en vridning av muttern

jag kom in i en utmärkt diskussion någon annanstans om hur generatorer arbetar med flera batteribanker och isolatorer. Det är inte helt komplicerat, men det krävs många ord för att försöka förklara och vara meningsfullt. Efter att ha skurit på internet för bra illustrationer och inte hittat någon, slutade jag att piska upp min egen och ville städa upp mitt svar efteråt, expandera på det och göra det lite lättare att läsa.

den mycket dumma TL;DR-sammanfattning med flera batteribanker i olika laddningstillstånd är att ditt automatiska elsystem är mycket socialistiskt. “Från varje (generator) enligt hans förmåga, till varje (batteri) enligt hans behov.”Detta är sant med små tweaks om din isolator är ett relä eller en diod också.

vad händer exakt när en generator laddar två batterier?

i en situation där du har ett extrabatteri anslutet till ditt startbatteri med en isolator däremellan, hur reagerar generatorns regulator? Låt oss anta att startbatteriet är vid full laddning(12.7 v) och aux-batteriet är vid halvladdning (12.0 v)

från min förståelse skulle regulatorn se en spänning av något mellan de två, säg 12.3 v och fortsätt att sätta en högspänning istället för att ladda den för att förhindra skador.

är min förståelse helt avstängd?

…

låt oss säga att startbatteriet är 95% och husets batteri är 50%. För att strömmen ska komma till husets batteri måste den passera genom startbatteriet. Och eftersom startbatteriet fortfarande är en lägre kapacitet än generatorn ger, Hur tar det inte in någonting?

denna fråga kom faktiskt upp eftersom jag lämnade bilvärmaren på den lägsta inställningen i dagar och inte insåg det. Vanligtvis visar instrumentpanelen laddningsnålen något tippad mot ‘laddning’ när jag kör. Den här gången, med startbatteriet halvt dränerat, utmatade det mycket mer ström. Vad jag märkte var, det laddade också mitt hus batteri mycket snabbare också.

efter en liten diskussion fick jag lite mer bra information från den ursprungliga affischen. Han har en 88 Econoline med ett fabriksbatteriisoleringsrelä och Generator, så jag kunde laga upp illustrationer som åtminstone var rimligt specifika för ett visst fordon.

jag hade ursprungligen velat ta ett par illustrationer för att göra det lite mer meningsfullt, men efter skur internet för att se om någon redan hade rätt illustrationer upp, ingen gjorde. Inte konstigt att ingen vanligtvis förstår hur det här fungerar. Du kan hitta illustrationer hela dagen med batterispänning under laddning eller urladdning, men jag hittade aldrig ett spänningsdiagram (vid en viss laddningsnivå) eftersom det ändras beroende på hur mycket ström du sätter in eller drar ut just nu, vilket är vad du behöver för att förstå detta.

jag gjorde tillräckligt med jakt för att se till att min information är rätt, och gjorde bara upp mina egna illustrationer efter jobbet en kväll.

hur fungerar varje del av systemet på egen hand?

innan något av detta är vettigt måste du kunna se hur varje bit fungerar under olika elektriska belastningar, men det finns många variabler som förändrar saker. Dessa illustrationer är inte * korrekta * per säger till någon speciell inställning, men de är” om rätt ” för lager 2G generator och startbatteri du får i en E-150 från omkring 1987-1994 eller så, och förhoppningsvis bara tillräckligt bra för att förklara konceptet.

generator

de flesta av graferna för dem visar den maximala utgångsströmmen du kan få beroende på generator eller motorvarvtal, vilket inte hjälper oss mycket. Vad du verkligen behöver se är vad din Generator kommer att göra med en fast marschfart när du ökar belastningen på den.

