Det er jo i så fall dumt, men har man et vanlig blybatteri, så skjer vel det samme?

[Dreamer]

Det er nesten 300 branner i fritidsbåter her i landet. En del av disse skyldes det elektriske anlegget. Jeg anbefaler å legge vekk alle "Reodor-Felgen-løsninger", og bruke kjent teknikk og godkjent utstyr. Vil du la familien ligge og sove i en båt hvor du er usikker på brannsikkerheten?

[Martin_]

Dette høres veldig risky ut. Hva skjer hvis tyristoren blir liggende i ledende / kortsluttet tilstand (ved f. eks feil på tyristor)? Da blir jo motstanden hvitglødende med stor sannsynlighet for brann. Ville aldri stolt på en slik løsning, risikerer jo å ta liv av folk... Da er vel Sterling sin APD en mye tryggere løsning.  

[JRK]

Artig at folk engasjerer seg. Tror nok at dette kan løses helt trygt, men det blir nok alt for dyrt. 

Antagelig er den billigste løsningen bare et ekstra blybatteri, kan jo være et slags nødlysbatteri eller..

Nytt prosjekt, noen som kan finne ut hvor lite et slikt batteri kan være, samtiidig sodet klarer å beskytte generator

[StorStas]

Lucky Strike skrev for 2 timer siden:

Har lite greie på slike kondensatorer. Kanskje det er en del flere som meg. Så vær tålmodig, jeg lurer på ting. Normalt sett, hvis kondensatorene er parallellkoblet med batteriene, så vil de vel stå der fulladet? Har de da samme kapasitet til plutselig å ta i mot strøm?

Kondensatorer vil alltid være klare for å ta imot høy strøm (så lenge man holder seg innafor spec. selvsagt). Dette i motsetning til vanlige batterier, som blir mer og mer "mettet" etter hvert som de fylles. Det er spenningen som avgjør hvor fulle de er, og en streng med 6 stk. kan regnes som full først ved rundt 16V. Og så høy spenning gir ikke de fleste "12V dynamoer", så man har gjerne en del å gå på.

 

Lucky Strike skrev for 2 timer siden:

Og videre, vil ikke disse kondensatorene i normalsituasjon "binde opp" massevis av ampere som man kunne tenke seg heller gikk til batterilading?

Nei, disse kondensatorene tar til seg svært lite energi i form av Ah. Derfor egner de seg sjelden som batteri, med unntak av de aller største kondensatorene, som det lages dedikerte startbatterier av. F.eks. Maxwell har noen sånne kondensator-batterier på menyen. Siden de tar til seg så lite Ah, legger de heller ikke beslag på verdifull kapasitet. Men de har til gjengjeld overlegen evne til å ta til seg (og avgi) mye strøm (A) på veldig kort tid, og det er det som kan komme til nytte her.

 

Jeg kjørte to år med en sånn ebay-kondensator i parallell med startbatteriet på dieselbilen. Ble merkbart bedre futt i starteren på vinteren da (batteriet var i utgangspunktet litt svakt). Den gangen kostet en sånn kondensator-streng 350kr og nytt batteri femgangeren av det, så økonomisk sett var det i hvertfall ingen dårlig løsning.

 

[StorStas]

JRK skrev 57 minutter siden:

Nytt prosjekt, noen som kan finne ut hvor lite et slikt batteri kan være, samtiidig sodet klarer å beskytte generator

Spent på om noen kan gi deg et godt svar, jeg kan ikke.  Annet enn at batteriet må vel være "sultent" nok til å "la seg lade" med noenlunde den strømmen som dynamoen har "i produksjon", om enn for en veldig kort tid. Alt evt. "overskudd" vil få spenningen til å stige, og da er det kanskje fort mer enn bare dynamoen som kan gå fløyten? Mye av elektronikken ombord hos meg skal ha maks 16V, og dynamoen tåler mer enn det. Rundt 60V hvis jeg har forstått rett. 

