4. Betrieb
4.1. Ladealgorithmus
Bei der Phoenix Smart IP43 Charger-Reihe handelt es sich um intelligente mehrstufige Batterieladegeräte, die speziell entwickelt wurden, um jeden Aufladezyklus und die Ladeerhaltung über längere Zeiträume zu optimieren.
Der mehrstufige Ladealgorithmus umfasst die unten beschriebenen einzelnen Ladephasen:
Konstantstrom
Die Batterie wird mit maximalem Ladestrom geladen, bis die Spannung auf die konfigurierte Absorptionsspannung ansteigt.
Die Dauer der Bulkphase ist abhängig vom Entladungsgrad der Batterie, der Batteriekapazität und dem Ladestrom.
Sobald die Bulkphase abgeschlossen ist, ist die Batterie zu etwa 80 % geladen (bzw. >95 % bei Li-Ionen-Batterien) und kann bei Bedarf wieder in Betrieb genommen werden.
Konstantspannung
Die Batterie wird mit der konfigurierten Absorptionsspannung geladen, wobei der Ladestrom langsam abnimmt, wenn sich die Batterie der vollen Ladung nähert.
Die Dauer der standardmäßigen Konstantspannungsphase ist angepasst und wird je nach Entladungsgrad der Batterie intelligent variiert - dieser wird aus der Dauer der Konstantstromphase ermittelt.
Die Dauer der angepassten Konstantspannungsphase kann zwischen einem Minimum von 30 Minuten bis zu einem Maximum von 8 Stunden (oder wie konfiguriert) für eine tiefentladene Batterie variieren.
Alternativ kann auch eine feste Konstantspannungsdauer gewählt werden; die feste Konstantspannungsdauer ist die automatische Standardeinstellung, wenn der Lithium-Ionen-Modus ausgewählt wurde.
Die Konstantspannungsphase kann auch vorzeitig beendet werden, wenn der Schweifstrom unter den Schwellenwert für den Schweifstrom sinkt (falls aktiviert).
Wiederherstellung
Es wird versucht, die Batteriespannung auf die konfigurierte Wiederherstellungsspannung zu erhöhen, während der Ausgangsstrom des Ladegeräts auf 8 % des Nennladestroms geregelt wird (z. B. max. 1,2 A für ein 15-A-Ladegerät).
Die Wiederherstellung ist eine optionale Ladephase für Blei-Säure-Batterien und wird nicht für den regelmäßigen/zyklischen Gebrauch empfohlen - verwenden Sie sie nur bei Bedarf, da unnötiger oder übermäßiger Gebrauch die Lebensdauer der Batterie aufgrund übermäßiger Gasung verkürzt.
Die höhere Ladespannung während der Wiederherstellungsphase kann die Verschlechterung der Batterie durch Sulfatierung teilweise wiederherstellen/umkehren, die typischerweise durch unzureichendes Laden verursacht wird oder wenn die Batterie über einen längeren Zeitraum in tiefentladenem Zustand belassen wird (wenn dies rechtzeitig durchgeführt wird).
Die Wiederherstellungsphase kann gelegentlich auch bei gefluteten Batterien angewendet werden, um die Spannungen der einzelnen Zellen auszugleichen und eine Säureschichtung zu verhindern.
Die Wiederherstellungsphase wird beendet, sobald die Batteriespannung auf die konfigurierte Wiederherstellungsspannung ansteigt oder nach einer maximalen Dauer von 1 Stunde (oder wie konfiguriert).
Beachten Sie, dass es unter bestimmten Bedingungen möglich ist, dass der Wiederherstellungszustand endet, bevor die konfigurierte Wiederherstellungsspannung erreicht wird, z. B. wenn das Ladegerät gleichzeitig Verbraucher mit Strom versorgt, wenn die Batterie vor Beginn der Wiederherstellungsstufe nicht vollständig geladen war, wenn die Wiederherstellungsdauer zu kurz ist (auf weniger als eine Stunde eingestellt) oder wenn der Ausgangsstrom des Ladegeräts im Verhältnis zur Kapazität der Batterie/Batteriebank nicht ausreicht.
Ladeerhaltungsspannung
Die Batteriespannung wird auf der konfigurierten Erhaltungsspannung gehalten, um ein Entladen zu verhindern.
Sobald die Float-Phase begonnen hat, ist die Batterie voll geladen und einsatzbereit.
