Eine Umdrehung der Mutter

Ich habe an anderer Stelle eine ausgezeichnete Diskussion darüber geführt, wie Lichtmaschinen mit mehreren Batteriebänken und Isolatoren arbeiten. Es ist nicht ganz kompliziert, aber es braucht viele Worte, um zu versuchen und zu erklären und Sinn zu machen. Nachdem ich das Internet nach guten Illustrationen durchsucht und keine gefunden hatte, habe ich meine eigenen erstellt und wollte meine Antwort danach aufräumen, erweitern und das Lesen ein wenig erleichtern.

Der sehr dumme TL;DR Zusammenfassung mit mehreren Batteriebänken bei unterschiedlichen Ladezuständen ist, dass Ihr Auto elektrisches System sehr stabil ist. “Von jedem (Generator) nach seinen Fähigkeiten zu jedem (Batterie) nach seinen Bedürfnissen.” Dies gilt auch für kleine Verbesserungen, unabhängig davon, ob es sich bei Ihrem Isolator um ein Relais oder eine Diode handelt.

Was genau passiert, wenn eine Lichtmaschine zwei Batterien auflädt?

Wie reagiert der Regler der Lichtmaschine in einer Situation, in der Sie eine Hilfsbatterie mit einem Isolator dazwischen an Ihre Startbatterie angeschlossen haben? Nehmen wir an, die Startbatterie ist voll aufgeladen (12,7 V) und die Aux-Batterie ist halb aufgeladen (12,0 V)

Nach meinem Verständnis würde der Regler eine Spannung von etwas zwischen den beiden sehen, sagen wir 12,3 V und weiterhin eine hohe Spannung anstelle von Erhaltungsladung, um Schäden zu vermeiden.

Ist mein Verständnis völlig falsch?

…

Nehmen wir an, die Starterbatterie beträgt 95% und die Hausbatterie 50%. Damit der Strom zur Hausbatterie gelangen kann, müsste er die Startbatterie passieren. Und da die Starterbatterie immer noch eine geringere Kapazität hat als die Lichtmaschine, wie nimmt sie nichts auf?

Diese Frage kam tatsächlich auf, weil ich die Entlüftung der Autoheizung tagelang auf der niedrigsten Einstellung belassen habe und es nicht bemerkt habe. Normalerweise zeigt das Armaturenbrett die Ladenadel leicht in Richtung ‘Ladung’ gekippt, wenn ich fahre. Diesmal, als die Starterbatterie halb leer war, gab sie viel mehr Strom aus. Was mir aufgefallen ist, war, dass es auch meine Hausbatterie viel schneller aufgeladen hat.

Nach einer kleinen Diskussion bekam ich ein bisschen mehr gute Informationen vom Originalplakat. Er hat eine 88 Econoline mit einem werksseitigen Batterietrennrelais und einer Lichtmaschine, So konnte ich Illustrationen erstellen, die zumindest einigermaßen spezifisch für ein bestimmtes Fahrzeug waren.

Ich wollte ursprünglich ein paar Illustrationen machen, um es ein wenig sinnvoller zu machen, aber nachdem ich das Internet durchforstet hatte, um zu sehen, ob jemand bereits die richtigen Illustrationen hatte, tat es niemand. Kein Wunder, dass normalerweise niemand versteht, wie dieses Zeug funktioniert. Sie können den ganzen Tag Abbildungen der Batteriespannung während des Ladens oder Entladens finden, aber ich habe nie ein Diagramm der Spannung (bei einem bestimmten Ladezustand) gefunden, da es sich ändert, je nachdem, wie viel Strom Sie in diesem Moment ein- oder herausziehen, was Sie brauchen, um dies zu verstehen.

Ich habe genug gejagt, um sicherzustellen, dass meine Informationen richtig sind, und habe eines Abends nach der Arbeit meine eigenen Illustrationen erstellt.

Wie funktioniert jedes Teil des Systems für sich?

Bevor dies sinnvoll ist, müssen Sie in der Lage sein zu sehen, wie sich jedes Stück unter verschiedenen elektrischen Lasten verhält, aber es gibt viele Variablen, die die Dinge ändern. Diese Abbildungen sind nicht * genau * für ein bestimmtes Setup, aber sie sind “ungefähr richtig” für die serienmäßige 2G-Lichtmaschine und die Starterbatterie, die Sie in einem E-150 von etwa 1987-1994 oder so erhalten, und hoffentlich gerade gut genug, um das Konzept zu erklären.

