Un giro del dado

Ho avuto un’eccellente discussione altrove su come gli alternatori funzionano con più banchi batteria e isolatori. Non è completamente complicato, ma ci vogliono un sacco di parole per cercare di spiegare e dare un senso. Dopo aver setacciato Internet per buone illustrazioni e trovarne nessuna, ho finito per montare il mio, e volevo ripulire la mia risposta in seguito, espanderla e renderla un po ‘ più facile da leggere.

Il TL molto stupido;DR sommario con più banche della batteria a diversi stati di carica è che il sistema elettrico auto è molto socialista. “Da ciascuno (alternatore) secondo la sua capacità, a ciascuno (batteria) secondo le sue esigenze.”Questo è vero con piccole modifiche se il vostro isolatore è un relè o un diodo, anche.

Cosa succede esattamente quando un alternatore carica due batterie?

In una situazione in cui si dispone di una batteria ausiliaria collegata alla batteria di avviamento con un isolatore in mezzo, come reagisce il regolatore dell’alternatore? Supponiamo che la batteria di partenza sia a piena carica(12,7 v) e che la batteria aux sia a metà carica (12,0 v)

Dalla mia comprensione, il regolatore vedrebbe una tensione di qualcosa tra i due, diciamo 12,3 v e continuerà a mettere un’alta tensione invece di caricarla per evitare danni.

La mia comprensione è completamente disattivata?

…

Diciamo che la batteria di partenza è del 95% e la batteria della casa è del 50%. Affinché la corrente raggiunga la batteria di casa, dovrebbe passare attraverso la batteria di avviamento. E poiché la batteria di avviamento è ancora una capacità inferiore a quella dell’alternatore, come fa a non prendere nulla?

Questa domanda è venuta in realtà perché ho lasciato lo sfiato del riscaldatore dell’auto sull’impostazione più bassa per giorni e non me ne sono reso conto. Di solito il cruscotto mostra l’ago di ricarica leggermente inclinato verso la “carica” quando guido. Questa volta, con la batteria di partenza mezzo scaricata, stava emettendo molto più corrente. Quello che ho notato è che ha anche caricato la batteria di casa molto più velocemente.

Dopo una piccola discussione, ho ricevuto un po ‘ più di buone informazioni dal poster originale. Ha un 88 Econoline con un relè di isolamento della batteria di fabbrica e alternatore, quindi sono stato in grado di cucinare illustrazioni che erano almeno ragionevolmente specifiche per un particolare veicolo.

Inizialmente volevo prendere un paio di illustrazioni per renderlo un po ‘ più sensato, ma dopo aver setacciato Internet per vedere se qualcuno aveva già le illustrazioni giuste, nessuno l’ha fatto. Non c’è da stupirsi che nessuno di solito capisca come funziona questa roba. Puoi trovare illustrazioni per tutto il giorno della tensione della batteria durante la carica o la scarica, ma non ho mai trovato un grafico di tensione (a un livello specifico di carica) in quanto cambia a seconda di quanta corrente stai inserendo o estraendo proprio in quel momento, che è quello che ti serve per capire questo.

Ho fatto abbastanza caccia per assicurarmi che le mie informazioni siano giuste, e ho appena fatto le mie illustrazioni dopo il lavoro una sera.

Come funziona ogni pezzo del sistema da solo?

Prima che tutto ciò abbia senso, devi essere in grado di vedere come ogni pezzo agisce sotto diversi carichi elettrici, ma ci sono molte variabili che cambiano le cose. Queste illustrazioni non sono * accurate * per dire a qualsiasi configurazione particolare, ma sono “giuste” per l’alternatore 2G di serie e la batteria di avviamento che si ottiene in un E-150 da circa 1987-1994 o giù di lì, e si spera abbastanza buono per spiegare il concetto.

Alternatore

La maggior parte dei grafici per quelli mostrano la corrente di uscita massima che si può ottenere a seconda dell’alternatore o della velocità del motore, che in realtà non ci aiuta molto. Quello che si ha realmente bisogno di vedere è ciò che il vostro alternatore farà ad una velocità di crociera fissa come si aumenta il carico su di esso.