[Lucky Strike]

StorStas skrev for 9 timer siden:

Spent på om noen kan gi deg et godt svar, jeg kan ikke.  Annet enn at batteriet må vel være "sultent" nok til å "la seg lade" med noenlunde den strømmen som dynamoen har "i produksjon", om enn for en veldig kort tid. Alt evt. "overskudd" vil få spenningen til å stige, og da er det kanskje fort mer enn bare dynamoen som kan gå fløyten? Mye av elektronikken ombord hos meg skal ha maks 16V, og dynamoen tåler mer enn det. Rundt 60V hvis jeg har forstått rett. 

Man kan vel mene hva man vil om DIY løsninger, man lærer noe av å diskutere i alle fall. Og de fleste båter er fulle av DIY uansett, de færreste har proffer til alt.

 

Mht innlegget, jeg vet heller ikke løsningen. Men tenker motsatt. Batteriet må være fullt. Da er spenningen så høy at en vanlig "dum" alternator finner et spenningsnivå som gjør at ladestrømmen fortsatt holdes lav eller nesten null hvis hovedbatteri faller ut. Dette vil kunne være slik en stund, til man ved stopping av motor eller igangsetting av større forbruksenheter oppdager at noe er galt.

 

Hvis derimot det lille blybatteriet ikke er nær fullt, vil vel alternatoren presse på med mye strøm. Da kan det vel gå relativt fort til koking, siden slike små batterier ikke tåler veldig høye ladestrømmer, la oss si max ca 20A. Ødelegges blybatteriet, er beskyttelsen borte. Dermed vil et slikt lite batteri ikke duge for alle tilfeller.

 

?

[ttyridal]

9 hours ago, StorStas said:

Mye av elektronikken ombord hos meg skal ha maks 16V, og dynamoen tåler mer enn det. Rundt 60V hvis jeg har forstått rett

 

Hvis elektronikken din er kjøpt i butikk, til bruk i bil/båt  tipper jeg det går bra. Finnes designkrav og kjente løsninger for kunne motstå akkurat dette. :)   Alle de usb laderene kjøpt på aliExpress derimot 

 

Likte forslaget om super-kondensator bank. Det blir/er jo som et lite ekstra batteri som har akkurat de egenskapene man er ute etter i denne problemstillingen. Og som bonus får en litt ekstra futt (CCA) som du nevner.

 

Ellers, på forbrukersiden (f.eks en plotter) beskytter man seg somregel med TVS'er (en spessiell type diode for dette formålet), sikringer osv.  Men disse løsningene handler om å overleve load-dump situasjonen (ikke være det svakeste leddet) ikke fullstendig eliminere den, som vi snakker om her.

--Men om man skalerer det opp ?    Kanskje. 

 

JRK: Ville forsøkt meg med et spørsmål på electronics.stackexchange.com eller eevblog.com om du vil til bunns i dette :)

[ttyridal]

2 minutes ago, Lucky Strike said:

Mht innlegget, jeg vet heller ikke løsningen. Men tenker motsatt. Batteriet må være fullt. Da er spenningen så høy at en vanlig "dum" alternator finner et spenningsnivå som gjør at ladestrømmen fortsatt holdes lav eller nesten null hvis hovedbatteri faller ut. Dette vil kunne være slik en stund, til man ved stopping av motor eller igangsetting av større forbruksenheter oppdager at noe er galt.

 

Hovedbatteriet og "nød" batteriet henger jo sammen. de er for alle praktiske formål et batteri.

 

Hvis batteriet er fullt og alternator så vidt sildrer litt strøm ut på ledningsnettet så har vi jo ikke noe problem. Den lille humpen på spenningskurven som kommer da, når bms stenger av batteriet, tar systemet i båten seg lett av.

 

Det løser vel egentlig det opprinnelige problemet forresten, bms kobler ut fordi batteriet er fulladet.  There is no problem.