Lichtmaschine

Die meisten Diagramme für diese zeigen den maximalen Ausgangsstrom, den Sie je nach Lichtmaschine oder Motordrehzahl erhalten können, was uns nicht wirklich hilft. Was Sie wirklich sehen müssen, ist, was Ihre Lichtmaschine bei einer festen Reisegeschwindigkeit tut, wenn Sie die Last erhöhen.

Bei Reisegeschwindigkeit können Sie sehen, dass die Ausgangsspannung Ihrer Lichtmaschine bis zu ihrer Nennleistung meist flach ist, und irgendwo danach, wenn Sie sie stärker belasten, sinkt die Spannung, die sie abgeben kann. Für den flachen Teil des Diagramms kurbelt der Spannungsregler das Feld in der Lichtmaschine an, um die Spannung hochzuhalten. Sobald das Feld seine volle Stärke erreicht hat, ist das alles, was Sie haben, und die Spannung fällt danach schnell ab, wenn Sie den Strombedarf erhöhen.

Dies ändert sich, wenn sich die Motordrehzahl ändert. Im Leerlauf, wenn der Anternator nur etwa 2.000 U / min dreht (normalerweise etwa 3x Kurbeldrehzahl), bewegt sich der Grenzwert viel weiter nach links. Bei Cruise wird die Lichtmaschine bei den meisten Fords zwischen 4.000 und 6.000 U / min drehen, und das ist wahrscheinlich ziemlich repräsentativ dafür. Wenn Sie den Motor schneller laufen lassen, drückt er die Abschaltung weiter nach rechts, aber nicht um so viel; Sie kommen zu einem Punkt, an dem der gesamte Widerstand in den Komponenten im Wesentlichen über das schnellere Drehen des Generators gewinnt. Die meisten Ford-Generatoren sind gut für etwa 16.000-18.000 U / min, bevor die Dinge anfangen zu brechen.

Diese Kurve ist nicht genau oder basiert auf realen Testdaten, da ich leider keine habe und keine finden konnte. Dieser basiert auf Informationen für separat erregte Generatoren, die in technischen Texten verfügbar sind, und wurde durch Hinzufügen des für einen Spannungsregler geeigneten Verhaltens modifiziert. Also ja, ich bin mir sicher, dass die Kurve so aussieht, aber gleichzeitig bin ich mir keiner einzigen genauen Zahl in diesem Diagramm sicher, da ich sie per Augapfel angepasst habe. Möchte jemand zusammenkommen und einen Generatorprüfstand bauen, damit wir reelle Zahlen bekommen?

Starterbatterie

Als nächstes folgt, was Ihre Starterbatterie bei verschiedenen Stromstärken tut.

Dies war der schwierige Teil zu finden, und am Ende extrahierte ich diese Informationen aus einigen wirklich guten Batterietabellen, die von einem Bootsmann für das Home Power Magazine zusammengestellt wurden. Diese Batteriediagramme basieren zumindest auf experimentellen Daten von jemandem, also sind sie etwas genauer als das Generatordiagramm, das ich oben habe. Um dieses Diagramm zu erhalten, habe ich im Wesentlichen das Diagramm auf der letzten Seite des verknüpften Dokuments genommen und die Werte an einem “Slice” bei einem bestimmten Ladezustand (90% für diese erste Kurve) genommen und dann an die Batteriegröße angepasst.

Alles auf dieser Kurve ändert sich sowohl mit der Größe Ihrer Batterie als auch mit der Entladung, also habe ich eine für jede der verschiedenen Situationen erstellt, die wir uns ansehen müssen, um zu verstehen, wie Isolatoren und mehrere Batteriebänke zusammenarbeiten. Für diese erste geht es um eine 75Ah Blei-Säure-Batterie (im Grunde die Gruppe 65 Batterie in einem Econoline).

