elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice

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elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Xelzbrot - 09.04.2023

Hallo zusammen und frohe Ostern allerseits!

Kürzlich hatte ich eine Diskussion über Probleme und das Instandsetzen von ULO-Boxen. Prompt kam mir wieder die wahnsinnig nützliche Infosammlung von Ewald in den Sinn: Motelek - ULO EBL 801

Inzwischen berufsbedingt etwas versierter in der Elektrotechnik und stark interessiert, hat es mich nun endlich gepackt ein elektrisches LTspice Simulationsmodell einer solchen ULO-Box aufzubauen, um die Schaltungstechnik zu verstehen. Schon vor über 15 Jahren, noch als Jugendlicher, hatte ich bereits versucht die Schaltung zu verstehen, bin aber an mangelnden Grundkenntnissen elektrischer Bauteile sowie Methoden zur Schaltungsanalyse gescheitert.

Kurz die Info zu LTspice: Dies ist ein von der Firma Linear Technology (heute: Analog Devices) entwickeltes Simulationsprogramm für elektrische Schaltungen, basierend auf dem offenen Spice-Kernel. Das Programm kann kostenlos hier heruntergeladen werden, läuft unter Windows und auch unter Linux mit Wine: LTspice Download

Nachdem das Simulations-Modell nun einen gewissen Reifegrad erlangt hat, wollte ich es hier der Gemeinschaft teilen, um zum Projekt des Erhalts der historischen Mopeds hoffentlich auch einmal einen nützlichen Beitrag leisten zu können. Ich habe das Modell diesem Beitrag angehängt ("ULO_801-36.asc"). Enthalten ist auch ein Teilmodell über eine Batteriezelle "NHcell.asc", welche ich aus folgender Quelle bezogen und um die initiale Spannung zu Beginn der Simulationszeit erweitert habe: Quelle Batteriemodell
Die enthaltene *.lib Datei enthält das Teilmodell des willkürlich gewählten Thyristors (siehe auch offene Punkte unten) und wird vom Modell "ULO_801-36.asc" im selben Pfad abgelegt benötigt.

Die Bitte an dieser Stelle an alle versierten Elektrotechniker ist, das Modell möglichst kritisch zu beäugen. Insbesondere meine darin enthaltene Beschreibung zur Blinker-Schaltung! Jeder der mal versucht hat, so eine Schaltung zu beschreiben, weiß vermutlich wie fehlerträchtig das ist.

Das Modell ist nicht vollends fertig und ich bitte um Mithilfe, falls jemand Informationen zu den offenen Punkten hat.

Die offenen Punkte aus meiner Sicht sind (vielleicht ist die Liste unvollständig):

Welche Spannung liefert die Magnetgenerator auf Klemme "1~" ?
Thyristormodell ist aktuell willkürlich gewählt. Passenden Thyristor-Ersatz für NEC 5P4M wählen und modellieren.
Charakteristik eines echten Akku-Pack nachbilden. Die Batteriespannung sackt zum Start der Simulation mit Vbat0=6V sehr schnell auf 5.59V ab.
Charakteristik Varistor ermitteln und originalgetreu modellieren. Aktuell ist die Simulation so austariert, dass bei Vbat0=5.58V noch geladen wird, bei 5.59V aber nicht mehr (R_NTC=6.8kOhm). Dies ist neu auszutarieren, wenn die Batteriecharakteristik geändert wird!
Charakteristik NTC ermitteln und Wert für verschiedene Temperaturen dokumentieren.
Relais ist nur eine Näherung: es schaltet in der Simulation früher ab, als es das in der Realität tun würde. Das ändert aber nichts an der grundsätzlichen Funktion der Blinkerschaltung.

Untenstehend noch mein Versuch der Beschreibung der Blinkerschaltung (so auch im LTspice Modell zu finden). Wer diese Schaltung einst erfunden hat, der hat meinen Respekt!

Viele Grüße aus der Nähe des Bodensees!
Thomas

Funktion der Blinkerschaltung
===================

T3 ist nur leitend wenn der Thyristor die Batterie lädt. Das wiederum ist nur der Fall, wenn der Motor läuft.
D.h. die Blinkerschaltung funktioniert auch nur wenn der Motor läuft.
Die Schaltung ist lastunabhängig. D.h. sie funktioniert sowohl mit Glühbirnen in den Blinkern, als auch mit LEDs+Vorwiderstand.

Sobald Kl.49a über den Blinkerschalter und die Blinkerglühlampen nach Masse gezogen wird, beginnt sich C2 über R7 zu laden.
Sobald die Spannung über C2 hoch genug ist (=Basis-Emitter-Spannung von T4 ausreichend groß) kann ein Basisstrom in T4 fließen und dieser wird leitend.
Dadurch wird das Gate von T5 auf "High" gezogen (es fließt ein Strom in die Basis von T5) und das Relais wird angezogen.

Ab diesem Zeitpunkt trägt Kl.49a wieder die Batteriespannung, da durch den nun geschlossenen Kontakt des Relais die Batteriespannung auf Kl.49a gelegt wird.
Ebenfalls ab diesem Zeitpunkt beginnt sich eine Spannung in C3 aufzubauen.