Die Dauer der Float-Phase ist ebenfalls anpassungsfähig und variiert zwischen 4 und 8 Stunden, abhängig von der Dauer der Absorptionsladephase, bei der das Ladegerät bestimmt, welche Batterie sich in der Speicherphase befindet.
Lagerung
Die Batteriespannung wird auf der konfigurierten Speicherspannung gehalten, die im Vergleich zur Erhaltungsspannung leicht reduziert ist, um die Gasung zu minimieren und die Batterielebensdauer zu verlängern, während die Batterie unbenutzt ist und kontinuierlich geladen wird.
Wiederholte Konstantspannungsphase
Um die Batterie aufzufrischen und eine langsame Selbstentladung während der Lagerung über einen längeren Zeitraum zu verhindern, wird alle 7 Tage (oder wie konfiguriert) automatisch eine 1-stündige Absorptionsladung durchgeführt.
Die LEDs zeigen den aktiven Ladezustand an; siehe die Abbildung unten:
4.2. Temperaturkompensation
Die Victron Phoenix Smart IP43 Charger-Reihe kompensiert automatisch die konfigurierte Ladespannung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (außer im Li-Ionen-Modus oder bei manueller Deaktivierung).
Die optimale Ladespannung einer Blei-Säure-Batterie variiert invers mit der Batterietemperatur; die automatische temperaturabhängige Ladespannungskompensation vermeidet die Notwendigkeit spezieller Ladespannungseinstellungen in heißen oder kalten Umgebungen.
Während des Einschaltens misst das Ladegerät seine Innentemperatur und verwendet diese Temperatur als Referenz für die Temperaturkompensation. Die anfängliche Temperaturmessung ist jedoch auf 25 °C begrenzt, da nicht bekannt ist, ob das Ladegerät noch warm aus dem früheren Betrieb ist.
Da das Ladegerät während des Betriebs eine gewisse Wärme erzeugt, wird die interne Temperaturmessung nur dann dynamisch verwendet, wenn die interne Temperaturmessung als zuverlässig angesehen wird; wenn der Ladestrom auf ein niedriges/vernachlässigbares Niveau gesunken ist und ausreichend Zeit verstrichen ist, bis sich die Temperatur des Ladegeräts stabilisiert hat.
Für eine genauere Temperaturkompensation können die Temperaturdaten der Batterie von einem kompatiblen Batteriemonitor (wie z. B. einem BMV, SmartShunt, Smart Battery Sense oder VE.Bus Smart Dongle) über ein VE.Smart-Netzwerk bezogen werden. Für weitere Informationen lesen Sie bitte den Abschnitt „Bedienung – VE.Smart Networking“.
Die konfigurierte Ladespannung bezieht sich auf eine Nenntemperatur von 25 °C, und die lineare Temperaturkompensation erfolgt zwischen den Grenzwerten von 6 °C und 50 °C auf der Grundlage des voreingestellten Temperaturkompensationskoeffizienten von -16,2 mV/°C (-32,4 mV/°C für 24 V-Ladegeräte / -8,1 mV/°C für 6 V-Ladegeräte) oder wie konfiguriert.
Hinweis
[en] Note: The temperature compensation coefficient is specified in mV/°C and applies to the entire battery/battery bank (not per battery cell).
[en] If the battery manufacturer specifies a temperature compensation coefficient per cell, it will need to be multiplied by the total number of cells in series (there are typically 6 cells in series within a 12V lead-acid based battery).
4.3. VE.Smart Networking
VE.Smart Networking ermöglicht die Bluetooth-Verbindung und Kommunikation zwischen mehreren Victron-Produkten.
Mit dieser leistungsstarken Funktion können Ladegeräte genaue Daten zur Batteriespannung (Volt-Messung), zum Ladestrom (Strommessung) und zur Batterietemperatur (Temperaturmessung) von einem kompatiblen Batteriemonitor (z. B. einem BMV, SmartShunt, Smart Battery Sense oder VE.Bus Smart Dongle) und/oder mehreren Ladegeräten empfangen und synchronisiert laden, um den Ladezyklus weiter zu verbessern.