vid kryssningshastighet kan du se att spänningsutgången på din Generator är mestadels platt upp till någonstans runt dess nominella effekt, och någonstans efter det, när du lägger mer belastning på den, kan spänningen sätta ut droppar. För den plana delen av diagrammet vrider spänningsregulatorn fältet upp i generatorn för att hålla spänningen uppe. När fältet är i full styrka är det allt du har, och spänningen sjunker snabbt efter det när du ökar efterfrågan på ström.

detta ändras när motorvarvtalet ändras. Vid tomgång, med anternatorn som bara vrider om 2000 RPM (vanligtvis ca 3x vevhastighet), rör sig avstängningspunkten mycket längre till vänster. Vid kryssning kommer de flesta Fords att få generatorn att vrida var som helst från 4 000-6 000 RPM, och det är förmodligen ganska representativt för det. Om du kör motorn snabbare, trycker den avskärningen längre till höger, men inte så mycket; du kommer till en punkt där allt motstånd i komponenterna i princip vinner ut över att snurra generatorn snabbare. De flesta Ford-generatorer är bra för cirka 16 000-18 000 RPM innan saker börjar bryta.

denna kurva är inte korrekt eller baserad på verkliga testdata, för tyvärr har jag ingen och kunde inte hitta någon. Den här är baserad på information för separat upphetsade generatorer tillgängliga i tekniska texter, och modifieras med att lägga till det beteende som är lämpligt för att ha en spänningsregulator. Så ja, jag är säker på att det här är hur kurvan ser ut, men samtidigt nej, jag är inte säker på ett enda exakt nummer på den här grafen, eftersom jag har justerat det med ögongloben. Någon som vill träffas och göra en generator testbänk så att vi kan få reella tal?

startbatteri

Nästa upp är vad ditt startbatteri gör på olika nuvarande nivåer.

det här var den svåra delen att hitta, och jag slutade extrahera den här informationen från några riktigt bra batteridiagram som sammanställdes av en båtkille för Home Power magazine. Dessa batteridiagram är faktiskt åtminstone baserade på någons experimentella data, så de är lite mer exakta än generatordiagrammet jag har ovan. För att få den här grafen tog jag i huvudsak diagrammet på den sista sidan i det länkade dokumentet och tog värdena vid en “skiva” vid ett specifikt laddningstillstånd (90% för den här första kurvan) och justerades sedan för batteristorleken.

allt på den kurvan ovan ändras med både hur stort ditt batteri är och hur urladdat det är, så jag har gjort en för var och en av de olika situationerna vi skulle behöva titta på för att förstå hur isolatorer och flera batteribanker fungerar tillsammans. För den första antar det om ett 75ah blybatteri (i grunden grupp 65-batteriet i en Econoline).

när du ser till vänster om noll på botten, det är urladdningsström, med ditt batteri som levererar ström. Till höger är laddningsström, med ström som sätts i batteriet. Vad du kan läsa ungefär av detta diagram är spänningen. Det här diagrammet har ungefär rätt spänningsnummer för att ditt startbatteri är 90% laddat, vilket är ganska normalt för att bara ha avfyrat en skåpbil som satt en liten stund.

den minst exakta delen av dessa diagram är precis runt 0 ström. Blybatteriets beteende är mycket ” fuzzy “i detta område, och spänningen beror på många andra saker, så var inte mycket uppmärksam på linjen som förbinder de lägsta” laddnings “och” urladdnings ” strömmarna; det betyder inte mycket där.

det enklaste systemet: en Generator, ett startbatteri

låg belastning

låt oss nu titta på den första och enklaste kombinationen, bara din generator och ditt startbatteri. Strax efter att du brandat upp din van, sparkar generatorn upp till 14-14.5 V eller så. Din skåpbils bränslepump och elektronik tar kanske 30A att köra, så ditt system kommer förmodligen att vara runt 14,2 V – Du måste “gissa” först för att räkna ut det här och sedan gå tillbaka och lägga till saker för att se om din gissning handlade om rätt.

