PARALLEL- LADEREGLER PLR-8 - Brückmann Elektronik Davos

BRÜCKMANN ELEKTRONIK
Energie- und Regelungstechnik Bahnhofstasse 17
Alternative Stromversorgungen
CH-7260 Davos Dorf
Beratung - Projektierung - Ausführung - Reparaturen Tel/Fax 081 416 28 80
Elektronik-Entwicklungen - Prototypenbau
brueckmannelektronik@bluewin.ch
www.brueckmann-el.ch
CHE-106.590.428 MWST
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PARALLEL-
LADEREGLER
PLR-8
Eigenschaften
- universell einsetzbar für die Ladung von Bleibatterien mit Wasser-, Wind- und Solargeneratoren
- entweder als kurzschliessender Shuntregler oder mit Überlastwiderständen verwendbar
- mit Jumper einstellbar für 12V- und 24V-Batterien (andere Spannungen auf Anfrage)
- maximaler Solargenerator-Nennstrom: 10A, maximaler Ableitstrom durch Überschusslast: 15A
- Pulsbreitenmodulation mit typ. < 300Hz Taktfrequenz (konstante Rippelspannung)
- durch langsame, gerundete Schaltflanken (du/dt < 2V/μs) praktisch keine Störstrahlung
- Ladespannung direkt in V/Zelle einstellbar
- keine gefährlichen Ausgangsspannungen bei Batterie-Unterbruch
- mehrere Regler können zur Leistungssteigerung parallel betrieben werden
- für Schrankeinbau, auf DIN-Schiene aufschnappbar, Anschluss über Feder-Printklemmen
- einfache und robuste Analogtechnik
Technische Daten
Nennspannungen
max. zul. Eingangsspannung
max. Solargenerator-Nennstrom
Absicherung
Überschusslastwiderstand
Lade-Endspannung
Taktfrequenz
Eigenverbrauch ab Batterie
Anschlüsse
Abmessungen
12V / 24V DC, mit Jumper umsteckbar
(andere Spannungen auf Anfrage möglich)
50V
10A (bis 16A bei extremer Einstrahlung zulässig)
max. 16A gegen Batterie, dient auch als Verpolungsschutz
≥ 1.0Ω ( 12V) bzw. ≥ 2.0Ω (24V)
Zellenspannung einstellbar von 2,1 - 2,5 V/Zelle
mit Trimmer auf Reglerplatine
variabel, typisch < 300Hz, max. ca. 400Hz (schlechte Batterie)
< 0.4 mA (Batteriespannung < Ladespannung)
Federzug-Printklemmen 2.5mm²
B x H x T = 80 x 100 x 35mm mit Montageclip
für DIN 35mm Tragschiene

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Prinzipschema
Funktionsprinzip
Der Laderegler sorgt dafür, dass die Batterie vom Generator nur soviel Strom erhält, dass diese
zwar vollgeladen, aber nicht überladen wird. Ist die Batterie nur teilweise geladen, so ist der Lade-