Gleichzeitig fließt über die Induktivität der Relais-Spule ein immer höherer Strom. Der Spulenstrom wird über die Collector-Emitter-Strecke nach Kl.31/Masse abgeleitet.
Bipolar-Transistoren haben nur eine begrenzte Stromverstärkung. Während also der zu leitende Strom für T5 immer größer wird, müsste der Basisstrom (oder die Basisspannung) auch steigen, um den Strom führen zu können.
Zudem haben Bipolar Transistoren ab einem bestimmten Collector-Emitter-Strom eine extrem steil zunehmende Collector-Emitter-Spannung.
Siehe hierzu das Datenblatt eines BC337-40 für konstanten Basis-Strom (bspw. Figure 4 hier: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/2890/MOTOROLA/BC337-40.html)
Da sich der Strom in die Basis von T5 aber nicht erhöht, steigt die Collector-Emitter-Spannung von T5 also ab einer gewissen Stromschwelle schlagartig an.

In Folge nimmt die Spannung über der Relais-Spule ab.
Bevor der Relaiskontakt aber die Verbindung der Kl.49 (Batteriespannung) zur Kl.49a unterbricht, wird durch die steigende Collector-Emitter-Spannung von T5 und durch die Eigenschaft von Kondensatoren,
dass deren Spannung sich nicht sprunghaft ändern kann, die Spannung an der Basis von T4 nach oben gezogen (sogenannte Bootstrap-Schaltung oder Ladungspumpe).
Dadurch wird T4 wieder sperrend und in Folge sperrt auch T5 wieder.
Die Ladung von C2 und somit seine Spannung beginnt sich stetig aber schnell umzukehren und nimmt eine zu vorher umgekehrte Polarität an, sobald T4 sperrt.

Der von der Induktivität der Relais-Spule weitergetriebene Strom beginnt sich über die Freilaufdiode freizulaufen sobald T5 keinen Strom mehr durchlässt.
Ab diesem Zeitpunkt ist die Basis von T4 (also der Punkt zwischn C2 und C3) um eine Dioden-Vorwärtsspannung (ca.0,7V) über der Batteriespannung.
Die Spannung an der Relaisspule hat sich umgekehrt und der Spulenstrom fällt langsam ab.
Der Relaiskontakt fällt ab sobald die im Magnetfeld gespeicherte Energie nicht mehr ausreicht, den Kontakt geschlossen zu halten.
Dieser Vorgang ist in der Simulation leider nicht exakt abgebildet, da der spannungsgesteuerte Schalter aus LTspice, mit dem das Relais grob nachgebildet wurde, die wahre Physik des Relais nicht beinhaltet.
In der Simulation fällt der Relaiskontakt daher schon etwas früher ab (wenn die Spulenspannung 1V unterschreitet und nicht nachdem sich die Spulenspannung umgekehrt hat).
Das Abfallen des Relaiskontakts ändert die Spannungsverhältnisse der Schaltung wieder, da nun Kl.49 und Kl.49a nicht mehr über den Relaiskontakt direkt verbunden sind sondern nur noch über "RN1 || RN2+R7".

In weiterer Folge können die Kondensatoren C2 und C3 können ihre Ladung nun über R7 nach Kl.49a und über den Blinkerschalter und die Blinkerglühlampen nach Masse abgeben.
Genauer gesagt hatte C2 im Zeitraum kurz vor Abfall des Relais negative Ladung. D.h. C2 wird nun wieder positiv geladen.

Das Spiel beginnt ab hier von Neuem. Allerdings sind die Zeitkonstante nun etwas anders, da an der ein oder anderen Stelle (in den Kondensatoren) noch Restenergie gespeichert ist. D.h. die Schaltung schwingt sich erst nach mehreren Blinkvorgängen ein. Dies verursacht die schwankende Blinkfrequenz, die jeder, der ein solches Moped mal gefahren ist, kennt.

Weiter ist noch zu sagen, dass die Schaltung auf zueinander passend ausgelegte Zeitkonstanten der Kondensatoren (tau=R*C) und der Relaisspulen-Induktivität (tau=L/R) angewiesen ist, um korrekt zu funktionieren.
Durch große Toleranzen, Temperatur- und Lebensdauerdrift, gerade bei den Kondensatoren, entsteht eine bestimmte Bandbreite und Veränderung der Blinkfrequenz.

Der Übergangswiderstand des Relais-Kontakts verschlechtert sich mit der Zeit aufgrund Lichtbogen, welche in jedem Schaltvorgang entstehen. Wenn aus Kl.49a also nicht mehr genug Spannung bzw. Leistung kommt, kann das daran liegen.

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Malloc - 09.04.2023

Hallo Thomas,
habe dein Modell noch nicht ausprobiert, wünsche dir aber noch viel Erfolg damit.

Den Multivibrator um T4-T5-Rel1 finde ich eigentlich nicht so spannend, da gibt's unendlich viele Varianten.
Spannender ist da schon die Ladeschaltung um Th1, T1 etc.: da lohnt ggf eine Simulation.
Ich würde aber weniger wichtige Details vereinfachen, z.B. das Akku-Modell. Man kann es wissenschaftlich angehen,
z.B. wie hier: https://rincon-mora.gatech.edu/publicat/jrnls/tec05_batt_mdl.pdf
Aber eigentlich interessiert dich doch eher die Strom-Spannungs-Kennlinie, als Parameter noch die Temperatur, oder?
Also würde ich den Akku durch eine einstellbare Gleichspannungsquelle von 5-7,5V mit Innenwiderstand ersetzen.

Wichtige Größe ist der Generator, wie du schon im Punkt 1 angesprochen. Ich würde eine Annäherung über ein einfaches Model des Klauenpolgenerators versuchen.