4.3.1. Spannungs-, Temperatur- und Strommessung
Die Spannungsmessung verwendet Daten zur Batteriespannung, die direkt an den Batterieanschlüssen (oder in unmittelbarer Nähe) genau gemessen und an das Ladegerät weitergegeben werden. Das Ladegerät verwendet diese Spannungsdaten dann, um die Ausgangsspannung dynamisch zu erhöhen und den Spannungsabfall in der Verkabelung und den Anschlüssen zwischen Ladegerät und Batterie präzise auszugleichen.
Dadurch kann die Batterie mit der exakten Spannung geladen werden, wie sie im Ladegerät konfiguriert ist, statt mit einer niedrigeren Spannung aufgrund eines Spannungsabfalls in der Verkabelung und den Anschlüssen.
Der Spannungsabfall ist proportional zum Ladestrom und zum Verkabelungs-/Verbindungswiderstand (V=IxR). Daher variiert der Spannungsabfall während eines Ladezyklus und kann beim Laden mit höheren Ladeströmen über Kabel und Verbindungen mit einem höheren als dem optimalen Widerstand recht beträchtlich sein. In so einem Fall ist die Spannungsmessung besonders nützlich.
Beachten Sie, dass die Spannungsmessung keine Verwendung von Kabeln oder Anschlüssen mit unzureichenden Nennwerten zulässt. Für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb müssen Kabel und Anschlüsse immer für den maximalen Strom (einschließlich des Fehlerstroms, der zum Auslösen der Sicherung/des Unterbrechers erforderlich ist) unter den jeweiligen Installationsbedingungen ausgelegt sein.
Die Temperaturmessung nutzt die Temperaturdaten der Batterie, die direkt an einem Batterieanschluss oder am Batteriekörper genau gemessen und an das Ladegerät weitergeleitet werden. Das Ladegerät verwendet diese Temperaturdaten dann, um die Ladespannung dynamisch entsprechend dem angegebenen Temperaturkoeffizienten (X mV/°C) zu kompensieren (zu senken oder zu erhöhen).
Die optimale Ladespannung einer Blei-Säure-Batterie variiert umgekehrt mit der Batterietemperatur, wobei die Nennladespannung bei 25 °C angegeben ist. Durch die automatische temperaturabhängige Kompensation der Ladespannung entfällt die Notwendigkeit einer manuellen Anpassung der Ladeeinstellung in heißen oder kalten Umgebungen.
Bei Lithiumbatterien bleibt die optimale Ladespannung bei allen normalen Betriebstemperaturen konstant. Lithiumbatterien können jedoch dauerhaft beschädigt werden, wenn sie bei niedrigen Temperaturen geladen werden. In diesem Fall können die Temperaturmessdaten verwendet werden, um das Laden bei niedrigen Temperaturen (typischerweise <5 °C) automatisch zu deaktivieren.
Die Strommessung verwendet die vom Shunt des Batteriemonitors (erfordert einen BMV oder SmartShunt) gemessenen Batteriestromdaten und stellt sie dem Ladegerät zur Verfügung. Das Ladegerät greift dann für die Schweifstromeinstellung auf diese Stromdaten zurück (im Gegensatz zum Ausgangsstrom des Ladegeräts).
Die Schweifstromeinstellung bezieht sich auf den abnehmenden Ladestrom (typischerweise am Ende eines vollständigen Ladezyklus) im Verhältnis zur Auslöseschwelle, um zu bestimmen, wann die Batterie vollständig geladen ist und folglich die Konstantspannungsphase beendet werden kann (bevor die Zeitgrenze für die Konstantspannungsphase erreicht ist). Die Verwendung von Schweifstrom zur Beendigung der Konstantspannungsphase ist eine hocheffektive und weit verbreitete Methode zum ordnungsgemäßen Aufladen von Blei-Säure-Batterien.
Um die Konstantspannungsphase zum richtigen Zeitpunkt zu beenden, ist es wichtig, dass der tatsächliche Stromfluss in die Batterie im Verhältnis zur Schweifstromschwelle referenziert wird und nicht der Ausgangsstrom des Ladegeräts, der deutlich höher sein kann. Wenn während des Ladevorgangs Lasten mit Strom versorgt werden, fließt ein Teil des Ausgangsstroms des Ladegeräts direkt zu den Lasten, wodurch die Schweifstrombedingung schwieriger oder unmöglich zu erfüllen ist, ohne dass der Strom gemessen wird.