Wenn Sie links von Null auf der Unterseite schauen, ist dies der Entladestrom, wobei Ihre Batterie Strom liefert. Auf der rechten Seite ist Ladestrom, mit Strom in Ihre Batterie gelegt. Was Sie grob aus dieser Tabelle ablesen können, ist die Spannung. Diese Tabelle enthält ungefähr die richtigen Spannungszahlen für Ihre Startbatterie, die zu 90% geladen ist, was ziemlich normal ist, wenn Sie nur einen Van angezündet haben, der eine Weile gesessen hat.

Der am wenigsten genaue Teil dieser Diagramme liegt bei 0 current. Das Verhalten der Blei-Säure-Batterie ist in diesem Bereich sehr “unscharf”, und die Spannung hängt von vielen anderen Dingen ab, achten Sie also nicht besonders auf die Leitung, die die niedrigsten “Lade” – und “Entladeströme” verbindet.

Die einfachste system: Eine lichtmaschine, eine ausgangs batterie

Niedrigen Last

Jetzt, lassen sie uns blick auf die erste und einfachste kombination, nur ihre lichtmaschine und ihre ausgangs batterie. Gleich nachdem Sie Ihren Van angezündet haben, startet der Generator auf 14-14,5 V oder so. Die Kraftstoffpumpe und die Elektronik Ihres Lieferwagens benötigen möglicherweise 30 A, sodass Ihr System wahrscheinlich bei etwa 14,2 V liegt – Sie müssen zuerst “raten”, um dies herauszufinden, und dann zurückgehen und die Dinge addieren, um zu sehen, ob Ihre Vermutung war ungefähr richtig.

Es ist wichtig zu sehen, dass Ihre Batterie und Ihre Lichtmaschine miteinander verbunden sind, sodass sie * dieselbe Spannung haben * müssen. Bei 14,2 V kann Ihre Lichtmaschine etwa 42 A abgeben, und Ihre Batterie “möchte” etwa 7 A Ladung, sodass 14,2 V richtig wären, wenn der Rest Ihres Systems gerade etwa 35 A benötigt. Ziemlich nah, aber vielleicht nicht ganz eine gute Vermutung, wie wir tun können, weil die Ströme nicht ganz ausbalancieren – Ihr Auto und Ihre Batterie wollen 37A zusammen, und die Lichtmaschine will 42A löschen, also sind wir weg ein wenig.

Ich kann einen Schritt überspringen und sagen, dass 14.3V zu hoch ist, also versuchen wir es auf halbem Weg zwischen 14.25V. Bei dieser Spannung will die Startbatterie 7.5A, und der Van will immer noch 30A laufen, und die Lichtmaschine will 35A löschen. Das ist verdammt nah – innerhalb von ein paar Ampere – also würde ich 14.25 die Antwort nennen. Es ist wahrscheinlich ein bisschen zu präzise, wenn man bedenkt, wie manipuliert die Charts sind.

Mittlere Last

Jetzt mit dieser einfachen Kombination aus einer Lichtmaschine und einer Batterie die Scheinwerfer einschalten und den Lüfter auf niedrig stellen. Jetzt sagen wir, dass wir unsere Last vom Van auf 50A erhöht haben. Lassen Sie uns 14.1V für die Systemspannung erraten. Mit blick auf die batterie diagramm, die batterie ladestrom ist wahrscheinlich gehen zu drop zu mehr wie 6.5A bei, dass spannung, so ihre insgesamt last ist jetzt über 56.5A. Ihre lichtmaschine graph sagt es ist putting out über 56A bei, dass spannung, so unsere vermutung war gut! 56A, die aus der Lichtmaschine kommen, teilen sich in etwa 50A, die zum Van gehen, und 6A, die zur Batterie gehen.

Hohe Last

Okay, Zeit, die Lichtmaschine zu überlasten. Kurbel die wärme auf max (diese gebläse ziehen über 20A auf max), drehen auf die hinten luft, und vielleicht beheizte sitze. Schalten Sie die Scheibenwischer ein, bringen Sie alles in Gang. Jetzt haben wir ungefähr 90 % der Nachfrage im System. Das ist viel mehr, als die Lichtmaschine bei über 12 V von selbst löschen kann, wenn Sie also der leicht fiktiven Tabelle vertrauen, die ich erstellt habe, kann Ihre Lichtmaschine bei dieser Last nur etwa 11,5 V löschen.