egler noch nicht aktiv und der ganze Generatorstrom fliesst in die Batterie. Nähert sich die Batterie
der Volladung, so steigt die Batteriespannung an, bis sie die vom Laderegler vorgegebene
Grenze erreicht. Der Laderegler beginnt nun, durch Takten des Schalttransistors gerade soviel
Strom von der Ladung abzuzweigen, dass exakt die gewünschte Ladespannung eingehalten wird.
Eine gelbe Leuchtdiode auf dem Laderegler zeigt an, wenn der Schalttransistor eingeschaltet ist.
Je heller sie leuchtet, desto mehr reduziert der Laderegler den Ladestrom.
Die Schaltung des Reglers ist so ausgelegt, dass man auf zwei verschiedene Arten den Ladestrom
ableiten kann (siehe Prinzipschema):
Schaltung A ist geeignet für alle Generatoren, welche man problemlos kurzschliessen darf, also
für Solargeneratoren und gewisse Windgeneratoren (welche dabei abgebremst werden). Der Vorteil
dieser Schaltung ist, dass keine Überschusslastwiderstände benötigt werden.
Schaltung B ist für alle übrigen Generatoren geeignet, vor allem für Wasserturbinen. Der Generator
muss dabei so beschaffen sein, dass bei anliegender Batteriespannung kein nennenswerter
Rückstrom fliessen kann. Ein Alternator mit eingebautem Gleichrichter erfüllt diese Bedingung,
nicht jedoch ein Gleichstromgenerator mit Bürsten. Dieser benötigt eine zusätzliche Diode, um
einen Motorbetrieb zu vermeiden.
Grundsätzlich können auch Solargeneratoren mit Schaltung B betrieben werden (wenn z.B. die
Überschussenergie zum Heizen verwendet werden soll). Der Dunkel-Rückstrom ist dabei in der
Regel so klein, dass er vernachlässigt werden kann. Dies gilt jedoch nicht für Solargeneratoren,
die für längere Zeit völlig abgedeckt sind, z.B. durch Schnee. In diesem Fall muss Schaltung A
verwendet werden, bei welcher durch die reglerinterne Diode der Rückstrom unterbunden wird.
Alternativ kann auch eine zusätzliche Rückstrom-Diode in den Generatorkreis eingefügt werden.
Batteriekapazität
Damit die Rippelspannung an der Batterie im vernünftigen Rahmen bleibt, sollte die Batteriekapazität
mindestens 10Ah pro A Generator-Nennstrom betragen, also z.B. mindestens 100Ah bei
einem Generator-Nennstrom von 10A. Dieses Verhältnis hat sich in grösseren Solaranlagen in
Bezug auf die Batteriebelastung als wirtschaftlich herausgestellt, vorausgesetzt, der durchschnittliche
Tages-Stromertrag der Solargeneratoren liegt über dem 1.5-fachen des durchschnittlichen
Tagesverbrauchs. Dieser Ertragsüberschuss ist für die Batterielebensdauer sehr
wichtig, da sie nur so immer wieder richtig vollgeladen wird. Für typische solare Beleuchtungsanlagen
hat sich ein Verhältnis von 20Ah pro A Nenn-Ladestrom als optimal erwiesen. Eine noch grössere
Batteriekapazität kann je nach Anwendung sinnvoll sein, 50Ah pro A sollten jedoch nicht
überschritten werden, da sonst bei zunehmendem Alter der Batterie der Solargenerator kaum
noch die Batterieverluste decken kann.
Überschusslast
Die Überschusslast muss so dimensioniert sein, dass sie den grösstmöglichen Generatorstrom
ableiten kann, ohne dass dabei die Ladespannungsgrenze überschritten wird. Als Dimensionierungsrichtlinie
gilt dabei: Bei Nennspannung (24V, 12V) muss der Widerstand den bei Ladespannung
(28V, 14V) zu erwartenden Generatorstrom ableiten. Somit ist eine gewisse Sicherheitsreserve
eingebaut. Mit einem PLR-8 können maximal 15A abgeleitet werden.
Die Widerstände müssen leistungsmässig so dimensioniert und platziert sein, dass jederzeit die
ganze Generatorleistung in ihnen vernichtet werden kann, ohne irgendwelche Überhitzungsgefahr.
Da die Taktfrequenz und deren Oberwellen im hörbaren Bereich sind, sollten die Widerstände so
gebaut sein, dass sie möglichst keine magnetischen Geräusche machen. Frei in der Luft aufgehängte
Widerstandsdrähte aus Nicrothal sind auch als gestreckte Spule kaum hörbar.
Achtung: bei unterbrochener Überschusslast besteht die Gefahr, dass die Systemspannung
unzulässig ansteigt!
Parallelschaltung mehrer Laderegler
Zur Leistungssteigerung können mehrere PLR-8 zusammengeschaltet werden:
Bei Schaltung A können einfach mehrere Gruppen zu je 10A Generator-Nennstrom parallel auf
die gleiche Batterie arbeiten. Die Ladespannungen werden dabei bei allen Reglern etwa gleich
eingestellt. Wegen des integralen Regelverhaltens wird immer nur ein Regler am Takten sein.
Jeder Ladekreis hat seine eigene Batterie-Sicherung, wodurch eine gute Redundanz entsteht.
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Soll mit Schaltung B eine stärkere Turbine geregelt werden, so muss der korrekten Absicherung
wegen folgende Schaltung verwendet werden:
Grundsätzlich sollte der Laderegler so nahe bei der Batterie wie sinnvoll möglich installiert werden.
Der Widerstand aller Anschlussleitungen zur Batterie sollte total für einen Relger 20mΩ nicht überschreiten.
Einstellen der Ladespannung
Die Ladespannung kann sehr einfach durch den Trimmer auf der Reglerplatine eingestellt werden.
Die dazugehörende Skala ist dabei direkt in V/Zelle geeicht. Für eine exaktere Einstellung kann
mit einem Vielfachmessgerät (Ri ≥ 10MΩ) an den bezeichneten Messpunkten die Soll-Zellenspannung
direkt gemessen werden.
Vom Batteriehersteller wird in der Regel die Dauer-Ladespannung für den Stand-by-Betrieb bei
20°C angegeben. Diese beträgt für die meisten Batterien mit einer Säuredichte von 1.28g/cm³
etwa 2.27 V/Zelle. Bei Batterien mit einer reduzierter Säuredichte von 1.24g/cm³ reduziert sich
diese auf etwa 2.23 V/Zelle.
Da in Solaranlagen meist ein Pufferbetrieb herrscht, bei dem die Batterie immer wieder teilweise
entladen wird, muss die Ladespannung etwas angehoben werden, und zwar um etwa 0.03 V/Zelle
für alle Batterien mit festgelegtem Elektrolyt (AGM, Gel) bzw. 0.06V für Batterien mit flüssigem
Elektrolyt (zwecks ausreichender Säuredurchmischung).
In Turbinenanlagen liegt diese Erhöhung bei etwa 0.02 V/Zelle bzw. 0.04 V/Zelle.
Bei einer wesentlichen Abweichung der mittleren Batterietemperatur von 20°C ist die Ladespannung
mit einem Korrekturfaktor von -3mV/°C zu korrigieren. Dies ist vor allem bei einem dauernden
Betrieb über 20°C erforderlich. Da Solaranlagen im Winter oft nicht benutzt werden, erübrigt
sich eine Anpassung an die Wintertemperaturen. Zur Erhaltungsladung ist die 20°C-Ladespannung
auch bei tiefen Temperaturen völlig ausreichend.
Eine Einstellung auf 2.30 V/Zelle ist somit für die meisten Fälle eine gute Wahl. Daraus resultiert
eine Ladespannung von 13.8 V bzw. 27.6V.
Ausgleichsladung: Speziell bei stark belasteten Batterien ist es empfehlenswert, etwa halbjährlich
eine etwa 6-stündige Ausgleichsladung mit 2.45V/Zelle durchzuführen. Danach unbedingt die
Ladespannung wieder zurückstellen!
Davos, 7.9.2011