Mehrere kompatible Ladegeräte können zu einem gemeinsamen VE.Smart-Netzwerk hinzugefügt werden und empfangen Spannungs-, Temperatur- und/oder Strommessdaten vom selben Batteriemonitor. Sobald sich mehrere kompatible Ladegeräte in einem gemeinsamen VE.Smart-Netzwerk befinden, werden auch ihre Ladealgorithmen synchronisiert. Für weitere Informationen lesen Sie bitte den Abschnitt „Synchronisiertes Laden“.
4.3.2. Synchronisiertes Laden
Mit der Funktion für synchronisiertes Laden können mehrere kompatible Ladegeräte in einem gemeinsamen VE.Smart-Netzwerk kombiniert werden, sodass die Ladegeräte gemeinsam wie ein großes Ladegerät verwendet werden können.
Die Ladegeräte synchronisieren den Ladealgorithmus untereinander, ohne dass weitere Hardware oder physische Verbindungen erforderlich sind, und wechseln gleichzeitig den Ladezustand.
Beim synchronisierten Laden werden alle Ladegeräte systematisch priorisiert und ein Gerät als „Master“ festgelegt. Dieses Gerät steuert dann die Ladestufe aller anderen „Slave“-Ladegeräte. Falls der ursprüngliche 'Master' aus irgendeinem Grund vom VE.Smart-Netzwerk getrennt wird (z. B. außerhalb der Bluetooth-Reichweite), wird ein anderes Ladegerät systematisch als „Master“ zugewiesen und übernimmt die Kontrolle. Dies kann auch rückgängig gemacht werden, wenn die Kommunikation mit dem ursprünglichen „Master“ (der eine höhere Priorität hat) wiederhergestellt wird. Das „Master“-Ladegerät kann nicht manuell ausgewählt werden.
Beim synchronisierten Laden wird die Stromleistung mehrerer Ladegeräte nicht reguliert oder ausgeglichen. Jedes Ladegerät hat weiterhin die volle Kontrolle über seine eigene Stromleistung. Dementsprechend sind Schwankungen in der Stromleistung zwischen mehreren Ladegeräten normal (abhängig vom Kabelwiderstand und anderen Faktoren). Eine Begrenzung der Gesamtstromleistung des Systems kann nicht konfiguriert werden. Bei Systemen, bei denen eine Begrenzung des Gesamtsystemstroms wichtig ist, sollten Sie stattdessen ein GX-Gerät mit DVCC verwenden.
Das synchronisierte Laden kann mit verschiedenen Lademodellen eingerichtet werden, vorausgesetzt, sie sind mit VE.Smart Networking kompatibel (dazu gehören VE.Smart Networking kompatible Blue Smart-Ladegeräte, Smart-Ladegeräte und MPPT-Solarladegeräte). Das Laden mit MPPT-Solarladegeräten hat keinen Vorrang vor dem Laden über das Stromnetz. Daher kann es bei einigen Anlagen (abhängig vom Kabelwiderstand und anderen Faktoren) und den Ladebedingungen vorkommen, dass der Solarstrom nicht ausreichend genutzt wird.
Das synchronisierte Laden kann auch in Verbindung mit einem Batteriemonitor (BMV, SmartShunt, Smart Battery Sense oder VE.Bus Smart Dongle) verwendet werden, um Spannungs-, Temperatur- und/oder Strommessdaten an die Ladegeräte in einem gemeinsamen VE.Smart-Netzwerk zu liefern. Für weitere Informationen lesen Sie bitte den Abschnitt „Spannungs-, Temperatur- und Strommessung“.
Wenn kein Batteriemonitor vorhanden ist, der Strommessdaten liefert (erfordert einen BMV oder SmartShunt), wird der Ladestrom jedes einzelnen Ladegeräts vom „Master“ kombiniert und mit der Schweifstromeinstellung abgeglichen.
4.4. Mehrere Batterieausgänge
Die Ladegeräte mit 1+1 und 3 Ausgängen verfügen beide über einen integrierten FET-Batterie-Isolator und damit über getrennte isolierte Ausgänge.
Mehrere isolierte Ausgänge ermöglichen einem einzigen Ladegerät das Laden mehrerer Batterien, wobei die Batterien voneinander isoliert bleiben.