 

Men da er vi en ny og like spennende situasjon. et elektrisk system uten noe buffer (batteri). Så starter en stor strømforbruker (thruster f.eks). Alternator girer om og gir ut alt den makter. Og så slipper du knappen til thrusteren.

 

Ok, forhåpentligvis har bms'en da åpnet batteriet igjen, men ser ikke for meg at dette er en god situasjon.

[Lucky Strike]

ttyridal skrev 1 time siden:

Det løser vel egentlig det opprinnelige problemet forresten, bms kobler ut fordi batteriet er fulladet.  There is no problem.

BMS kobler vel ikke ut når batteriet er fulladet? BMS kobler ut for feil i systemet, det er ganske mange feilparametere som kobler den fra. Og kobler ikke inn igjen før feilen er borte. 

 

Enig i at batteriene blir et enkelt system. Jeg tenker fremdeles at situasjonen hvor det lille blybatteriet får 60-80A inn er den som diskvalifiserer dette konseptet.

[StorStas]

Lucky Strike skrev 1 time siden:

Man kan vel mene hva man vil om DIY løsninger, man lærer noe av å diskutere i alle fall. Og de fleste båter er fulle av DIY uansett, de færreste har proffer til alt.

Enig.  Uten spørsmål og svar så blir forumet fattig, og for min del er det en god kilde til kunnskap.  Så får det også være ok for meg at noen minner om at strøm skal behandles med respekt, selv en liten usb-kabel kan skape brann.  Det holdt på å skje hjemme hos oss for ikke veldig lenge siden, med en s.k. kvalitets-kabel av anerkjent merke, handlet i anerkjent norsk nettbutikk.

 

Lucky Strike skrev 1 time siden:

Mht innlegget, jeg vet heller ikke løsningen. Men tenker motsatt. Batteriet må være fullt. Da er spenningen så høy at en vanlig "dum" alternator finner et spenningsnivå som gjør at ladestrømmen fortsatt holdes lav eller nesten null hvis hovedbatteri faller ut. Dette vil kunne være slik en stund, til man ved stopping av motor eller igangsetting av større forbruksenheter oppdager at noe er galt.

...

I konteksten av å bruke et bly-batteri som "dump load", så handler det om å lede bort overskuddsenergi når det passer som dårligst, og ikke når batteriene er fulle.  Og det passer som dårligst når dynamoen produserer mye strøm.  Da vil ikke regulatoren se batteriene som fulle.  Hvis den gjør det så er det ikke noe problem, som ttyridal er inne på, men det er ikke scenariet her. 

 

Dynamoen omdanner bevegelses-energi til elektrisk energi, og regulatoren er "gasspedalen" i så måte.  Det gjør den ved å regulere feltstrømmen i dynamoen.  I enkleste form så passer regulatoren bare på at spenningen ut av dynamoen ikke blir for høy, og det er i det store og det hele en enten-eller ting.  Enten er spenningen for høy, eller så er den det ikke.  I "gamle" dager var det ikke uvanlig å bruke mekaniske reléer til å være denne gasspedalen, altså bare av- eller på. Men så kom MosFet's, PWM-styring m.m. og gjorde at det hele kunne styres elektronisk og mer sofistikert.  Og så kom ekstern sense, som flytter spennings-overvåkingen ut av dynamoen og nærmere batteriene, men uten å gjøre noe med konseptet for øvrig.  Jeg vil riktignok tro at dagens regulatorer "trapper ned" etter hvert som man nærmer seg den spenningen som dynamoen skal levere, og for Volvo Penta 115A dynamoen så er det 14.2V pluss/minus litt.

 

Det som er problemet i denne settingen, er tidsintervallet mellom bortfall av last, altså at en BMS kutter, til regulatoren oppfatter det og går av gasspedalen (stenger feltstrømmen).  I den perioden produserer dynamoen like mye energi som den gjorde før, men det er ingen der til å ta imot den energien.  Da stiger spenningen, og hvis ingen ting blir gjort, blir spenningen så høy at diodene ryker (> 60V).  Ref. lenken lenger opp så kan spenningen komme opp i nesten 100V i løpet av 10ms, om ingen tiltak er gjort.  Et fullt bly-batteri er ikke bedre i stand til å ta imot denne energien enn et halvfullt, det er tvert om.  