.png

Klauenpolgenerator.png (Größe: 6,05 KB / Downloads: 559)
Die Parameter kannst du durch Messungen in Leerlauf und Kurzschluss bei verschiedenen Drehzahlen selbst ermitteln. Bei Bedarf kann ich das erklären.
Weiteres zum Klauenpolmodell findest du einfach beschrieben hier: https://fahrradzukunft.de/1/wirkungsweise-fahrradlichtmaschinen
Klar, der Generator am Moped ist kein richtiger Klauenpolgenerator wie z.B. eine Auto-Lichtmaschine oder ein Fahrrad-Dynamo. Ich kann mir aber gut vorstellen, dass der sich ähnlich verhält. Könnte mich aber auch täuschen, aber das würden die Messungen zeigen.

Beim Thyristor-Modell würde ich mir nicht zu viele Sorgen machen. Wichtig ist ein vergleichbarer Zünd- und Haltestrom. Vielleicht findest du hier ein passenderes Modell:
https://www.littelfuse.com/technical-resources_old/spice-models/thyristor-spice-models.aspx

Ich sehe keinen Varistor in der Schaltung, du meinst sicher die Zenerdiode. Da bringt LT-Spice Modelle mit.
Beim NTC kann ich mangels eigener ULO-Box nicht helfen. Einfach mal nachmessen und Parameter eines existierenden Modells anpassen.

Gruß Wulf

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Xelzbrot - 28.12.2023

Hallo Wulf!
Vielen Dank für deine Kommentare und Anmerkungen!
Nun nehme ich mir endlich die Zeit darauf zu reagieren.

Das Akku-Modell kann man freilich durch eine einstellbare Gleichspannungsquelle mit Innenwiderstand ersetzen.
Du würdest dann einfach Schrittweise, bspw. mit ".step param", die Gleichspannung nach gewissen Zeitintervallen erhöhen und schauen, wie die Schaltung reagiert?
Das ist natürlich auch eine elegante Möglichkeit!

Zum Klauenpolgenerator: Ja das wäre super, wenn sich jemand das Thema vornehmen würde, die Zündapp-Generatoren in ein Modell zu packen. Ich selbst besitze aktuell garkeine Zündapp und es fehlt etwas Zeit und Muße das Thema anzugehen. Letztlich ist es für den Erhalt der Mopeds auch nicht ganz so wichtig, eine vollständige Systembeschreibung zu haben. Auch wenn uns Techniker/Ingenieure sowas ja ungemein reizt Cool

Vielen Dank auch für den Kommentar zum Thyristor. Ich denke, der könnte für den ein oder anderen Bastler, der sich an die Restauration einer ULO-Box herantraut, sehr hilfreich sein.

Zum Varistor: siehe Bauteilbezeichner "VR1" im Schaltplan oder Simulationsmodell. Im Schaltplan anbei, habe ich ihn grün eingerahmt.

Zum NTC: Auch hier gilt, dass es so ein Nice-to-Have wäre, wenn irgendjemand mal nachmessen würde

Viele Grüße und einen guten Rutsch ins Jahr 2024 allerseits!
Thomas

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Malloc - 28.12.2023

Hallo Thomas,
das eingekreiste Bauteil ist ein Widerstands-Trimmer, also ein per Schraubendreher verstellbarer Widerstand. Das V könnte für variabel stehen.
Damit haben die in der Produktion den Feinabgleich vorgenommen, NTC und Zenerdioden sind keine Präzisionsbauteile.

Bezüglich Model-Abgleich mit der Realität, lohnt ein Blick auf Ewalds Webseite: https://www.motelek.net/
Man findet dort auch zahlreiche auf einem Generator-Prüfstand aufgenommene Kennlinien verschiedenster Generatoren in Tabellenform (Drehzahl, Spannung, Strom), als Excel-Screenshots.

Da braucht man eigentlich nicht mehr selbst messen.
Gruß Wulf

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Xelzbrot - 29.12.2023

Hallo Wulf,

vielen Dank für den Hinweis mit dem Widerstands-Trimmer. Da hatte ich das Schaltbild mangels Kenntnis falsch interpretiert.
Als einstellbarer Widerstand ergibt das Bauteil für mich endlich Sinn. Intuitiv hatte ich den Trimmer im Simulationsmodell ja schon dafür verwendet, die Schaltung abzustimmen (siehe erster Beitrag). Cool

Guter Hinweis auch mit den Kennlinien von Ewald (Beispiel 1). Damit könnte tatsächlich ein einfaches Generator-Modell angenähert werden, für Spannung und Leistung an Klemme "1~", in Abhängigkeit der Drehzahl.
Die Parameter unterscheiden sich selbstverständlich von Marke zu Marke und von Fahrzeug-Modell zu Fahrzeug-Modell.
Desweiteren unterscheiden sich die Ladeleistungen (sprich die Parameter des Generator-Modells) zwischen den Fällen "Licht an" und "Licht aus". Grund: Wie u.a. im Artikel ULO EBL 801 beschrieben, muss bei Abschalten des Lichts, die Lichtspule kurzgeschlossen werden, sodass die Ladespule genügend Ladeleistung erzeugen kann.
Außerdem hängt die Ladeleistung von der Magnetisierung des Polrades ab, welche über die Jahre abnimmt.

Aus diesen Gründen kann das Modellieren (allein) des Generators, nur eine grobe Näherung darstellen. Von den anderen Komponenten ganz zu schweigen.
Vielleicht findet sich ja dennoch mal jemand, der das Thema aus Spaß angeht. Ich persönlich nutze die Zeit wohl doch lieber anders: Cheers

Viele Grüße und bis dahin,
Thomas

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Franx19 - 29.12.2023

Ich bin da auch grad bei. Werd dazu auch mal was schreiben. Aber eher erstmal
zu grundsätzlichen Problemen dort wie SI Kästen, schwarze Kabel.Tote Lötstellen,
usw. Bei ca 80 % der Boxen sinds meist nur Kleinigkeiten. Man muss nur wissen,
wie und wo. Platinen selber zu reparieren,lohnt sich kaum noch,hab davon schon
ein grösseres Lager,lohnt sich für mich nicht .Bei Überprüfungen kommen so schon
genug heile Boxen raus,die dann bei Freunden und guten Bekannten landen.

