Batteriemonitor - Amperestundenmessung

[ Antworten lesen ] [ Antwort schreiben ] [ Wohnmobile.net Diskussionsforum: Elektro ] [ FAQ ] [ Home ]

geschrieben von Hans Kroeger am 08. Dezember 2003, 09:21:51 (MEZ):

Als Antwort auf: Re: Panel zur Batterieüberwachung?? von Karsten`s Idee vom 08. Dezember 2003, 07:50:00 (MEZ):

Hallo Karsten,

hier noch ein Kapitel aus meinem Buch für Deine Sammlung.

Gruss
Hans

5.3 Amper-Stunden Messung (Batterie-Monitor)
Wenn Sie die verfügbare Energie Ihrer Batterie wirklich optimal nutzen wollen ohne Gefahr plötzlich mit leerer Batterie dazustehen und ohne Risiko der vorzeitigen Schädigung durch zu tiefe Entladungen, dann ist der Einbau eines Batterie-Monitors zur Ladezustandsbestimmung unumgänglich. Mit so einer „Batterietankuhr“ läßt sich zu jeder Zeit der Ladezustand der Batterie feststellen.
Der Batterie-Monitor erfaßt Lade- und Entladeströme und ermittelt durch Zeitintegration die dabei eingelagerte beziehungsweise entnommene Ladung. Es gibt Batterie-Monitore die wahlweise den Ladezustand in Amperestunden (Ah) oder in % der Nennkapazität anzeigen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die momentan verfügbare maximale Kapazität einer Batterie von vielen Faktoren beeinflußt wird, wie in Kapitel 4.2 dargelegt. Somit ist eine genaue Vorgabe der momentan verfügbaren Kapazität kaum möglich, wenn man von komplizierten Computersimulationsprogrammen einmal absieht.
Aus diesem Grunde ist eine Darstellung in % auch weniger geeignet. Genauer und sinnvoller ist die Darstellung der tatsächlich entnommenen Batterieladung in Ah. Diese ist von der verfügbaren Kapazität der Batterie ja unabhängig.
Hier soll nun an einem Beispiel die Funktionsweise des Batteriemonitors dargestellt werden:

Der Batterie-Monitor wird so eingestellt, daß er bei 100% vollgeladener Batterie als entnommene Ladung –0 Ah anzeigt. Von jetzt an mißt der Monitor bei der Entladung in kurzen Zeitabständen den tatsächlich fließenden Strom und berechnet in seinem Prozessor die dabei entnommene Ladung. Diese wird dann stetig in -Ah angezeigt.
Bei einem konstanten Strom von 1 A zeigt das Gerät nach 5 Stunden –5 Ah entnommene Ladung, nach 10 Stunden –10 Ah usw. an.
In der Mathematik sagt man: die entnommene Ladung ist das zeitliche Integral des Stromes.
Hat man nun gemäß der Anzeige z.B. –50 Ah entnommen, so entspricht dies einer Entladetiefe von 50% (bei einer 100Ah Batterie), und es wird Zeit nach einer Möglichkeit zur Wiederaufladung der Batterie zu suchen.
Sobald die Batterie geladen wird erkennt dies der Batterie-Monitor daran, daß der Strom nun seine Richtung umkehrt. Er rechnet den Wert für die entnommene Ladung zurück, wiederum entsprechend der Höhe des Ladestromes und der Zeit. Hierbei wird sogar der Ladeverlustfaktor berücksichtigt. Dieser Ladeverlustfaktor beschreibt die Tatsache, daß von dem gemessenen Ladestrom nur etwa 90% tatsächlich in der Batterie gespeichert werden, 10% gehen verloren.
Nehmen wir einmal an, daß wir durch eine kurze Fahrt mit der Lichtmaschine 20 Ah in die Batterie geladen haben, so würde der Monitor –32Ah anzeigen, entsprechend folgender Rechnung:
Geladen wurden 90% x 20 A = 18 Ah. So ergeben sich –50 Ah + 18 Ah = -32 Ah. Wir wären also bei einer Entladetiefe von 32% angekommen.
Diese Art der Bilanzierung.führt also dazu, daß man stets informiert ist welche Lademenge entnommen wurde, bezogen auf die vollgeladene Batterie.
Lädt man die Batterie wieder vollständig auf, so zeigt der Monitor wieder –0 Ah.

