Warngerät gegen Tiefentladung von Windenakkus

Um nach einer Saison oder gar früher einen Akkuwechsel zu vermeiden, ist ein Warngerät gegen Tiefentladungen von Windenakkus eine sinnvolle Möglichkeit dieses zu verhindern. Da eine Tiefentladung eine der negativen, schädlichen Eigenschaften für einen Bleiakku ist. Er reagiert darauf mit einem irreparablen, immer größer werdenden Ri und einer Verringerung seiner Kapazität.

Wirkungsweise: Da sich mit der Entladung die Säuredichte verändert, was wiederum den Ri der Batterie vergrößert, wird der größere Spannungseinbruch vom Gerät erkannt und signalisiert ihn.
Verwendet habe ich wie bereits bei meinem Modellsucher einen Pieco mit gesamter Elektronik und Gehäuse eines Einbruchwarngerätes.

Zum besseren Verständnis von Bleiakkus und deren Verhalten und Eigenschaften, kann die in eine etwas tiefer gehende Theorie auf dieser Seite beitragen: http://de.wikipedia.org/wiki/Akkumulator

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Die Wirkungsweise des Gerätes beruht im wesentlichen auf der inneren Widerstandsänderung des Akkuns und des daraus resultierenden Spannungsabfall.
Da sich mit der Entladung die Säuredichte verändert, was wiederum den Ri der Batterie vergrößert, wird der größere Spannungseinbruch vom Gerät gemessen und signalisiert.

Vor Jahren wurde die Säuredichte mit einem Aräometer
 
(Gewicht/Volumen) gemessen. was eine sehr genaue Aussage des Ladezustandes erbringt, dieses wird heute durch die praktizierten Messmöglichkeiten kaum noch gemacht.

Dieses vorab.
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hier das Schaltbild:

Wieder einmal habe ich, wie in vielen meiner entwickelten Schaltungen das ICL 7665 verwendet. Es hat eine interne Referenzspannung und ist somit weitestgehend Temperatur- und Spannungsstabil.
Der Spannungsteiler für die Eingänge des IC`s ist mit drei Festwiderständen gemacht, zur Einstellung habe ich einem Spindeltrimmer verwendete.

Als akustischen Kontroller wurde ein Piezo mit seiner vorhandenen Elektronik aus einem Fenster- und Türen- Alarmgeber (cá 2EURO im Baumarkt) verwendet. Siehe auch hier unter Nachtrag. Dieser soll den möglichen Weiterbetrieb der Winde durch einen lauten Sirenenton verhindern.
Ist der Warnton zu laut, kann dem mit einem Vorwiderstand von 47 ... 470 Ohm wie im SB eingezeichnet, abgeholfen werden. Die Piezoansteuerelektronik muss aber dann mit einem Elko abgeblockt werden. Im SB 10uF.  Die beiden 1N 4148 Dioden dienen als Verpolungsschutz. Gleichzeitig wird bei der einen die Elektronik für die Kontrollsignale vor Spannungsspitzen geschützt, indem der 10uF Elko die Glättung vornimmt. Den eingebauten Schalter habe ich verwendet und dem SB entsprechend verdrahtet. Der Reedkontakt in der Piecoelektronik kann verbleiben. Ich habe ihn ausgebaut und kann ihn eventuell in einer anderen Schaltung mit dem Magneten des Alarmgebers verwenden.

Die Kontrolle findet in 2 Stufen statt.

Wobei in der ersten, optischen Stufe, die LED als Vorwarnung (je nach Einstellung) bei  10,5 ... 11 V erlischt. Was bei einer Belastung der Winde noch keine Tiefentladung signalisiert. Wohl aber, dass der Akku sich der Entladung nähert.

Die zweite, schon kritische Stufe signalisiert akustisch mit dem Piezo die erreichten (je nach Einstellung) 10 ... 10,3 V (R=1k) bzw die Vorwarnung 10 ... 10,5 V (R=1,2k), die je nach Einstellung und Wahl der Widerstandswerte, die Entladung signalisiert.

Meine Empfehlenswerte zur Einstellungsdifferenz, von der ersten zur zweiten Stufe beträgt 0.5 V.  Dann wäre der Widerstand zwischen den beiden Eingängen des ICL 7665  1,2k.
Bei einer weiteren Betätigung der Winde unter Last, mit erfolgtem Signalton, kann der Akku einen Schaden nehmen. Um dieses zu vermeiden, sollte ein Akkuwechsel oder eine baldigste Aufladung erfolgen. Auf keinen Fall erst z. B. nach einer Woche, wenn wieder die Winde gebraucht wird!
Dann erfolgt durch die 0,3% /Tag stattfindende Selbstentladung eine Tiefentladung!
Die geringe Belastung, wie z. B. das Aufwickeln der Leine, kann aber bedenkenlos gemacht werden.
Da der Autoakku, wie bereits erwähnt, eine relativ große Selbstentladung hat, sollte bei längeren Lagerungen nach einigen Monaten eine geregelte Aufladung erfolgen. Die Selbstentladung  beträgt etwa 100% / Jahr. Das sind etwa  0,3% / Tag.