Frohes Neues

franx

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 02.02.2024

@Thomas,

die Ladespule (egal ob nur 6 Volt 10 oder 6 Volt 30 Watt) arbeitet nach dem Konstantstromprinzip, so können je nach Konfiguration zwischen unter einem und bis zu 5 Ampere Ladestrom zum kleinen Akkublock fließen. Der NTC Widerstand misst die Temperatur zwischen zwei Zellen und verringert bei zunehmender Erwärmung die Ladeschlußspannung, folgedessen wird der Thyristor (steuerbare Gleichrichterdiode) immer seltener angesteuert. Die Ladeschlußspannung sinkt allmählich auf Werte um ca. 7 Volt ab, dabei fließen dann auch kaum noch nennenswerte Ladeströme.

Sehr wichtig bei dieser einfachen Ladeschaltung ist ein noch ausreichend niedriger Innenwiderstand aller Akkuzellen, im kleinen NiCd Akkublock. Dieser betrug im neuwertigen Zustand unter 50 MilliOhm, altgediente Energiespeicher können im schlimmsten Fall Innenwiderstände von mehreren Ohm erreichen und dann wird es auch mit dem zuverlässigen einhalten der Ladeschlußspannung eng. In seltenen Fällen findet man heute 40 Jahre alte 6V 1,2Ah NiCd Akkupacks von Saft aus Frankreich, welche sogar noch bedingt Einsatzfähig wären. Aber ein Innenwiderstand von üppigen 500 MilliOhm, würde kaum noch zwei parallelgeschaltete 6 Volt 21 Watt Glühlampen hell zum leuchten bingen.

[Bild: alter_nicd.jpg]

Immerhin betragen bei ca. 7,5 Ampere Nennstrom die thermischen Verluste im alten Akkublock ungefähr 29 Watt, da kommt nicht mehr viel elektrische Energie an den dicken Glühlampen an.

Bitte keine Messversuche mit irgend einem Digital Multimeter anstellen, das funktioniert nicht! Bei diesem abgebildeten Messinstrument handelt es sich um ein hochpräzises MilliOhmmeter, wo man gleichzeitig an bis zu 100 Volt DC Betriebsspannung den Innenwiderstand direkt ablesen kann. Unter anderem könnte man damit Übergangswiderstände von Kabelbäumen (inkl. Steckverbindungen oder Schalter) sehr genau vermessen, ohne dabei irgend etwas abstecken zu müssen. Es wäre sogar möglich bei eingeschaltetem Rücklicht an einer Zündapp KS50 WC (direkt an der Rücklichtlampe), alle Übergangswiderstände bis zum Akkublock zu ermitteln. Steckt man das Kabel von 49a an der ULO Box mit integriertem Blinkgeber auf die Steckzunge 49 (6 Volt Dauerplus) an, kann man direkt an eingeschalteten Blinkerlampen, ebenfalls alle Übergangswiderstände in Summe direkt ablesen. Auch den Übergangswiderstand von geschlossenen Unterbrecherkontakten kann man damit sehr exakt überprüfen, was vor allem bei konservierten Neuteilen sehr nützlich sein kann und vieles mehr.

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Xelzbrot - 25.07.2024

Hallo Ewald,
vielen Dank für deine Hinweise und Ergänzungen aus der Praxis!

Zum Innenwiderstand des Akkublocks:

Diesen habe ich als Serienwiderstand mit 50 Milliohm noch eingefügt.
Wenn man den gealterten Akkublock mit 500 Milliohm einfügt, sieht man auch im Modell sehr schnell, dass das mit der Ladeschlussspannung in die Hose gehen muss! Wobei man das Modell hierfür nicht als Bestätigung braucht. Allerdings schön, dass sich der Effekt darin auch beobachten lässt.

Bis dahin allen einen schönen Sommer!
Grüße
Thomas

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 26.07.2024

In absehbarer Zeit werden viele Anwendungen mit NiCd oder NiMh Energiespeichern alleine von der Kosten/Nutzenrechnung "Obsolet", weil kompakte und eigensichere Lithium Eisenphosphat Akkus mittlerweile bezahlbar und von der Energiedichte sogar höher wie gute NiMh Akkus sind.

Ich nutze aus persönlicher Überzeugung keine mehrzelligen Lithium Ionen oder Lipo Akkus, auch bei einzelligen habe ich aufgrund ihrer möglichen Brandgefahr eine Obergrrenze von 2500 mAh bzw. max. 10 Wattstunden Nennkapazität. Vor vielen Jahre hatte ich absichtlich einen dreizelligen Lipo von einem Laptop stark überladen und wollte dabei die möglichen Reaktionen beobachten. Dieser kompakte Akku ging aber entgegen meiner damaligen Erwartungen so schnell durch, dass ich ihn nur noch aus dem offenen Fenster in den Garten katapultieren und dort langsam abbrennen lassen konnte. LifePo4 Energiespeicher kann man dagegen sogar richtig grob misshandeln und es passiert im Grund gar nichts, außer dass es im schlimmsten Fall gröber zu qualmen beginnt!

https://www.youtube.com/watch?v=aIy6S0TdSSE

Im direkten Vergleich zu kleinen kostengünstigen Bleiakkus kann man LiFePo4 mit hohen Ladeströmen versorgen und folglich auch an sehr schwachen Magnetzündergeneratoren gute AC/DC Kombinationen, zur Versorgung von Gleichstrom Bremslicht, Blinker, Hupe usw. realisieren. So konnte ich zum Beispiel ein altes italiensischen Viertaktmoped mit bescheidener 6 Volt 18 Watt Lichstspulenleistung,

[Bild: 6v-lichtspule_motom48.png]

auf 12 Volt 25 Watt Scheinwerferlampe und ausreichendem Ladestrom (ohne Änderungen an der Lichtspule) optimieren.