det som är viktigt att se är att ditt batteri och Generator är bundna ihop, så att de *måste* vara i samma spänning. Vid 14.2 V kan din generator lägga ut om 42A, och ditt batteri “vill” om 7A värt att ladda, så 14.2 V skulle vara rätt om resten av ditt system kräver om 35A just då. Ganska nära, men kanske inte riktigt bra en gissning som vi kan göra, eftersom strömmarna inte riktigt balanserar ut – din bil och batteri vill ha 37A tillsammans, och generatorn vill lägga ut 42A, så vi är lite borta.

jag kan hoppa över ett steg och säga att 14.3 V fungerar för högt, så låt oss försöka halvvägs mellan 14.25 V. Vid den spänningen vill startbatteriet 7.5 A, och vanen vill fortfarande att 30A ska springa och generatorn vill lägga ut 35A. det är ganska darned nära – inom ett par ampere – så jag skulle ringa 14.25 svaret. Det är nog lite för exakt med tanke på hur riggade diagrammen är.

Medium belastning

nu med den enkla en Generator/ett batteri combo, låt oss vev på strålkastarna och slå på fläkten på låg; nu ska vi säga att vi har höjt vår last från van till 50A. Låt oss gissa 14.1 V för systemspänningen. Om man tittar på batteridiagrammet kommer batteriladdningsströmmen troligen att sjunka till mer som 6,5 A vid den spänningen, så din totala belastning är nu cirka 56,5 A. din generatorgraf säger att den sätter ut cirka 56A vid den spänningen, så vår gissning var bra! 56A kommer ut ur generatorn kommer att delas upp i ca 50A går till van och 6A går till batteriet.

hög belastning

okej, dags att överbelasta generatorn. Vrid värmen på max (de blåsarna drar ca 20A på max), sätt på bakluften och kanske uppvärmda säten. Vänd på torkarna, få allt att gå. Nu har vi cirka 90A efterfrågan i systemet. Det är mycket mer än generatorn kan sätta ut sig själv på över 12V, så om du litar på det lite fiktiva diagrammet Jag gjorde, kan din Generator bara lägga ut ca 11,5 V vid den belastningen.

batteri till undsättning! Det är fortfarande anslutet, och om det faktiskt var 11,5 V, skulle det verkligen lägga ut lite juice! Vad som verkligen kommer att hända är att systemet kommer att lösa sig vid vilken spänning utgångsströmmen från batteriet och generatorn lägger till upp till 90A.

titta på diagrammet, det ser ut som om 12.4 V för mig. Vid 12.4 V kan din generator fortfarande vrida ut 83A, och ditt batteri kommer att släcka de återstående 7A.

det enkla systemet TL;DR

jag valde den enkla situationen först eftersom den här måste vara meningsfull innan du kan förstå vad som händer när du slänger in en andra batteribank med en annan laddning. I det här enkla exemplet har du redan två saker som kan släcka ström (generator och batteri) som måste “bestämma” hur man delar lasten. Saken är den, det är egentligen inte så mycket ett “beslut.”Varje sak har sitt eget naturliga beteende som diagrammet försöker förstå, och systemet har en “naturlig lag”, vilket är att spänningen för alla bitar vi tittar på alltid kommer att vara densamma (eftersom de är direkt anslutna). Därför kommer generatorn och batteriet att öka eller minska utgången tills spänningen stabiliseras mellan dem. Det är lite av en fysikbalansering.

lägga till en AUX / House batteribank

låg fordonsbelastning, 50% Aux batteriladdning

Låt oss nu gå tillbaka till det första exemplet där du just har startat skåpbilen och har en rimlig 30A-systembelastning, men nu lägger vi till batterier i ditt hus. Låt oss säga att din batteribank är 200ah, vilket motsvarar nästan tre av de startbatterier i storlek – Jag vill överdriva saker lite så det är lättare att se effekten i de olika diagrammen. Din batteribank är bara 50% laddad när ditt isolatorrelä ansluter det till generatorn och startbatteriet, så dess diagram ser ut så här.