Batterie zur Rettung! Es ist immer noch angeschlossen, und wenn es tatsächlich bei 11,5 V wäre, würde es wirklich etwas Saft abgeben! Was wirklich passieren wird, ist, dass sich das System bei jeder Spannung einpendelt, bei der sich der Ausgangsstrom von der Batterie und der Lichtmaschine auf 90 A summiert.

Wenn ich mir die Tabelle ansehe, sieht das für mich nach etwa 12,4 V aus. Bei 12,4 V kann Ihre Lichtmaschine immer noch 83 A abgeben, und Ihre Batterie wird die verbleibenden 7 A löschen.

Das einfache System TL;DR

Ich habe zuerst die einfache Situation ausgewählt, weil diese sinnvoll sein muss, bevor Sie verstehen können, was passiert, wenn Sie eine zweite Batteriebank mit einer anderen Ladung einwerfen. In diesem einfachen Beispiel haben Sie bereits zwei Dinge, die Strom erzeugen können (Lichtmaschine und Batterie), die “entscheiden” müssen, wie die Last geteilt werden soll. Die Sache ist, es ist nicht wirklich so sehr eine “Entscheidung.” Jedes Ding hat sein eigenes natürliches Verhalten, das das Diagramm zu verstehen versucht, und das System hat ein “Naturgesetz”, das besagt, dass die Spannung für alle Teile, die wir betrachten, immer gleich ist (weil sie direkt verbunden sind). Daher erhöhen oder verringern die Lichtmaschine und die Batterie die Leistung, bis sich die Spannung zwischen ihnen stabilisiert. Es ist ein bisschen ein physikalischer Balanceakt.

Hinzufügen einer AUX / Hausbatteriebank

Geringe Fahrzeuglast, 50% Aux-Batterieladung

Kehren wir nun zum ersten Beispiel zurück, in dem Sie gerade den Van gestartet haben und eine angemessene 30A-Systemlast haben, aber jetzt fügen wir Ihre Hausbatterien hinzu. Nehmen wir an, Ihre Batteriebank ist 200 AH groß, was fast drei dieser Startbatterien entspricht – ich möchte die Dinge ein wenig übertreiben, damit es einfacher ist, den Effekt in den verschiedenen Diagrammen zu sehen. Ihre batterie bank ist nur 50% aufgeladen, wenn ihre isolator relais verbindet es mit der lichtmaschine und ausgangs batterie, so seine diagramm sieht aus wie diese.

Die Form ist wirklich ähnlich, aber die Ströme sind viel größer (weil die Bank größer ist) und die Spannungen sind niedriger (weil die Bank halb entladen ist). Das System Ihres Lieferwagens möchte immer noch, dass 30A seine eigenen Sachen laufen lässt.

Nun, da das Isolatorrelais angeschlossen ist, gilt das Gesetz “Alle Spannungen sind gleich” für alle drei Teile. Um herauszufinden, was es tun wird, muss ich erneut eine Spannung erraten, um zu beginnen. Ich kann eine fundierte Vermutung anstellen und sagen, dass das System vielleicht mit 13,5 V läuft, was ziemlich nah aussieht. Mal sehen, bei 13,5 V gibt unsere Lichtmaschine etwa 76 A aus, und unsere Nachfrage beträgt 30 A (von der Elektronik des Autos) plus etwa 3 A (was die meist geladene kleine Batterie bei dieser Spannung will) und satte 65 A, die unsere hungrige Batteriebank bei dieser Spannung will. Das ist eine Gesamtlast von 98A, viel mehr als die Lichtmaschine ausgibt, also habe ich offensichtlich falsch geraten!

Wenn ich es noch einmal versuche, kommt es näher – Bei 13.4 V, die last ist 30A auto, immer noch über 3A ausgangs batterie (zu klein eine änderung zu sagen von der tabelle), aber unten zu über 40A auf die batterie bank. Die Lichtmaschine kann nur noch ein paar Ampere abgeben, zu. Die Last sinkt also auf 73A und die Kapazität des Generators steigt auf vielleicht 77. Im Grunde sind wir ungefähr da; 13.4V ist ungefähr so genau, wie wir mit diesen Diagrammen bekommen können.