[Bild: 12v-geregelt_motom48.png]

In diesem Zusammenhang benötigt man nur noch einen kleinen 12 Volt LiFePo Energiespeicher und einen kostengünstigen lastunabhängigen Blinkgeber, ULO EBL 801 wird deshalb weitgehend überflüssig (außer für Leute) welche immer alles "Orschinoool" sehen wollen!

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Malloc - 26.07.2024

Hallo Ewald,
Deine Abneigung gegen Li-Ionen Akkus nimmt ja fast paranoide Züge an!
Wenn man weiß was man tut bleiben die völlig unauffällig und erfreuen durch höchste Energiedichte. In meiner 515 verrichten seit bald 10 Jahren drei aus einem Notebook-Akku ausrangierte 18650-Zellen klaglos ihren Dienst. Die Selbstentladung ist kaum messbar, Nachladen im Winter sinnlos.

Aber du hast Recht, wenn man die misshandelt, wehren sich Li-Ionen spektakulär!

Das Schöne an den LiFePO4 ist, dass die fast immer mit einem BMS daher kommen und somit gegen fast alle Misshandlungen geschützt sind. Macht daher Sinn die für solche Umbaumaßnahmen zu verwenden.
Gruß Wulf

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 26.07.2024

Folgenschwere Unfälle mit Lipo oder Lithium Ionen Akkus ereigenen sich nach meinen Erkenntnissen annähernd so häufig, wie die "seltenen Einzelfälle an Volkswagen Produkten". Aus meiner näheren Nachbarschaft wurden mir in den vergangenen 2 Jahren mindestens 2 schwerwiegende Vorfälle durch Elektrofahrräder bekannt, wo jedes mal auch die Feuerwehr ausrücken musste. Auch kleinere Lithium Ionen Akkus verursachen eine riesige Sauerei, wenn sie brennen.

https://www.rockcrawler.de/thread/8642-haus-in-brand-durch-lipo/

Deshalb meide ich solche brandgefährlichen Energiespeicher, auch wenn sie derzeit die höchte Energiedichte erreichen.

PS: Einer meiner beiden Nachbarn (dessen Vorhaus beim Brand seines E-Bikes recht über zugerichtet wurde), erwarb letztes Jahr ein neues Fahrrad mit 48V 18Ah Lifepo4 (16s) Akku und 864Wh Nennkapazität. Mittlerweile ist ihm höhere Sicherheit vielfach wichtiger, als geringfügig weniger Gewicht zum mitschleppen.

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Malloc - 26.07.2024

E-Autos, aktuell fast ausschließlich mit Li-Ionen bestückt, brennen jedenfalls eher seltener als Verbrennerfahrzeuge ab. Das sagen die Versicherer, und das sind ganz kühle Rechner. Das kostet beispielsweise die Teilkasko (Diebstahl & Brand) für den Golf um 300€, für den ID.3 als E-Pendant nur 150€.

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 26.07.2024

Würde mir jemand ein Elektrofahrzeug mit Lithium Ionen Akks schenken, dann biete ich diese Karre wahrscheinlich noch am gleichen Tag zum Verkauf an. Auch bei uns in Österreich , ist die Nachfrage nach deratigen Fahrzeugen sehr stark eingebrochen.

https://www.kleinezeitung.at/wirtschaft/18458608/verbrenner-gefragt-neuzulassungen-legten-im-april-deutlich-zu

Wenn ich meine beiden geräumigen Diesel Passat 35i B3 und B4 von 1993 und 1994 richtig volltanke (ca. 92 Liter Tankinhalt), dann kann ich damit ca. 1800 Kilometer bis zum nächsten Tankstop fahren. Diese Eigenschaften sind mir viel wichtiger als fragwürdige moderne Komforttechnik oder höhere Motorleistungen!

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Franx19 - 26.07.2024

Hey Wulf,
alle Verleiher von E Autos schmeissen diese in Massen aus der Flotte.Da exorbitant teuer in Reperaturen
gegenüber Verbrennern. Der Wiederverkaufswert geht immer weiter in den Keller. Hier steht schon bei Auto
Ankäufern schon draussen gross dran,"Kein E Auto Ankauf" usw. Die Nummer ist durch,völlig vergeigt,nicht
nur in Deutschland. Aber seh es wie Habeck und dem Heizungsgesetz. Er wollte halt mal sehen,wie weit
man gehen kann.Aber ist arg OT,trotzdem ne Tatsache.

