SailingGen-Laderegler

Der SailingGen-Laderegler erreicht endlich Serienstand. Mehrere SailingGen-Kunden wünschten sich einen Laderegler, der die Ladung der Verbraucherbatterie überwacht, ohne dass man den Generator bei voller Batterie aufholen muss und somit ein Überladen der Batterie automatisch vermieden wird bzw. die Batterie optimal geladen wird. Windkraftregler sind dafür nicht geeignet, weil sie bei Erreichen der Ladeschlussspannung die Turbine kurzschließen. Eine Wasserturbine würde dadurch aber extrem belastet, sie müsste ihre Energie in sich selbst verheizen und die mechanischen Kräfte werden unnötig erhöht, abgesehen von der unnötigen Bremswirkung des Schiffs. Solarmodulregler sind nicht geeignet, weil sie nicht für induktive Lasten (wie der SailingGen) ausgelegt sind, welche beim Abschalten sehr hohe Spannungsspitzen erzeugen können bzw. wenn der SailingGen abgeschaltet wurde, dieser im Leerlauf unbelastet mit sehr hoher Drehzahl drehen würde und damit eine sehr hohe Eingangsspannung am Regler-Eingang anliegen würde. Bis 100 V müsste der Regler eingangsseitig können und das ist für Solarmodule eher unüblich. Das Elektronikprojekt erschien anfänglich harmlos. Im Laufe der Entwicklung ergaben sich aber immer neue Erkenntnisse und Ideen, die zu verwirklichen es in sich hatten, so dass ein umfangreiches Winterprojekt daraus wurde.
Die Prototyp-Platine1: (getestet im Sommertörn 2013) Die Prozessorplatine, welche über einen Digital-Ausgang einen MOSFET an bzw. abschaltet und mittels einer Warnsirene das Aufholen des Gens. signalisiert.
Prototyp 2: Digitale Taktung des Generators mittels Puls-Weiten-Modulation (PWM). Somit kann die Ladeleistung elektronisch eingestellt werden. Es wird auch eine elektronische Strombegrenzung bei hoher Segelspeed möglich.
Prototypaufbau mit diskreten Baugruppen: Brückengleichrichter CPU mit LCD-Anzeige Tiefsetzsteller Ladestrommessung
Belastungstest mit SailingGen und Prototyp-Baugruppe: Antrieb eines SailingGen über meine Drehbank è bis 20 A Ladestrom Der Prototyp-Regler speist in eine KFZ-Batterie
Die Pulsweitenmodulation ermöglicht moderne Regelstrategien, wie das Maximum-Power-Point-Tracking (MPP), d. h. die Elektronik sucht den Betriebspunkt der Turbine, wo eine maximale Ladeleistung entsteht. Die Turbine wird also nicht mehr starr an das Batteriespannungsniveau gekoppelt/abgebremst. Für diese Funktion war die Entwicklung eines Tiefsetzstellers notwendig, der einen hohen Eingangsspanungsbereich bis 100 V und Stromstärken bis ca. 20 A abdecken kann. Es zeigte sich schnell, dass weitere Funktionen, wie die Messung und Anzeige des Ladestroms, der Batteriespannung, der Generatorspannung, diverser Temperaturen der kumulierten Ladeenergie, Zustandsanzeige des MPP-Reglers etc. wichtig und nützlich sind, so dass eine 2-zeilige LCD-Anzeige hinzu kam. Der neue Programmcode brachte den ursprünglich vorgesehen Prozessor an seine Speicherplatzgrenze. Nach Portierung auf einen größeren Prozessor kam die Idee, das Konzept um einen Solarregler zu erweitern, so dass Solar- und SailingGen-Energie koordiniert geregelt werden können. Testplatine für neue CPU mit LCD-Anzeige Serienstand der Platinen Platinen im Seriengehäuse Dauertest mit Bohrmaschinenantrieb LCD-Anzeige: Generatordaten LCD-Anzeige: Batteriedaten Bedienung über zwei Drucktaster, diverse Anzeigen