Mit diesem Beispiel können Sie wirklich sehen, wie die Leistung zwischen den beiden Batteriebänken aufgeteilt wird. Ihre Starterbatterie will nicht viel; es ist zu voll, um bei dieser niedrigen Spannung viel mehr Ladung aufzunehmen, und die Spannung ist immer noch zu hoch, um sich überhaupt zu entladen. In der Zwischenzeit ist Ihre Aux-Batteriebank hungrig und saugt nur Strom an, bis die Spannung der Lichtmaschine auf ein Niveau abgesenkt wird, auf dem sie zufrieden ist. Wenn der Strom ansteigt, sinkt die Spannung der Lichtmaschine, und wenn die Spannung abfällt, sinkt der “Hunger” der Aux-Batterie, so dass sie sich in der Mitte treffen.

Geringe Fahrzeuglast, 50% Aux-Batterieladung

Um zu sehen, was neulich mit Ihrem Rig los war, als Ihre Aux-Bank wirklich ausgefallen war, finden Sie hier eine Kurve für Ihre Aux-Batterie bei nur 20% Ladung.

Dies ist genug Unterschied, um Saft aus Ihrer Starterbatterie zu saugen, genau wie Sie gesehen haben, wenn auch noch nicht viel.

Ich werde zuerst 12.7V erraten. Bei 12,7 V, ihre lichtmaschine ist putting out über 82A, ihre starten batterie ist tatsächlich putting out über 1A. Ihr van will immer noch 30A laufen, und Ihre Aux-Batterie will eine volle 50A saugen! Das ist wahrscheinlich eine ziemlich gute Vermutung über die Spannung, wir sind innerhalb von ein paar Ampere von allem, was sich summiert. 83A oder so von der Lichtmaschine und Startbatterie, und 50 davon gehen in das Aufladen der Hilfsbank.

Sie können sehen, wo selbst kleine Änderungen in meinen Vermutungen, diese Diagramme zu erstellen, es schwieriger machen würden, Ihre Starterbatterie zu ziehen.

• Wenn Ihr Aux weniger als 20% Ladung übrig hätte, würden Sie definitiv viel härter aus der Starterbatterie ziehen, da Ihre Lichtmaschine vollständig ausgereizt ist.
• Meine “Generatorkurve” hätte auch für diese Lichtmaschine über 70A leicht großzügig sein können, da ich diesen Teil der Kurve einfach “mit dem Auge” gekocht habe, bis er richtig aussah. Im Gegensatz zu den Batterien habe ich keine guten harten Daten dafür, gerade genug Grundkenntnisse darüber, wie es funktioniert, um ein Diagramm zu erstellen.
• Die geringste Erhöhung der Last aus dem Van selbst wird jetzt fast direkt aus Ihrer Starterbatterie kommen, wobei der Ladestrom der Batterie abnimmt. Die Lichtmaschine ist fast vollständig ausgereizt, also, wenn Sie die Heizungen für 10A (für 40A insgesamt für den Van) ausschalten, fällt die Spannung ein kleines bisschen auf 12,68 V, Ihre Lichtmaschine produziert immer noch etwa 82A, die Startbatterie löscht etwa 2A, und Ihr Aux-Ladestrom fällt auf nur 44A (für eine 84A Gesamtlast). Klingt nicht nach viel, aber die Amperemeter in den Ford-Strichen sind wirklich sehr empfindlich, und Sie würden das definitiv als ein sehr auffälliges Nadelzucken sehen.

Andererseits zeigt dies, warum Sie sich nicht zu viele Sorgen um einen Relaisisolator machen sollten, der dazu führt, dass Ihre Aux-Batterien Ihre Startbatterie “entleeren”, wenn das Auto läuft. Sie müssen Ihre Hausbatterien wirklich ablassen, bevor sie überhaupt anfangen, Strom aus Ihren Startbatterien zu ziehen, und selbst dann ist es ein winziges Rinnsal.

Gleichzeitig können Sie sehen, wie das Aufladen der Hausbatterien von einer wirklich niedrigen Ladung wirklich den Rotz aus der Lichtmaschine herausholt. Kein guter Teil zu billig.

Was ist mit einem Diodenisolator?