Schönes we trotzdem Wavetowel2

franx

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - schlossgeist - 26.07.2024

hallo franx!

ich hab soeben für dich den hier absichtlicht abgeschafften danke button gedrückt!!!!!
=====================================================
brennende e- autos und solardächer mögen die feuerwehren nicht gerne löschen.
die werden schon einen grund dafür haben?
halt nur" für die umgegend möglichst schadenfrei" abbrennen lassen.....
so die siegener feuerwehr und die freiwilligen rundum.

grüsse
markus

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 27.07.2024

Was in unserer Gegend zur Zeit allmählich beliebter wird, sind solche chinesische Elektro Lastendreiräder.

https://www.nero-direkt.at/de/produkt/elektro-lastendreirad-nero-thunder/?gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMIjK_q99PGhwMVM6iDBx3P4i0pEAMYASAAEgLfdvD_BwE

Vor allem gilt diese 25 Kmh Kategorie laut Stvo als Fahrrad, benötigt kein Kennzeichen, keine Versicherung und darf sogar von Kindern ab 10 Jahren gefahren werden. Sogar ehemalige Alkolenker welchen der Führerschein sehr lange oder dauerhaft entzogen wurde, sieht man vermehrt mit derartigen Vehikeln herumkurven. Was mich in diesem Zusammenhang positiv oder besser gesagt auch Schadenfroh stimmt ist die Tatsache, dass solche Fahrzeuge vermehrt in Parkverbots, Gebühren-Parkzonen usw. abgestellt werden, denn es gibt keine Kennzeichen welche die Parkplatzmafia aufschreiben und anzeigen könnte.

Für mich kämen solche Fahrzeuge allerdings schon aufgrund des viel zu kleinen Energiespeichers niemals in Frage, da müssten schon über 10 Kwh LiFepo4 Speicherkapazität vorhanden sein und dann würde das ganze wieder unbezahlbar.

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Xelzbrot - 28.07.2024

Hallo zusammen,
in meinem bescheidenen Heimatdorf ging anno 2022 auch ein Wohnhaus "in die Luft", wegen eines Party-wütigen PV-Batteriespeichers. Reines Glück, dass niemand dabei ums Leben kam. Habe bisher aber keine Angabe gefunden, welcher Akku-Typ das war.
Hier ein paar Artikel zum Vorfall: https://www.ecosia.org/search?tt=mzl&q=Bodnegg+explosion

Ich sehe das Thema "hochgehende Lithium-Ionen-Akkus" gerne wie folgt, aus der Perspektive einer Sicherheitsanalyse:
https://de.wikipedia.org/wiki/Sicherheitsanalyse
Nimmt man "Eintrittswahrscheinlichkeit mal Schadenhöhe" so bekommt man das Schaden-Risiko und kann Maßnahmen ableiten.
Da die Schadenhöhe meist immens ist, reicht eine kleine Eintrittswahrscheinlichkeit, um die Gefahr zu erkennen, die schlummert.
Hinzu kommt die schiere Menge: Wenn nur einer von einer Millionen Akkus in sagen wir 10 Jahren (nach Alterung) abraucht, ist das stumpf eine Wahrscheinlichkeit von 0,0001%. Erscheint erstmal klein. Aber bei sicherlich in die Hunderte Millionen gehenden Akkus allein in Deutschland, wären das immernoch über 10 Akkus pro Jahr, die locker mal ein Haus abfackeln lassen können.
Hinweis: Die Zahlen sind meine eigene bescheidene Schätzung. Gibt sicher auch Statistiken irgendwo... Zumindest sollte es die geben...

Interessant, dass wie Malloc schreibt, Versicherer die Fahrzeuge so günstig versichern. Hier in meiner Kreisstadt brannte ein an die Ladesäule angeschlossenes E-Fahrzeug in einer öffentlichen Tiefgarage in der Innenstadt ab:
https://bis-september2023.diebildschirmzeitung.de/diebildschirmzeitung/diebildschirmzeitung-le/7350-vollbrand-eines-kfz-in-der-ravensburger-marienplatz-tiefgarage
Selbst wenn die Akkus im "Stillstand" stabil gehalten werden können, unterstützt durch das BMS, so stellt das Laden einen kritischen Vorgang dar, der das System aus dem Gleichgewicht bringt.
Was mir halt auch physikalisch bedingt etwas Sorge macht: Plus- und Minus-Teilchen sind in der Batterie unglaublich nah beieinander. Beim Verbrenner ist dagegen das Benzin zunächst einmal weit weg der Zündkerze.
Denke bei Verbrennern sind die Hauptursachen aber ohnehin hauptsächlich Kabelbrände?

----

Nun habe ich aber noch technische Fragen an Ewald. Ich zitiere:

Zitat:Im direkten Vergleich zu kleinen kostengünstigen Bleiakkus kann man LiFePo4 mit hohen Ladeströmen versorgen und folglich auch an sehr schwachen Magnetzündergeneratoren gute AC/DC Kombinationen, zur Versorgung von Gleichstrom Bremslicht, Blinker, Hupe usw. realisieren.

Zitat:In diesem Zusammenhang benötigt man nur noch einen kleinen 12 Volt LiFePo Energiespeicher und einen kostengünstigen lastunabhängigen Blinkgeber, ULO EBL 801 wird deshalb weitgehend überflüssig (außer für Leute) welche immer alles "Orschinoool" sehen wollen!

-> Du hast einfach die Wechselspannung gleichgerichtet (z.B. passiver Diodengleichrichter) und direkt an den Akku angeschlossen ohne zusätzlichen Regler?
Oder gibt es zumindest eine Spannungsbegrenzung / Ladestrombegrenzung ?
Hast du ein Schaltplanbeispiel oder Angaben der verwendeten Komponenten?