A velocità di crociera, si può vedere la tensione di uscita del vostro alternatore è per lo più piatta fino a qualche parte intorno alla sua potenza nominale, e da qualche parte dopo che, come si mette più carico su di esso, la tensione è in grado di mettere fuori gocce. Per la parte piatta del grafico, il regolatore di tensione sta alzando il campo nell’alternatore per mantenere alta la tensione. Una volta che il campo è a pieno regime, questo è tutto quello che hai, e la tensione scende rapidamente dopo che come si aumenta la domanda di corrente.

Questo cambia al variare della velocità del motore. Al minimo, con l’anternatore che gira solo a circa 2.000 giri / min (di solito circa 3 volte la velocità della manovella), il punto di taglio si sposta molto più a sinistra. A crociera, la maggior parte dei Guadi avrà l’alternatore girando ovunque da 4.000-6.000 giri / min, e questo è probabilmente abbastanza rappresentativo di questo. Se si sta eseguendo il motore più veloce, lo fa spingere il taglio più a destra, ma non di tanto; si arriva a un punto in cui tutta la resistenza nei componenti sostanzialmente vince fuori sopra la rotazione dell’alternatore più veloce. La maggior parte degli alternatori Ford è buona per circa 16.000-18.000 giri / min prima che le cose inizino a rompersi.

Questa curva non è accurata o basata su dati di test reali, perché sfortunatamente non ne ho e non ne ho trovato nessuno. Questo è basato su informazioni per alternatori eccitati separatamente disponibili nei testi di ingegneria e modificati con l’aggiunta del comportamento appropriato per avere un regolatore di tensione. Quindi sì, sono sicuro che questo è come appare la curva, ma allo stesso tempo, no, non sono sicuro di un singolo numero esatto su questo grafico, dal momento che l’ho regolato per bulbo oculare. Qualcuno vuole stare insieme e fare un banco di prova alternatore in modo da poter ottenere numeri reali?

Batteria di avviamento

Il prossimo è ciò che la batteria di avviamento fa a diversi livelli di corrente.

Questa è stata la parte più difficile da trovare, e ho finito per estrarre queste informazioni da alcuni grafici di batteria davvero buoni messi insieme da un ragazzo barca per Home Power magazine. Questi grafici della batteria sono in realtà almeno basati sui dati sperimentali di qualcuno, quindi sono un po ‘ più precisi del grafico dell’alternatore che ho sopra. Per ottenere questo grafico, ho essenzialmente preso il grafico nell’ultima pagina del documento collegato e ho preso i valori in una “fetta” in uno specifico stato di carica (90% per questa prima curva), quindi regolato per le dimensioni della batteria.

Tutto su quella curva sopra cambia sia con quanto è grande la tua batteria, sia con quanto è scarica, quindi ne ho fatto uno per ciascuna delle diverse situazioni che avremmo bisogno di guardare per capire come isolatori e più banchi di batterie lavorano insieme. Per questo primo, sta assumendo una batteria al piombo da 75Ah (fondamentalmente la batteria del Gruppo 65 in un’Econoline).

Come si guarda a sinistra di zero sul fondo, che è corrente di scarica, con la batteria di alimentazione. A destra è corrente di carica, con il potere di essere messo in batteria. Quello che puoi leggere approssimativamente da questo grafico è la tensione. Questo grafico ha i numeri di tensione giusti per la batteria di partenza che è carica al 90%, il che è abbastanza normale per aver sparato su un furgone che è seduto per un po’.

La parte meno accurata di questi grafici è di circa 0 corrente. Il comportamento della batteria al piombo è molto ” sfocato “in quest’area e la tensione dipende da molte altre cose, quindi non prestare molta attenzione alla linea che collega le correnti di” carica “e” scarica ” più basse; non significa molto lì.

Il sistema più semplice: un alternatore, una batteria di avviamento

Basso carico

Ora, diamo un’occhiata alla prima e più semplice combinazione, solo l’alternatore e la batteria di avviamento. Subito dopo aver acceso il furgone, l’alternatore calcia fino a 14-14, 5 V o giù di lì. La pompa del carburante e l’elettronica del tuo furgone stanno prendendo forse 30A per funzionare, quindi il tuo sistema sarà probabilmente intorno a 14.2 V-devi” indovinare ” prima per capirlo, e poi tornare indietro e aggiungere le cose per vedere se la tua ipotesi era giusta.