Ein Diodenisolator ändert die Dinge und nicht immer auf gute Weise. Es garantiert, dass Ihre Hausbank keine Gebühren direkt von Ihrer Startbank zieht, wenn Sie laufen. Wie Sie jedoch an den obigen Beispielen sehen können, ist dies selbst bei einem einfachen Relais kein großes Risiko.

Was ein Diodenisolator definitiv tut, ist die Form der Generatorkurve zu ändern. Dioden haben einen sogenannten “Durchlassspannungsabfall”, wenn sie arbeiten. Dies ist im Grunde ein fester Spannungsverlust, wenn Strom fließt. Ich verstehe, dass dies für die meisten Generatordioden etwa 0,9 V beträgt.

Um dies zu kompensieren, ist das “Voltage Sensing” -Kabel für Ihren Spannungsregler immer noch an der Startbatterie auf der stromabwärtigen Seite der Diode angebracht (nicht stattdessen auf der Aux-Batterieseite). Wenn Ihr Regler will 14.2V, es wird das Feld an der Lichtmaschine höher kurbeln, bis die Lichtmaschine 15.1V ausgibt. Dies erzeugt 14.2V auf der stromabwärtigen Seite dieser Diode.

Dies beeinflusst die Leistung der Lichtmaschine auf drei Arten:

• Es fügt der Lichtmaschine Last hinzu. Wenn Sie 50A produzieren, verlieren Sie 45W durch die Diode, das sind also weitere 45W, die der Generator löschen muss. Dies bedeutet, dass Ihre Lichtmaschine immer etwas heißer läuft.
• Es reduziert die Generatorleistung, wo der Regler maxes aus. Weil es zusätzliche Feldstärke benötigt, um die zusätzliche Energie zu liefern.9V, Ihr Regler wird nicht mehr in der Lage sein, bei einem niedrigeren Ausgangsstrom zusätzlichen “Kick” hinzuzufügen, sodass Sie den flachen Teil der Kurve früher “abfallen”.
• Sie verlieren bei einem gegebenen Strom überall oberhalb dieser flachen Stelle Spannung, so dass Ihre Ladeleistung bei ausgeschalteter Lichtmaschine sehr messbar abnimmt.

Ich habe ein weiteres manipuliertes Diagramm erstellt, das dieses Verhalten zeigt. Die Gesamtkurve ist nicht die genaueste, aber der Leistungsunterschied ist ziemlich genau.

Die ursprüngliche Generatorkurve ist gepunktet. Ich habe die Grafik etwas größer gestreckt, um die Unterschiede besser erkennen zu können. Es ist ein wenig schnörkellos von 14 bis 13V, aber insgesamt ist es ungefähr richtig.

Wie Sie sehen können, gibt es keinen großen Unterschied, wenn Sie eine geringe Last haben. Sobald Sie jedoch Ihr Feld ausgereizt haben, whoa! Was für ein Unterschied. Die Lichtmaschine, die mit 67 A bewertet wurde, würde jetzt wahrscheinlich mit etwa 58 A bewertet, wenn Sie dieselben Kriterien verwenden würden. Sie verlieren fast 5A den ganzen Weg durch den Bereich. Alle Ihre verlorene Energie geht in die 50W + oder so, dass Ihre Diode isst.

Deshalb mag ich Trennrelais. Selbst bei den sehr hohen Strömen, die Sie zum Aufladen einer 200-Ah-Bank erhalten, die weit unten abgelassen ist, kann ich einen Dauerbetriebsmagneten erhalten, der den Strom für $ 400 verarbeitet. Ich würde viel lieber das zusätzliche Geld ausgeben, das Sie für einen Diodenisolator bezahlen würden (ungefähr $ 35 extra Minimum für diese Generatorgröße) in Richtung einer viel besseren Lichtmaschine stattdessen.

Was ist hier wirklich los?

Nichts im System weiß wirklich, wie man den Strom verteilt, jedes Stück hat nur seine eigenen Leistungsmerkmale, und das System wird auf natürliche Weise “ausbalancieren”, um die verfügbare Spannung (von der Lichtmaschine) die Nachfrage (von der Autoelektronik und den beiden Batteriebänken) zu decken.

Außerdem sind Diodenisolatoren der Teufel! (Ihre Laufleistung kann variieren)