formen är väldigt lik, men strömmarna är mycket större (eftersom banken är större) och spänningarna är lägre (eftersom banken är halvladdad). Din skåpbils system vill fortfarande att 30A ska köra sina egna saker.

så nu, med det isolatorreläet anslutet, gäller lagen “alla spänningar är samma” för alla tre delarna. För att ta reda på vad det ska göra måste jag gissa en spänning igen för att starta. Jag kan göra en utbildad gissning och säga att systemet kanske kommer att köras på 13,5 V, vilket ser ganska nära ut. Låt oss se, vid 13,5 V sätter vår generator ut om 76A, och vår efterfrågan är 30A (från bilens elektronik) plus om 3A (vad det mest laddade lilla batteriet vill ha vid den spänningen) och en jättestor 65A som vår hungriga batteribank vill ha vid den spänningen. Det är en total belastning på 98A, mycket mer än generatorn sätter ut, så jag har uppenbarligen gissat fel!

om jag försöker igen kommer det närmare-vid 13.4V, lasten är 30A bil, fortfarande om 3A startbatteri (för liten förändring för att berätta från diagrammet), men ner till ca 40A på batteribanken. Generatorn kan lägga ut bara några fler ampere, för. Så lasten går ner till 73A, och generatorns kapacitet kryper upp till kanske 77. I grund och botten handlar vi om det; 13.4 V är ungefär lika exakt som vi kan få med dessa diagram.

med det exemplet kan du verkligen se hur strömmen delas mellan de två batteribankerna. Ditt startbatteri vill inte ha mycket; det är för fullt för att ta mycket mer laddning vid den låga spänningen, och spänningen är fortfarande för hög för att den ska kunna laddas ur alls. Under tiden är din aux-batteribank hungrig, och det kommer bara att suga in strömmen tills den släpper generatorns spänning ner till en nivå där den är nöjd. När strömmen går upp sjunker generatorns spänning, och när spänningen sjunker sjunker aux-batteriets “hunger”, så de möts i mitten.

låg fordonsbelastning, 50% Aux batteriladdning

nu, för att se vad som hände med din rigg den andra dagen när din aux-bank verkligen var nere, här är en kurva för ditt aux-batteri med endast 20% laddning.

det här är tillräckligt med skillnad för att börja suga juice ur ditt startbatteri, precis som du såg, men inte mycket alls än.

jag ska gissa 12.7 V först. Vid 12.7 V sätter din generator ut ca 82A, ditt startbatteri sätter faktiskt ut ca 1a. Din van vill fortfarande att 30A ska springa, och ditt aux-batteri vill suga upp en full 50A! Det är förmodligen en ganska bra gissning på spänningen, vi är inom ett par ampere av allt som lägger till. 83A eller så från generatorn och starta batteriet, och 50 av det går in i laddning av hjälpbanken.

du kan se var även små förändringar i mina gissningar om att göra dessa grafer skulle få det att dra hårdare från ditt startbatteri.

• om din aux var mindre än 20% laddning kvar, skulle du definitivt dra mycket hårdare från startbatteriet, eftersom din Generator är helt maxad ut.
• min ” generatorkurva “kunde lätt ha varit generös för den generatorn över 70A, eftersom jag bara kokade upp den delen av kurvan” vid ögat ” tills den såg rätt ut. Till skillnad från batterierna har jag inte bra hårda data för den, bara tillräckligt med grundläggande kunskaper om hur det fungerar för att laga upp ett diagram.
• den minsta ökningen av belastningen från van själv kommer att komma nästan rakt ut ur startbatteriet nu, med hus batteriladdningsströmmen minskar. Generatorn är nästan helt maxad, så om du slår ut värmare för 10A (för 40A totalt för van) sjunker spänningen en liten bit till 12.68 V, din generator producerar fortfarande ca 82A, startbatteriet sätter ut ca 2a och din aux laddningsström sjunker till endast 44a (för en 84A total belastning). Låter inte så mycket, men ammetrarna i Ford-bindestrecken är faktiskt riktigt känsliga, och du skulle definitivt se det som en mycket märkbar nålvridning.