Ciò che è importante vedere è che la batteria e l’alternatore sono legati insieme, quindi *devono* essere alla stessa tensione. A 14.2 V, l’alternatore può mettere fuori circa 42A, e la batteria “vuole” circa 7A vale la pena di carica, così 14.2 V sarebbe giusto se il resto del sistema è esigente circa 35A proprio allora. Abbastanza vicino, ma forse non è una buona ipotesi come possiamo fare, perché le correnti non si bilanciano – la tua auto e la batteria vogliono 37A insieme, e l’alternatore vuole mettere fuori 42A, quindi siamo fuori un po’.

Posso saltare un passaggio e dire che 14.3 V funziona troppo in alto, quindi proviamo a metà strada tra 14.25 V. A quella tensione, la batteria di avviamento vuole 7.5 A, e il furgone vuole ancora 30A per funzionare, e l’alternatore vuole mettere fuori 35A. Questo è dannatamente vicino – entro un paio di amplificatori – quindi chiamerei 14.25 la risposta. Probabilmente è un po ‘ troppo preciso considerando quanto sono truccate le classifiche.

Carico medio

Ora con quella semplice combinazione di un alternatore/una batteria, accendiamo i fari e accendiamo la ventola; ora diremo che abbiamo aumentato il nostro carico dal furgone a 50A. Indoviniamo 14.1 V per la tensione di sistema. Guardando il grafico della batteria, la corrente di carica della batteria probabilmente scenderà a più di 6.5 A a quella tensione, quindi il carico totale è ora di circa 56.5 A. Il tuo grafico dell’alternatore dice che sta mettendo fuori circa 56A a quella tensione, quindi la nostra ipotesi era buona! 56A che esce dall’alternatore si dividerà in circa 50A andando al furgone e 6A andando alla batteria.

Carico elevato

Va bene, il tempo di sovraccaricare l’alternatore. Manovella il calore su max (quei ventilatori disegnano circa 20A su max), accendi l’aria posteriore e forse i sedili riscaldati. Capovolgere i tergicristalli, ottenere tutto in corso. Ora abbiamo circa 90A della domanda nel sistema. Questo è molto più di quanto l’alternatore può mettere fuori da solo al di sopra di 12V, quindi se ti fidi del grafico leggermente fittizio che ho fatto, il tuo alternatore può mettere fuori solo circa 11.5 V a quel carico.

Batteria in soccorso! È ancora connesso, e se fosse effettivamente a 11.5 V, sarebbe davvero mettere fuori un po ‘ di succo! Quello che succederà davvero è che il sistema si stabilirà a qualsiasi tensione la corrente di uscita dalla batteria e l’alternatore si aggiungerà a 90A.

Guardando il grafico, sembra circa 12.4 V per me. A 12.4 V, l’alternatore può ancora sfornare 83A, e la batteria sta per mettere fuori il restante 7A.

Il semplice sistema TL;DR

Ho scelto prima la semplice situazione perché questa deve avere un senso prima di poter capire cosa succede quando si lancia una seconda batteria con una carica diversa. In questo semplice esempio hai già due cose che possono mettere fuori il potere (alternatore e batteria) che devono “decidere” come condividere il carico. Il fatto è, non è davvero tanto una ” decisione.”Ogni cosa ha il proprio comportamento naturale che il grafico cerca di dare un senso, e il sistema ha una “legge naturale”, che è che la tensione per tutti i pezzi che stiamo guardando sarà sempre la stessa (perché sono direttamente collegati). Quindi, l’alternatore e la batteria aumenteranno o diminuiranno l’uscita fino a quando la tensione si stabilizzerà tra di loro. È un po ‘ un atto di equilibrio fisico.

Aggiunta di un banco batteria AUX/House

Carico del veicolo basso, carica della batteria Aux al 50%

Ora, torniamo al primo esempio in cui hai appena avviato il furgone e hai un carico di sistema 30A ragionevole, ma ora aggiungiamo le batterie della tua casa. Diciamo che la vostra banca della batteria è 200Ah, equivalente a quasi tre di quelle batterie di avviamento in termini di dimensioni-Voglio esagerare un po ‘ le cose in modo che sia più facile vedere l’effetto nei diversi grafici. La banca della batteria è carica solo del 50% quando il relè isolatore lo collega all’alternatore e alla batteria di avviamento, quindi il suo grafico è simile a questo.

La forma è molto simile, ma le correnti sono molto più grandi (perché la banca è più grande) e le tensioni sono più basse (perché la banca è dimezzata). Il sistema del tuo furgone vuole ancora circa 30A per gestire le proprie cose.