Es wird deshalb ein leerer Akku allein durch das Lagern bis zum nächsten Wochende geschädigt, wenn er erst dann wieder gebraucht und geladen wird!

Die Einstellung des Gerätes wird am Besten an einem regelbaren Netzgerät gemacht, indem das akustische Signal bei 10 V (oder etwas höher ...10,4V) einsetzt.

Grundlagen in der E.-Technik sind dabei vorteilhaft, besonders um den passenden Signalpunkt "Akku leer" einzustellen. Als Hilfe kann der Kaltstrom zu Hilfe genommen werden, der bei einer Batterie besagt, dass die Spannung auf 10 V absinkt. Also wäre der Ri nach dem ohmschen Gesetz  2V / 700A = 2,86mOhm bei einem intakten, geladenen Akku. Da die Winde aber nur z. B.  350A bei Volllast aufnimmt, wäre der Akku beim erreichen der Klemmspannung von 10V entladen.


  Auch besteht ein wesentlicher Aspekt bei der Ladung einer Autobatterie:
Es soll die Ladeschlussspannung  einer Anlasserbatterien bei 14,2 bis maximal 14,4 V liegen.
Bei den BleiGel - Batterien liegt sie bei 13,8 ... 13,9 V.
Da die BleiGel-Batterien aber bis zu einem 3fachen Anschaffungspreis haben und schwerer sind, kommen sie kaum als Windenakkus in Frage.


Bei längeren Ladungen mit einer höher eingestellten Ladeschlußspannung,  tritt ein Gasen im Ladeendbereich auf. Deshalb ist es besser die Ladeschlußspannung auf 14,3 V ein zu stelllen.
Weil sonst eine  (wenn auch minimale) Elektrolyse stattfindet. die zu der Gasung führt. Es findet dann die Spaltung des Wassers im Elektrolyten statt, der dies in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Diese Gase ergeben das bekannte Knallgas und es besteht Explosionsgefahr.
Der Grund wiederum liegt darin, dass im Ladeendbereich keine elektrochemische Umwandlung der Platten mehr stattfindet und die weiterhin zugeführte elektrische Energie zu dieser Elektrolyse führt.
Danach  muss meistens destilliertes Wasser nachgefüllt werden, da sonst die nicht mehr im Elektrolyten stehenden Plattenteile die Kapazität verkleinern und auch die Platten zerstören. 

Man erkennt, dass eine gewisse Komplexität für die Messung und Bestimmung des Entladepunktes bei einem Bleiakku besteht. Zumal sich der Ri, wie auch die Kapazität mit der Gesamtbetriebszeit und Alter ständig negativ verändert ( Lade- Entladezyklen und Lagerzeit). 

 Ebenfalls entsteht eine schnellere Alterung durch unsere Zweckentfremdung der Windenakkus. Es sind die am laufenden Band stattfindenden Hochstarts ohne sofortige Nachladung. Da  für eine PKW konzipierte Batterie hierbei nicht die im PKW erforderliche ständige Zwischenladung, Aufladung bekommt. Dieses kommt schon einer Vergewaltigung nahe.

Fazit:
Eine rechtzeitige Unterbrechung der Entladung, und möglichst baldige Wiederaufladung trägt zu einer längeren Lebenszeit bei
wobei dieser Akkukontroller beitragen soll.


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Die Elektronik ist im Batteriefach des Alarmgerätes platziert, musste aber einiges mit Seitenschneider und Skalpell aus dem Gehäuse heraustrennen.
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1 =  Innenseite oben mit Pieco und LED,    1a = Innenseite unten mit Piecoelektronik..   2 = Außenseite oben,   2a = Außenseite unten.  
3 =  Akkukontrollerelektronik von oben mit IC,  Elko und Spindeltrimmer,  3a = Akkukontrollerelektronik von unten mit Widerständen für Spg-Teiler und Diode.
4 =  Akkukontroller fertig zum Anbau an die Winde oder Akku mit Anschlusskabel (wegen der Flexibilität und mech. Festigkeit 2 adrige Diodenleitung),
4a = mit offenem Anschlussdeckel. Zur Justierung des  z. B. 10V Warnpunktes, ist im Gehäuse und Deckel, passend ein 4mm Loch eingebracht.
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hier eine praktische Anwendung
Angebaut an der Steuerelektronik meiner Winde.  Siehe
hier.

im Dez. 2009  Hg

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Nachtrag Jan. 2010.   Diejenigen, die gern etwas Elektronisches selbst bauen und basteln.


hier 2 Schaltungsvorschläge mit dem 4fach OPAMP LM 324    

Hierbei erlöschen in Reihenfolge die LED 1 bis LED 4 in der ersten Schaltung und in der zweiten anstatt dem Erlöschen der LED 4, wird ein Piezoalarmgeber eingeschaltet. Die Zenerdiode ZN404 hat zu einer herkömmlichen eine sehr stabile Zenerspannung, auch bei Temperatut- und Stromänderungen. So kann sie auch in einem weitaus geringeren Strom betrieben werden, Hat aber einen negativen, etwas höheren Preis als die im allgemeinen verwendeten Zenerdioden.
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