Bei Modellen mit 1+1 Ausgängen kann der Hauptausgang den vollen Nennstrom liefern und der Starter-/Zusatzausgang ist auf maximal 4 A begrenzt; der kombinierte Strom aller Ausgänge ist jedoch auf den vollen Nennstrom begrenzt.
Bei den Modellen mit 3 Ausgängen können alle 3 Ausgänge den vollen Nennausgangsstrom liefern; der kombinierte Strom aller Ausgänge ist jedoch auf den vollen Nennausgangsstrom begrenzt.
Hinweis
Hinweis: Mehrere Ausgänge werden nicht einzeln geregelt, ein Ladealgorithmus (Ladezyklus und Ladespannung) wird auf alle Ausgänge angewendet.
[en] Accordingly all batteries will typically need to be the same chemistry type, and compatible with the common charge algorithm.
4.5. Beginnen eines neuen Ladezyklus
Ein neuer Ladezyklus wird beginnen, wenn:
Die Bulk-Phase ist abgeschlossen und die Stromausgabe steigt für vier Sekunden auf den maximalen Ladestrom (aufgrund einer gleichzeitig angeschlossenen Last)
Wenn Re-Bulk-Strom konfiguriert ist; der Stromausgang übersteigt den Re-Bulk-Strom in der Float- oder Speicherphase für vier Sekunden (aufgrund einer gleichzeitig angeschlossenen Last)
Die MODE-Taste wird betätigt oder verwendet, um einen neuen Lademodus auszuwählen.
VictronConnect wird verwendet, um einen neuen Lademodus auszuwählen oder die Funktion von „Stromversorgung“ auf „Ladegerät“ zu ändern
VictronConnect wird verwendet, um das Ladegerät zu deaktivieren und wieder zu aktivieren (über den Schalter im Einstellungsmenü).
Die Anschlüsse der Fernbedienung werden verwendet, um das Ladegerät zu deaktivieren und wieder zu aktivieren (über einen externen Schalter oder ein BMS-Signal)
Die AC-Versorgung wurde getrennt und wieder angeschlossen
4.6. Schätzung der Ladezeit
[en] The time required to recharge a battery to 100% SOC (state of charge) is dependant on the battery capacity, the depth of discharge, the charge current and the battery type/chemistry, which has a significant effect on the charge characteristics.
4.6.1. Schätzung der Ladezeit
Eine Blei-Säure-Batterie befindet sich nach Abschluss der Bulk-Ladephase bei etwa 80 % Ladezustand (SoC).
Die Bulk-Phasen-Dauer Tbulk kann als Tbulk = Ah / I berechnet werden, wobei I der Ladestrom (ohne Lasten) und Ah die erschöpfte Batteriekapazität unter 80 % SoC ist.
Eine Absorptionszeit Tabs von bis zu 8 Stunden kann erforderlich sein, um eine tiefentladene Batterie vollständig aufzuladen.
[en] For example, the time required to recharge a fully discharged Lead-acid based 100Ah battery with a 10A charger would be approximately:
[en] Bulk stage duration, Tbulk = 100Ah x 80% / 10A = 8 hours
[en] Absorption stage duration, Tabs = 8 hours
[en] Total charge duration, Ttotal = Tbulk + Tabs = 8 + 8 = 16 hours
4.6.2. Schätzung der Ladezeit
Eine Blei-Säure-Batterie befindet sich nach Abschluss der Bulk-Ladephase bei etwa 80 % Ladezustand (SoC).
Die Bulk-Phasen-Dauer Tbulk kann als Tbulk = Ah / I berechnet werden, wobei I der Ladestrom (ohne Lasten) und Ah die erschöpfte Batteriekapazität unter 80 % SoC ist.
[en] The absorption stage duration Tabs required to reach 100% SOC is typically less than 30 minutes.
Zum Beispiel beträgt die Ladezeit einer vollständig entladenen 100Ah-Batterie, wenn sie mit einem 10A-Ladegerät auf etwa 80 % SoC aufgeladen wird, Tbulk = 100 x 80 % / 10 = 8 Stunden.
[en] For example, the time required to recharge a fully discharged Li-ion based 100Ah battery with a 10A charger would be approximately:
[en] Bulk stage duration, Tbulk = 100Ah x 95% / 10A = 9.5 hours
[en] Absorption stage duration, Tabs = 0.5 hours
[en] Total charge duration, Ttotal = Tbulk + Tabs = 9.5 + 0.5 = 10 hours