å andra sidan visar detta varför du inte borde oroa dig för mycket om en reläisolator som får dina aux-batterier att “tömma” ditt startbatteri när bilen är igång. Du måste verkligen tömma dina husbatterier innan de ens börjar dra någon ström ur dina startbatterier, och även då är det en liten trickle.

samtidigt kan du se hur laddning av husets batterier från en riktigt låg laddning verkligen fungerar snuten ur generatorn. Inte en bra del att billigt ut på.

vad sägs om en diodisolator?

en diodisolator förändrar saker och inte alltid på ett bra sätt. Det garanterar att din husbank inte drar laddning direkt från din startbank när du kör. Men som du kan se från exemplen ovan är det inte riktigt en stor risk även med ett enkelt relä.

vad en diodisolator definitivt gör är att ändra formen på generatorkurvan. Dioder har vad som kallas ett “framåtspänningsfall” när de arbetar. Detta är i grunden en fast spänningsförlust när strömmen flyter. Jag förstår för de flesta generatordioder det här handlar om 0.9 V.

för att kompensera för detta är “spänningsavkännande” – ledningen för din spänningsregulator fortfarande ansluten till startbatteriet, på nedströmssidan av dioden (fäst inte på aux-batterisidan istället). Om din regulator vill 14.2V, det kommer att vrida fältet på generatorn högre tills generatorn sätter ut 15,1 V. Detta kommer att producera 14,2 V på nedströmssidan av den dioden.

detta påverkar generatorns prestanda på tre sätt:

• det lägger till belastning på generatorn. Om du producerar 50A förlorar du 45W som korsar dioden, så det är en annan 45W som generatorn måste lägga ut. Detta innebär att din generator alltid kommer att köra lite varmare.
• det minskar generatorutgången där regulatorn maximerar ut. Eftersom det tar extra fältstyrka för att leverera extra 0.9V, din regulator kommer att gå tom för möjligheten att lägga till extra “kick” vid en lägre Utgångsström, så att du “faller av” den plana delen av kurvan tidigare.
• du förlorar spänning överallt över den platta platsen för en given ström, så din laddningsprestanda när generatorn är maxad minskar mycket mätbart.

jag har gjort ett annat riggat diagram som visar detta beteende. Den övergripande kurvan är inte den mest exakta, men skillnaden i prestanda är ganska på märket.

den ursprungliga generatorkurvan är prickad. Jag har sträckt grafen lite längre för att göra skillnaderna lättare att se. Det är lite squiggly från 14 till 13v, men totalt sett handlar det om rätt.

som du kan se är det inte mycket skillnad när du har en låg belastning. Men när du har maxat ut ditt fält, whoa! Vilken skillnad. Generatorn som var klassad till 67A skulle förmodligen vara klassad till cirka 58A nu om du använde samma kriterier. Du förlorar nästan 5A hela vägen genom intervallet. All din förlorade kraft går in i 50W+ eller så att din diod äter.

det är därför jag gillar isolatorreläer. Även vid de mycket höga strömmarna får du ladda en 200ah bank som dräneras Långt ner, jag kan få en kontinuerlig duty solenoid som hanterar strömmen för $40 toppar. Jag skulle mycket hellre spendera de extra pengar du skulle betala för en diodisolator (ca $35 extra minimum för denna generatorstorlek) mot en mycket bättre generator istället.

så vad händer egentligen här?

ingenting i systemet vet verkligen hur man distribuerar elen, varje bit har bara sina egna prestandaegenskaper, och systemet kommer att “balansera ut” naturligt till vilken spänning som helst som gör det tillgängliga utbudet (från generatorn) möta efterfrågan (från bilelektroniken och de två batteribankerna).

Plus, diodisolatorer är djävulen! (Din körsträcka kan variera)