Così ora, con quel relè isolatore collegato, la legge “tutte le tensioni sono uguali” si applica a tutti e tre i pezzi. Per capire cosa farà, devo indovinare di nuovo una tensione per iniziare. Posso fare un’ipotesi istruita e dire che forse il sistema funzionerà a 13.5 V, che sembra piuttosto vicino. Vediamo, a 13.5 V il nostro alternatore emette circa 76A, e la nostra richiesta è 30A (dall’elettronica dell’auto) più circa 3A (ciò che la piccola batteria per lo più carica vuole a quella tensione) e un enorme 65A che la nostra banca di batterie affamata vuole a quella tensione. Questo è un carico totale di 98A, molto più di quanto l’alternatore sta mettendo fuori, quindi ho ovviamente indovinato male!

Se provo di nuovo esce più vicino – A 13.4 V, il carico è 30A auto, ancora circa 3A batteria di avviamento (troppo piccolo un cambiamento per dire dal grafico), ma fino a circa 40A sulla banca della batteria. L ” alternatore può mettere fuori solo un paio di ampere, pure. Quindi il carico scende a 73A, e la capacità dell’alternatore si insinua fino a 77. Fondamentalmente, siamo lì; 13.4 V è più preciso che possiamo ottenere con questi grafici.

Con questo esempio, puoi davvero vedere come la potenza viene divisa tra i due banchi di batterie. La batteria di partenza non vuole molto; è troppo pieno per prendere molta più carica a quella bassa di una tensione, e la tensione è ancora troppo alta per scaricarla del tutto. Nel frattempo, la vostra banca batteria aux è affamato, e sta solo andando a succhiare corrente fino a quando non scende la tensione dell’alternatore fino ad un livello in cui è essere soddisfatto. Quando la corrente sale, la tensione dell’alternatore diminuisce e, quando la tensione diminuisce, la “fame” della batteria aux diminuisce, quindi si incontrano nel mezzo.

Basso carico del veicolo, carica della batteria Aux al 50%

Ora, per vedere cosa stava succedendo con il tuo rig l’altro giorno quando la tua banca aux era davvero giù, ecco una curva per la tua batteria aux a solo il 20% di carica.

Questo è abbastanza di una differenza per iniziare a succhiare il succo dalla batteria di partenza, proprio come hai visto, anche se non molto ancora.

Ho intenzione di indovinare 12.7 V prima. A 12.7 V, l’alternatore sta mettendo fuori circa 82A, la batteria di avvio è in realtà mettendo fuori circa 1A. Il tuo furgone vuole ancora 30A per funzionare, e la batteria aux vuole aspirare un pieno 50A! Probabilmente è una buona ipotesi sulla tensione, siamo a un paio di ampere di tutto ciò che si somma. 83A o giù di lì dall’alternatore e avviare la batteria, e 50 di esso andando in ricarica la banca ausiliaria.

Puoi vedere dove anche piccoli cambiamenti nelle mie ipotesi sul rendere quei grafici renderebbero più difficile disegnare dalla batteria di partenza.

• Se il vostro aux era inferiore al 20% di carica a sinistra, si sarebbe sicuramente tirare molto più difficile dalla batteria di partenza, dal momento che il vostro alternatore è completamente maxed fuori.
• La mia” curva dell’alternatore “avrebbe potuto essere generosa anche per quell’alternatore oltre i 70A, dal momento che ho appena cucinato quella parte della curva” a occhio ” fino a quando non sembrava giusta. A differenza delle batterie, non ho buoni dati concreti per quello, basta una conoscenza di base di come funziona per cucinare un grafico.
• Il più piccolo aumento di carico dal furgone stesso sta per venire quasi direttamente dalla vostra batteria di partenza ora, con casa corrente di carica della batteria diminuendo. L’alternatore è quasi completamente al massimo, quindi se si spengono i riscaldatori per 10A (per 40A totale per il furgone), la tensione scende un po ‘ a 12,68 V, l’alternatore produce ancora circa 82A, la batteria di avviamento emette circa 2A e la corrente di carica aux scende a solo 44A (per un carico totale 84A). Non sembra molto, ma gli amperometri nei trattini Ford sono in realtà molto sensibili, e lo vedresti sicuramente come una contrazione dell’ago molto evidente.