 

Nå tappes jo gjerne ikke startbatterier så mye heller, så det kan godt være at det er ladet opp igjen når problemet inntreffer, og da er jo spørsmålet om batteriet kan ta imot den overskuddsenergien eller ikke.  Gjengs oppfatning er at det går bra, og det kan godt hende, men det er jo det vi lurer på i denne tråden, tror jeg :)

 

ttyridal skrev 1 time siden:

Men da er vi en ny og like spennende situasjon. et elektrisk system uten noe buffer (batteri). Så starter en stor strømforbruker (thruster f.eks). Alternator girer om og gir ut alt den makter. Og så slipper du knappen til thrusteren.

Sikkert en "edge case" dette, men interessant problemstilling, om man driver thrusterne fra en lithium forbruksbank.  Man kommer i havn for motor, har ikke oppdaget at BMS har koblet ut fordi dynamoen leverer strømmen som trengs, og så begynner man å bruke thruster.  Da er det nok å håpe at BMS kobler inn igjen før man slipper spaken ja.

[TwisT]

Hvorfor er man så redd BMS skal kutte strømmen inn på batteriet? Det skjer jo ikke om alt er normalt. Og er noe unormalt bør det rettes.

[ttyridal]

43 minutes ago, StorStas said:

men det er ikke scenariet her

[fulle batterier]
 

Er det ikke? Lurer på om vi spant avgårde 😂. Så på første post en gang til:

On 3/11/2025 at 12:38 PM, JRK said:

Leker litt med tanken om det enkelt å lage en elektronisk sikring av generator/dynamo, når BMS kobler ifra lading til lithiumsbatteriet.

Jeg tenker/forstår fullt batteri.

For stor ladestrøm må man vel håpe anlegget er tilpasset til å unngå..

Men temperatur er kanskje en vel så relevant case?  Og ledningsbrudd kan jo alltid skje. Så da fortsetter vi drodlingen på å løse dump load 

 

 

19 minutes ago, TwisT said:

Hvorfor er man så redd BMS skal kutte strømmen inn på batteriet? Det skjer jo ikke om alt er normalt. Og er noe unormalt bør det rettes.

 

Tiltredes!

Tror opphavet er en tanke om at BMS'en kobler ut batteriet når det er fullt fordi trickle-charge av lithium ikke er gunstig. Realiteten er vel at BMS bare kobler ut på høy/lav spenning så, så lenge regulator er tilpasset lithium burde det ikke være noe problem.

[Lucky Strike]

TwisT skrev 33 minutter siden:

Hvorfor er man så redd BMS skal kutte strømmen inn på batteriet? Det skjer jo ikke om alt er normalt. Og er noe unormalt bør det rettes.

Denne utkoblingen er grunnlaget for hele diskusjonen. Det er helt reelt at BMS kan koble fra strøm inn/ut, og at det kommer som en overraskelse. Bare se på beskyttelsesparameterene  til en BMS, det er mange. Feil spenning, temperatur, celledrift.... Det er såpass reelt at de fleste tar en eller annen form for forholdsregel.

[TwisT]

 .

Sitat

Feil spenning, temperatur, celledrift.... Det er såpass reelt at de fleste tar en eller annen form for forholdsregel

Ser den, men hva koster en dynamo, og hva koster alle eventuelle sikkerhets arrangement for å beskytte dynamoen?

[Lucky Strike]

StorStas skrev 1 time siden:

Det som er problemet i denne settingen, er tidsintervallet mellom bortfall av last, altså at en BMS kutter, til regulatoren oppfatter det og går av gasspedalen (stenger feltstrømmen).

OK, jeg lærer noe her. Hvis dette er det største problemet, virker kondensatorkonseptet som lovende?