Ein weiterer Vorteil des Batterie-Monitors ist die Tatsache, daß man neben der Batteriespannung die Verbraucherströme sowie den Ladestrom zu jeder Zeit ermitteln bzw. bilanzieren kann.
Somit ist es ein leichtes bei Kenntnis des momentanen Ladezustandes sowie des gerade fließenden Stromes abzuschätzen wie lange die vorhandene Ladung noch reichen wird bzw. wann eine Nachladung der Batterie erfolgen muß.
Dies soll an zwei praktischen Beispielen erläutert werden.
Die Versorgungsbatterie hat eine Nennkapazität von K20 = 150 Ah. Sie ist 4 Jahre alt und hat noch etwa K20 = 120 Ah. Maximale Entladetiefe ET sollte bei 75% der Kapazität liegen, entsprechend ET = 90 Ah maximal.
Beispiel 1
Es ist morgens und der Batteriemonitor zeigt an für die bisher entnommene Ladung –30 Ah.
Aus Erfahrung wissen wir, daß unser typischer Verbrauch für 24 Stunden etwa 25 Ah beträgt.
Wir überlegen ob wir noch 2 Tage an dem schönen Strand bleiben bevor wir weiterfahren. 2 Tage entsprechen 2 x 25 Ah = 50 Ah Ladungsentnahme. Das ergibt –30 Ah –50 Ah = -80 Ah . Wir bleiben.
Beispiel 2
Es ist abends 20:00 Uhr. Die Heizung und das Fernsehgerät sind eingeschaltet.
Der Batteriemonitor zeigt an
- für die bisher entnommene Ladung –80 Ah.
– für den Strom 4,5 A
Das Fernsehprogramm bietet interessante Beiträge bis 24:00 Uhr.
Bei einer Ladungsentnahme von 4 Stunden mal 4,5 A = 18 Ah würde die entnommene Ladung um Mitternacht bei – 80 Ah -18 Ah = - 98 Ah liegen, das heißt die maximale Entladetiefe von –90 Ah würde um –8 Ah überschritten werden.
Ist das Fernsehprogramm besonders gut so kann man schon mal eine Ausnahme machen und den Limit überschreiten, zumal für den nächsten Tag eine lange Fahrt bevorsteht, so daß die Batterie wieder weitestgehend geladen wird. Außerdem hat man ja viel Geld für die zyklenfesten Batterien ausgegeben, die das verkraften.
Während der Tagesschau wird starker Nachtfrost angekündigt. Die Heizung muß also durchlaufen bis morgen früh. Von früheren Messungen wissen wir, daß die Heizung durchschnittlich 1 A Strom aufnimmt. Das entspricht einer Ladungsentnahme von 8 Stunden mal 1 A = 8 Ah. Damit kämen wir auf –98 Ah – 8 Ah = -106 Ah. Das ist dann doch zu viel.
Also Fernseher aus und Leselampe ein.
Unsere 20 Watt Halogen-Leselampe benötigt 1,7 Ampere. Das ergibt bis Mitternacht 4 Stunden mal 1,7 Ampere = 6,8 Ah. Die Heizung benötigt 12 Ah insgesamt bis zum Morgen.
Fazit: ohne Fernseher brauchen wir in diesem Falle bereits 6,8 Ah + 12 Ah = 18,8 Ah. Damit kämen wir auf –80 Ah – 18,8 Ah = -98,8 Ah.
Also Buch rausholen, und schon um 11:00 Licht aus und ins Bett. Beim Einschlafen beschließen wir das nächste mal doch die größere Batterie zu kaufen.

Der praktisch Umgang mit der „Batterietankuhr“ ist nach einiger Übung nicht schwieriger als die Verwendung der Tankanzeige im PKW.

Nun soll jedoch nicht verschwiegen werden, daß auch die Anzeigegenauigkeit der Batterie-Monitore bei „falscher“ Anwendung zu erheblichen Anzeigefehlern führen kann.
Die zwei wichtigsten Fehlerursachen sind dabei folgende:
 Der Ladewirkungsgrad ist abhängig vom Batterie Ladezustand. Je näher der Ladezustand beim Aufladen an 100% herankommt, um so schlechter wird der Ladewirkungsgrad. Dies wird von den meisten Geräten nicht berücksichtigt. Die Folge ist, daß tatsächlich weniger Ladung von der Batterie aufgenommen wurde, als es der Monitor anzeigt.
 Kleine Fehler bei der Erfassung des Stromes und seiner zeitlichen Intgration akkumulieren sich.
Wegen der oben genannten Gründe sollte man den Batterie-Monitor beim vollständigen Wiederaufladen der Batterie immer auf „Null“ zurücksetzen. Teure Geräte tun dies automatisch.

Antworten lesen