D’altra parte, questo dimostra perché non dovresti preoccuparti troppo di un isolatore a relè che causa le batterie aux a “scaricare” la batteria di avvio quando l’auto è in funzione. Devi davvero scaricare le batterie di casa prima ancora di iniziare a tirare fuori qualsiasi corrente dalle batterie di avvio, e anche allora, è un piccolo rivolo.

Allo stesso tempo, puoi vedere come ricaricare le batterie della casa da una carica davvero bassa funziona davvero il moccio dell’alternatore. Non è una buona parte a buon mercato su.

Che dire di un isolatore a diodi?

Un isolatore a diodi cambia le cose, e non sempre in senso buono. Garantisce che la tua banca di casa non tirerà la carica direttamente dalla tua banca di partenza quando sei in esecuzione. Tuttavia, come puoi vedere dagli esempi sopra, non è davvero un grosso rischio anche con un semplice relè.

Ciò che un isolatore a diodi fa sicuramente è cambiare la forma della curva dell’alternatore. I diodi hanno quella che viene chiamata “caduta di tensione diretta” quando stanno lavorando. Questa è fondamentalmente una perdita di tensione fissa ogni volta che la corrente scorre. Capisco per la maggior parte dei diodi alternatori questo è di circa 0.9 V.

Per compensare questo, il filo” rilevamento della tensione ” per il regolatore di tensione è ancora collegato alla batteria di avviamento, sul lato a valle del diodo (non collegare sul lato batteria aux invece). Se il regolatore vuole 14.2V, sta andando a girare il campo sull’alternatore più in alto, fino a quando l’alternatore sta mettendo fuori 15.1 V. Questo produrrà 14.2 V sul lato a valle di quel diodo.

Ciò influisce sulle prestazioni dell’alternatore in tre modi:

• Aggiunge carico all’alternatore. Se stai producendo 50A, stai perdendo 45W attraversando il diodo, quindi questo è un altro 45W che l’alternatore deve spegnere. Ciò significa che il tuo alternatore sarà sempre un po ‘ più caldo.
• Riduce l’uscita dell’alternatore dove il regolatore arriva al massimo. Perché ci vuole più forza di campo per fornire lo 0 in più.9 V, il regolatore si esaurirà la possibilità di aggiungere extra “calcio” ad una corrente di uscita più bassa, in modo da “cadere” la parte piatta della curva in precedenza.
• Si perde tensione ovunque sopra quel punto piatto per una data corrente, in modo che le prestazioni di carica quando l’alternatore è maxed fuori diminuisce molto misurabile.

Ho creato un altro grafico truccato che mostra questo comportamento. La curva complessiva non è la più accurata, ma la differenza di prestazioni è piuttosto on-the-mark.

La curva dell’alternatore originale è punteggiata. Ho allungato il grafico un po ‘ più alto per rendere le differenze più facili da vedere. È un po ‘ ondulato da 14 a 13V, ma nel complesso è giusto.

Come puoi vedere, non c’è molta differenza quando hai un carico basso. Tuttavia, una volta che hai esaurito il tuo campo, whoa! Che differenza. L ” alternatore che è stato valutato a 67A sarebbe probabilmente valutato a circa 58A ora se si è utilizzato gli stessi criteri. Si perde quasi 5A tutta la strada attraverso la gamma. Tutto il tuo potere perso sta andando nel 50W+ o così che il tuo diodo sta mangiando.

Questo è il motivo per cui mi piacciono i relè isolatori. Anche alle correnti molto elevate si ricarica una banca 200Ah che è drenata verso il basso, posso ottenere un solenoide di servizio continuo che gestirà la corrente per tops 40 top. Preferirei spendere i soldi extra che pagheresti per un isolatore a diodi (circa minimum 35 in più per questa dimensione dell’alternatore) verso un alternatore molto migliore.

Quindi cosa sta realmente succedendo qui?

Nulla nel sistema sa davvero come distribuire l’elettricità, ogni pezzo ha solo le proprie caratteristiche prestazionali, e il sistema “bilancerà” naturalmente a qualsiasi tensione rende disponibile l’alimentazione (dall’alternatore) soddisfare la domanda (dall’elettronica dell’auto e dai due banchi di batterie).

Inoltre, gli isolatori a diodi sono il diavolo! (Il chilometraggio può variare)