so, bevor das Ding überhaupt da ist, habe ich mich entschlossen, keine 30A PWM an den Akku zu hängen - wegen dem Rippelstrom.
Ich hatte hier mal Messungen der Ripple Ströme, die ein 5.5 kW 1pH WR an einer 16s LFP Batterie verursacht, gezeigt:
Bei 1800 W Ausgangsleistung sind das bereits fast 80App @ 100 Hz
Das dürfte eher typisch als die Ausnahme sein, dass LFP Akkus signifikante Ripple-Ströme sehen.
Jeder Ripple-Strom wird zusätzliche Verluste bedeuten. Wenn sich dadurch die Akkutemperatur um 5°K erhöht, würde ich das als problematisch betrachten, bei 0.1°K allerdings nicht.
Wenn Du eine Last im kW Bereich mit 15 kHz taktest, hast du aber ein ganz anders Problem:
Um die Schaltverluste in Grenzen zu halten, mußt Du schnell schalten. Deswegen gibt es steile Schaltflanken mit hohem dI/dt und dU/dt. Wenn diese nicht in einem kompakten Schaltungsbereich gehalten werden, baust du einen Funksender.
Um Filterkondensatoren am Eingang des Schalters ( also zwischen Schalter und Batterie ) kommst Du also sowieso nicht herum.
Bereits 1 m Kabel zwischen dem Schalter und dem Akku haben ~ 1 uH, bei 15 kHz ergibt das eine Impedanz von ~ 0.1 Ohm. Wenn die Impedanz der Eingangskondendsatoren deutlich kleiner ist, kann der größte Teil des Ripples garnicht mehr zum Akku fließen.
Das ist übrigens bei jedem MPPT Laderegler oder WR genauso.
In dem verlinkten Beispiel habe ich den HF-Ripple bei ~ 70 kHz mit ~ 2.5 App ja auch gezeigt.
danke @nimbus4 ! du scheinst dich auszukennen - machst du das beruflich?
ChatGPT hat für meine ~10 Meter lange 5x4mm^2 NYY Leitung (die hatte ich noch 'über') bei 2/3 Adern für Plus/Minus folgende Leitungsparameter 'abgeschätzt':
L ~3..6uH, C ~1..2nF, R ein paar Milliohm (wobei ein Leitungsrechner schon deutlich 2-stelligen Bereich ausgibt)
Wenn du sagst "~0.1 Ohm" - hast du dann mit Sinus gerechnet? (ist schon lange her alles, bei Rechteck ist doch theoretisch d_irgendwas/dt unendlich...)
- Baue ich ohne weitere Massnahmen einen relevanten Störsender?
- Ist da mit nennenswerten Spannungsüberhöhungen zu rechnen?
Mit Filterkondensator meinst du einen Querkondesator, richtig? (also zwischen Plus und Minus) Hast du da eine Dimensionierungsempfehlung? Was für einen (der sollte ja schon 'schnell' sein, oder)?
oder soll ich das erstmal mit Spice modellieren (wo ich dann wieder Parameter brauche, die ich schlecht schätzen kann) oder mal mein Oszi an den Akku/Shunt halten?
Ja, ich entwickele beruflich Leistungselektronik.
Die ~ 0.1 Ohm sind der "Blindwiderstand" der Induktivität: 2*pi*f*L = 2 * pi * 15e3 * 1e-6 = 0.094 Ohm.
Dieser Impedanz ist natürlich spezifisch für die Grundfrequenz ( 15 kHz ). Oberwellen "sehen" natürlich eine höhere Impedanz ( zumindest solange, bis irgendwann parasitäre Kapazitäten einen dominierenden Effekt haben ).
Auch bei einem Rechteck, würde ich für die erste Abschätzung erstmal nur mit der Grundfrequenz rechnen.
Wie hoch dein dU/dt liegt, hängt schlicht von Deiner Schaltung ab.
Mit GAN-Fets kann man heute durchaus 200 V/ns erreichen. Wenn man da nicht weiß, was man tut, überlebt der FET den ersten Schaltzyklus nicht.
Bei 15 kHz reden wir aber vermutlich "nur" über ~ 1 V /ns, also Anstiegszeiten von eher > 100 ns .
- Baue ich ohne weitere Massnahmen einen relevanten Störsender?
Wenn Du Lasten im kW-Bereich "hart" schaltest, ohne dich mit EMV auszukennen, halte ich das für sehr wahrscheinlich.
- Ist da mit nennenswerten Spannungsüberhöhungen zu rechnen?
Wo?
An der Batterie nicht.
An deinem Schalter ziemlich sicher. Solange das im Rahmen bleibt, aber nicht grundsätzlich ein Problem.
Mit Filterkondensator meinst du einen Querkondesator, richtig? (also zwischen Plus und Minus) Hast du da eine Dimensionierungsempfehlung? Was für einen (der sollte ja schon 'schnell' sein, oder)?
Genau.
Eine Empfehlung hatte ich ja bereits gegeben:
Effektive Impedanz deutlich < 0.1 Ohm.
Also inbesondere der ESR deutlich kleiner als 0.1 Ohm.
und 1 / ( 2*pi * f * C ) ebenso, also eher > 1000 uF
oder soll ich das erstmal mit Spice modellieren (wo ich dann wieder Parameter brauche, die ich schlecht schätzen kann) oder mal mein Oszi an den Akku/Shunt halten?
Wenn Du realistische Werte für ESR und ESL der Kondensatoren und der Batterie sowie für die Induktivität der Leitung wählst, wirst Du den "Ripple-Filter" in Spice sehr gut modelieren können.
Über das EMV-Verhalten Deiner Schaltung macht das aber nur eine sehr begrenzte Aussage.
supi, vielen Dank!! ich werde das mal bei dem Herrn Entwicklungsingenieur ansprechen, dass er den Kondensator gleich mitliefert.
Er sagte ich könne meinen 3-Stufen-Schalter genausogut mit PWM ansteuern, ich könnte also theoretisch alle Stufen 'durchfahren'.
Über das EMV-Verhalten Deiner Schaltung macht das aber nur eine sehr begrenzte Aussage.
wie gesagt, er hat Induktionsöfen für den Betrieb in Linienflugzeugen gebaut. Ich hoffe, er denkt da dran... 😉
@philippoo verzinktes Rohr und Kupferrohr in einer Leitung... auch wenn Messing/Rotguß dazwischen ist, ist da ein Wasserschaden vorprogrammiert - dielektrische Korrosion.
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