für ein Projekt in Skandinavien muss ich folgendes umsetzen:
Ein Gerät wird über Netzspannung betrieben. Das Gerät sitzt in einem Kasten, der ein Heizelement besitzt. Wenn die Netzspannung ausfällt, muss das Gerät weiterbetrieben werden, bis die Netzspannung nach spätestens 5 Tagen wieder verfügbar ist. Dazu müssen wiederaufladbare Batterien zum Einsatz kommen. Leistungsaufnahme des Gesamtsystems etwa 2.5W. So weit, so langweilig.
Jetzt der spannende Teil:
Das ganze muss auch noch bei einer Umgebungstemperatur von -40°C funktionieren. Und muss -50°C Umgebungstemperatur überleben.
Ansatz bisher: Lademanagement für die Batterie überwacht die Temperatur in Batterienähe, damit hier nix durch Laden bei zu niedrigen Temperaturen kaputtgeht (kein Problem, denn geladen wird nur, wenn Netzspannung verfügbar ist, und dann funktioniert auch der Heizer). Wenn die Netzspannung weg ist, ist aber auch der Heizer weg, denn der braucht viel zu viel Leistung. Jetzt kann ich die Batterie noch in gewissem Rahmen thermisch isolieren (die Obergrenze des Betriebs sind +50°C, d.h. auch da gibt es Einschränkungen zu beachten), wie lang und wie gut das hält habe ich aber keine Erfahrungswerte.
Die Hauptfrage ist, was für einen wiederaufladbaren Batterietyp ich nehme. Traditionell habe ich bei ähnlichen Sachen AGM/VRLA verwendet, habe aber Sorge, dass bei den -50°C der Elektrolyt ausfriert und alles im Eimer ist.
LTO bzw. Lithium Titanat gibt es auch als kleine Zellen. ( -70 Grad habe ich im Kopf)
Bei Natrium Ionen muß man genau schauen welche wie weit runter gehen . Und den Datenblättern, sofern vorhanden ist auch nicht so recht zu trauen. Echte Hersteller Daten findet man selten.
Ich würde anfangs über Akku-Chemie gehen, dann Wärmespeicher und dann Zusatzheizung.
Also erstmal eine Akku-Chemie, die möglichst viel aushält (da können andere besser beraten), dann ein Gehäuse wählen mit viel wärmespeichernden Materialien (Thermodynamik 1x1) und anschließend nochmal über eine Zusatzheizung nachdenken, die bei zu geringen Temperaturen nochmal von z.b -50Grad auf -40Grad hebt. Dann kannst du dir eigentlich relativ schön ausrechnen, wann Strom wieder da sein muss, bevor dein System futsch ist.
Und jetzt noch ne ganz blöde Frage. Aber kann man dort mit vertikalen PV Anlagen (Sammelt sich kein Schnee, Sonnenstand ist eh niedrig) nicht auch viel machen ? Vielleicht einfach nur genügen Strom "produzieren" um Batterie mit Erhaltungladung zu versehen und konstant auf einer Temperatur zu halten. Spannendes Projekt, solche Probleme hätte ich auch gerne.
@wem36355 Solarzellen bringen mir nichts, denn das muss auch in der Polarnacht funktionieren. Und da bin ich dann vermutlich auch tagsüber bei einem Wirkungsgrad von <1%, kann es also gleich lassen.
@wem36355 Danke für den Tipp mit dem Wärmespeicher, den hatte ich noch nicht auf dem Schirm.
Das mit den -50°C hatte ich wohl nicht genau genug ausgedrückt: Für die -50°C kann ich keine funktionierende Heizung etc. annehmen, das ist die reine Überlebenstemperatur für den Fall, dass alles nicht mehr tut. Aber mit dem Wärmespeicher komme ich ggf. hin, denn -50°C sind realistisch nicht für mehr als ein paar Stunden drin, d.h. ich kann die Schwingung nach unten wegpuffern.
Bei nur 2.5W über 5 Tage könnte man also auf die Idee kommen, es mit einem massiv überdimenensionierten Akku ( z.B. 2 kWh) , der mit << 0.01C entladen wird, zu probieren.
Das müßte selbstverständlich sorgfälltig getestet werden, bevor man sich auf so etwas verläßt und ob ich dem dann mein Leben anvertrauen würde, ist auch eine andere Frage.
Vorschlag: gedammtes Gehäuse so gross machen, dass 2 oder mehr stabile Plastik 5 l Kanister mit hineinpassen. Diese werden gefüllt, nicht ganz voll.
Entweder mit konzentriertem Salzwasser oder Zuckerwasser. Salz senkt die gefriertemperatur, Zucker glaube ich auch, aber nicht zu einer genauen. Nachprüfen.
Die Idde ist also : eisspeicher. Fast Doppelt soviel Wärme erforderlich zu gefrieren wie der Unterschied von null bis 100 Grad.
Demgegenüber ist Wärmekapazität von 20 kg Akku nur ein Klacks.
Die Heizung ist so eingestellt, dass das Wasser gerade flüssig wird.
Das größere Gehäuse ist sowieso günstiger als das kleine, weil Fläche mit dem Faktor 2, Volumen 3 Potenz wächst.
Die Zahl der notwendigen Behälter Bestimmst du ohne Akku.
Viel Spass!
Gerade gegoogelt, Zitat:
. Der Gefrierpunkt bei Wasser mit Salz kann bis zu -21 Grad sinken.
@carolus Salzwasser friert zu früh aus, das geht meines Wissens maximal bis etwa -25°C runter. Da hätte ich Sorgen, dass nach genügend Gefrierzyklen irgendwann das Behältnis den Geist aufgibt. Aber mit Propylenglykol-Wasser-Gemischen kommt man hin.
@hopfen LTO schaut sehr vielversprechend aus, Danke. Teuer, aber leistungsfähig. Ich werde wohl ein paar Tests der verschiedenen Kombinationen fahren, d.h. einmal Wärmeisolierung + Puffer + LiFePo4 (Zellen für niedrigere Temperaturen), und einmal Wärmeisolierung + LTO.
An alle: Herzlichen Dank für die engagierten und kompetenten Antworten, ihr habt mir sehr geholfen.
@harrybr Für Neuentwicklung würde ich aber auch die Natrium Ionen Chemie mit einbeziehen. Den LFP sage ich wegen unnötiger Resourcen Verschwendung und anderer Nachteile einen baldigen Tod, nicht mal eine Nische, voraus. Aktuell ist Natrium Ionen aber noch recht teuer, fast wie LTO, einzig die 200 Ah Zellen sind bereits erschwinglich. Materialkosten sind deutlich unter LFP. Nur die Massenproduktion fehlt noch.
Bei LTO braucht man auch seriöse Quellen um nicht an Recycling Produkte zu kommen.
Ich kenne die Diagramme zwar, ehrlich es ist mir egal. Nachvollziehen konnte ich es noch nicht und 12 % wären mir auch ohne Leistungsauswertung aufgefallen.
und den Rest macht eine ordentliche Isolierung