Einbau am Naviplatz
Testergebnisse Die Plusweitenmodulation ermöglicht es, den SailingGen in einem höheren Drehzahlbereich laufen zu lassen als bei starrer Kopplung an die Batterie. Dadurch gewinnt man oberhalb 5 kn Speed etwa 10-20% mehr Ladestrom. Ein an den Seegang angepasstes Mittelwertfilter für den Ladestrom ermöglicht jetzt stabile Anzeigewerte im Gegensatz zu den käuflichen Ladestrommesser ohne ausreichende Filterung. Die Abhängigkeit des Ladestroms vom PWM-Tastverhältnis bei verschiedenen Segelgeschwindigkeiten zeigt, dass das Ladestrommaximum flach ausgeprägt ist. Somit ist eine grobe Einstellung des Tastverhältnis für den MPP-Punkt ausreichend und es muss nicht jede Welle ausgeregelt werden. Die Regler-Software wurde entsprechend modifiziert. Der MPP-Punkt kann kundenseitig selbst manuell eingestellt und als Default-Wert abgespeichert werden. Der MPP-Tracking-Algorithmus konnte allerdings noch nicht in allen Segelsituationen getestet werden aufgrund begrenzter Zeit und Wetterbedingungen. Bericht dazu folgt nach dem Pfingsttörn 2014. Montage- und Installationsbeispiel s. Video SailingGen2
Hier die wesentlichen Kennwerte des Reglers: · Elektronische Ladestrombegrenzung mit programmierbarer Stromgrenze, maximal 15 A · Ladeschlussspannung programmierbar in 0,1 V-Schritten, Standard 14,4 V · SailingGen-Leistung ist elektronisch drosselbar durch Einstellen des Tastverhältnis der PWM per Drucktaster (up/down) · Regelungsmodus „Erhaltungsladung“ bei voller Bordbatterie, d.h. der Generator automatisch gedrosselt und liefert dann soviel Energie, wie von den Bordsystemen gerade benötigt wird · MPP-Einstellung derzeit manuell durch Wahl des Tastverhältnisses. · Anzeige der eingestellten Ladeschlussspannung + temperaturkompensiertem Wert · Akkustische Signalisierung diverser Betriebshinweise (Generator aufholen etc.) · 2x16 Zeichen LCD-Anzeige mit blauer Hintergrundbeleuchtung, LCD-Helligkeit einstellbar · Anzeige von Ladestrom, Batterie-, Generator- und Ladeschlussspannung, kumulierte Ladeenergie seit dem Einschalten (mit Reset-Funktion), Regler-Zustände, interne Elektroniktemperatur · Alle Einstellungen permanent speicherbar im Setup-Menu, Factory-Reset-Funktion · Einfache Bedienung mit 2 Tasten: Displaywerte/Parameterwahl und Änderungstaste, beide gleichzeitig è Setup-Aufruf bzw. –Verlassen mit Speichern · Integrierter oder externer Brückengleichrichter · Klemmen für bis 2x 4 qmm Leiterquerschnitt pro Kontakt · Direkter Anschluss der Ladeleitungen an die Bordbatterie, 2x 4qmm pro Pol · Separater +12V-Anschluss zum Ein-/Ausschalten des Reglers, die Ladeleitungen können also permanent an der Batterie bleiben ohne Energiebedarf des Reglers im ausgeschalteten Zustand · Leistungselektronik temperaturüberwacht · Gehäuse aus Aluminium, schwarz lackiert, Montage „Aufputz“ oder rückseitig mit Blendenausschnitt · Strombedarf ca. 30 - 40 mA, je nach eingestellter LCD-Helligkeit · Maße: 115 x 90 x 60 mm · Temperaturkompensierte Ladeschlussspannung mit Messung und Anzeige der Bordbatterietemperatur Option · Betrieb eines Solarreglers bis 20 A Solarstrom, Anzeige des Solarstroms
Der Laderegler kann ab April/Mai 2014 über den eShop SailnSea oder über den direkten Kontakt per Mail geordert werden. Verkauf ausschließlich an SailingGen-Kunden. Ich freue mich über Ihre An- und Rückfragen!
home: www.sailnsea.com