Viele Grüße
Thomas

Ach, meine Frage zur Konfiguration ist ja schon lang beantwortet. Wer lesen kann ist klar im Vorteil: Kokusan Laderegler Read

(Typisch ich, mit meiner manchmal schlechten Auffassungsgabe Idea3

)

Zitat:

Grüße
Thomas

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 28.07.2024

Ohne geregelten Gleichrichter (egal ob Einpuls, Vollweg oder Drehstrom), sollte man niemals einen Akku anschließen!

Im allgemeinen sind LFP Akkus weitgehend kompatibel mit Bleiakkus, unterliegen allerdings nicht deren überwiegenden Nachteilen! Weil ich nicht mehr der jüngste bin, vergesse ich in letzter Zeit auch schon deutlich mehr als früher. Unter anderem habe ich mal eine einzelne beinahe leere A123 3,3V 2500mAh Zelle der Baugröße 26650, an einer gerade freien Steckdose mit einem 5 Volt 2A Steckernetzteil und 2,2 Ohm 10 Watt Vorwiderstand geladen, wollte diese aber nach spätestens einer Stunde wieder vom Ladestrom trennen. Allerdings habe ich darauf völlig vergessen und diesen Irrtum erst am nächsten Tag bemerkt. Diese gute arme Zelle war nach dieser unabsichtlichen Misshandlung zwar ordentlich warm, hat aber nicht gegast und konnte sogar 2 Jahre später immer noch Ladung speichern. An Lithium Ionen oder Lipo Zellen sollten einem solche Fehler nicht unterlaufen, das könnte auch schlimm daneben gehen.

Von leistungsfähigeren E-Bike Akkus oder PV-Speichern im 2 stelligen Kilowatt Bereich will ich erst gar nicht an die möglichen Folgen denken, wenn da etwas gröber schief läuft? Sobald bessere und weniger brandgefährliche Energiespeicher anstelle von aktuellen Lithium Ionen Akkus mit hoher Energiedichte das große Geschäft dominieren, werden garantiert unzählige Warnhinweise "vor der alten gefährlichen Akkutechnik" offiziell verbreitet werden. Derzeit verdient aber eine milliardenschwere Lobby sehr gut an diesem Massenmark von Energiespeichern, deshalb sollte man sie auch nicht im großen Stil öffentlich schlecht reden?

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Malloc - 03.08.2024

Ist schon seltsam wie emotional das Thema Elektromobilität diskutiert wird, aber Stammstischparolen müssen manchmal einfach raus und das macht ja auch Spaß Daumhoch

Die Presse in Deutschland ist da sicher nicht ganz unschuldig, steile Thesen bringen Aufmerksamkeit im Kampf mit den alternativen Angeboten in You-Tube, Tik-Tok etc.

Hin und wieder kommen da auch seriösere Aussagen, wie Anfang der Woche in diversen Printmedien nachgedruckt (Ausriß aus Spiegel online):

Richtig aber, dass Deutschland hier den führenden Nationen hinterher hängt.

Die Akku-Diskussion ist leidig. Li-Akkus gehören nicht in die Hände von unkundigen Bastlern oder windigen Klitschen, die mal schnell ein e-Bike quick&dirty auf den Markt werfen.

Aber eigentlich ging es in dem Thread um Simulationsmodelle via LT-Spice: dazu habe ich mir ein paar Gedanken gemacht, gleich mehr.
Gruß Wulf

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Malloc - 03.08.2024

Thomas wollte ursprünglich ein LT-Spice Simulationsmodell für eine ULO-Box als bauen.

Für die, die damit nichts anfangen können: Spice ist eine Software zur Simulation elektrischer Schaltungen.
LT-Spice eine kostenlose, aber sehr leistungsfähige Implementierung der Firma Linear Technology.

Wie schon gesagt, die ULO-Box finde ich alles andere als interessant, da ziemlich primitiv und ohne Optimierungpotential.
Interessanter wäre da ein Model des Generators im Moped und die Frage, was man da im optimalen Fall an Leistung rausholen könnte. Denn genau dafür baut man ein Modell: schnell mal was testen, was in realer Umgebung sehr, sehr lange dauern würde.

Als Beispiel und Grundlage habe ich mir aus Ewalds Motoelek-Datenbank zwei Messreihen eines Bosch Mhkz 6 Volt 35/30 Watt Sternanker-Generators geladen. Denke dass dieser oder ein ähnlicher Generator in etlichen 50ccm Mopeds verbaut ist, um die es hier oft geht.
Anbei ein Screenshot des Modells, im Anhang die Netzliste (zip bzw .asc).

Das Model besteht aus zwei Spannungsquellen mit Spice-Direktiven, die erstmal die drehzahlabhängige Leerlaufspannung beschreiben. Da das Modell über die Zeitachse läuft, habe ich einfach jeweils 1000U/min auf eine Sekunde abgebildet. Das Model läuft 10s, bildet also den Drehzahlbereich bis 10.000 U/min ab.

Der Innenwiderstand bilden R1 und L1 ab, die Wirbelstromverluste R2. R3 ist die eigentliche Last, also z.B. eine Glühlampe.
Die Spice-Direktive .step param X ... läßt den Widerstand von 0,5 Ohm bis 5 Ohm durchfahren, um das jeweilige Leistungs-Optimum für eine bestimmte Drehzahl zu finden.

Den Innenwiderstand R1 entspricht dabei genau Ewalds statischen Messungen. L1 muss mit 5mH ca doppelt so groß sein, damit das Modell die realen Messungen aus der Tabelle trifft. Nehme an, dass die Induktivität im Einbauzustand wirklich auch diesem Wert entspricht. Ewald misst vermutlich statisch im ausgebauten Zustand.

R2 wurde über die Leerlaufspannung approximiert.

Und was hat man nun davon?

Mit schöner Regelmäßigkeit werden hier Fragen z.B. nach dem Einsatz von LED-Retrofits für den Scheinwerfer gestellt.
Seriöse Teile wie die Philips Ultinon Pro6000 Boost H4-LED Scheinwerferlampe mit Straßenzulassung* brauchen ungefähr 20W Gleichstromleistung. Jetzt kann man in dem Modell schauen, ob und unter welchen Randbedingungen die Generatorleistung erzeugt werden kann.

Die Antwort wäre, so ab 2500 U/min wäre das möglich, wobei der Gleichrichter eine Last von ca 1,5 Ohm darstellen muss.
Soll er dabei noch einen Akku laden, wird da nur bei höheren Drehzahlen funktionieren, wobei der Arbeitspunkt des Gleichrichters in Richtung höherer Widerstände für optimalen Ladestrom zu verschieben ist.
Das funktioniert natürlich nicht mit einer ULO-Box oder einem Kokusan-Regler, die sind dafür viel zu primitiv, halt auf dem Stand vor Jahrzehnten. Das muss ein aktiv gesteuertes Teil sein.

Zugegeben, eine recht theoretische Sache, aber durchaus machbar.

Gruß Wulf

* strenggenommen nur für einzelne Fahrzeugmodelle zugelassen.

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 03.08.2024

Hallo Wulf,
dafür eignet sich ein kostengünstiger geregelter Drehstrom Gleichrichter und ein kompakter 12V 6Ah LiFePo4 Energiespeicher. Ich habe unter anderem ähnliche Messungen am Prüfantrieb mit einer 12 Volt 35/35 Watt Biluxlampe durchgeführt.

[Bild: dc-bordnetz_ks175.png]

Mit Bleiakkus würde das nicht sehr lange funktionieren weil der zyklische Ladungsdurchsatz auf Dauer zu hoch wäre, weiters sind keine annähernd vergleichbaren Ladeströme möglich (außer man montiert einen üppigen 12V 44Ah Bleiakku im Koffer auf den Gepäckträger). Ich bis in des späten 70er Jahren so mit dem Moped gefahren und hatte unter anderem auch eine Kompressorfanfare montiert, mit kompakten Motorradbatterien hätte das damals nicht funktioniert.

[Bild: ktm504s.jpg]

Im laufe der kommenden Jahre werden garantiert noch mehrere lichttechnische LED Gutachten für verschiedene technisch historischen KFZ dazukommen. Nimmt man dann noch zur Kenntnis dass umfangreiche technische Grundkenntnisse und uniformierte Straßenräuber irgendwie gar nicht zusammenpassen, erwarte ich in diesem Zusammenhang für die Zukunft eher wenig offizielle Konflikte.

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Malloc - 03.08.2024

Hallo Ewald,
ist das wirklich ein Foto von Dir aus den 70ern?
Einfach nur klasse! Bedauere das ich keines aus der Zeit mit Moped habe.

Aus dem getunten Generator aus deiner Liste oben lässt sich natürlich schon wesentlich mehr rausholen, aber auch hier kommt man bei 2500 U/min mit einem einfachen Drehstrom Gleichrichter auf Grund der niedrigen Wechselspannung nicht zu einem Dauerbetrieb bei 20W Last. Obwohl die Leistung durchaus da wäre. Man braucht einen gesteuerten Converter.

Unterm Strich wird's vermutlich auch ohne Converter funktionieren, Dank dem dicken und modernen Akku : wer fährt schon länger mit nur 2500 U/min.
Gruß Wulf

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 04.08.2024

Das war der damals erst 14 jährige Sohn von einem früheren Arbeitgeber, welcher gerne mit Mopeds und Traktoren gefahren ist. Polizeistreifen waren zu dieser Zeit (außer auf Hauptstraßen) eher selten unterwegs.

Dieses ursprüngliche KTM 504S "Frankenstein" Moped von 1972 nützte ich bis 1979 überwiegend zum ziehen vom Anhänger, welcher auch mit Bremsleuchten ausgestattet war. Irgendwie musste ich damals auch Fernsehgeräte, Werkzeug, Installationsmaterial usw. transportieren, deshalb war es auch nur auf eine bescheidene Endgeschwindigkeit von max. 70 Km/h übersetzt.

Einzig Piaggio, Aprilia und Derbi Senda verwenden für EURO 4 Zweitaktmopeds (ab 2018) einen fragwürdigen Converter. Deren kompakte 12 polige Generatoren, erzeugen schon bei 6000 Upm annähernd 100 Volt Leerlaufspannung und ca. 9,25 Ampere Kurzschlußstrom. Damit der Konverter (welcher zum einen pulsierenden Gleichstrom für das Fahrlicht und am Ladeausgang höhere Ladestrome erzeugt) überhaupt anläuft, müssen die AC Leerlaufspannungen deutlich über 20 Volt liegen. Diese Komponenten werden außerdem recht kostengünstig angeboten.

https://www.gearparts24.de/stator-a6850.html?gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMI-YjEvu3ahwMV6DcGAB2dzhKCEAQYBSABEgJPR_D_BwE

Im direkten Vergleich wollen viele schmierige Schrotthändler für unbrauchbaren uralten Schrott, schon deutlich mehr kassieren.

PS: Hier noch das aktuelle traurige Resultat, eines von vielen so hochegelobten E-Fahrzeugen mit (nicht eigensicheren) Lithium Ionen Akkus:

https://www.laumat.at/medienbericht,zwei-tote-unfallopfer-bei-buchkirchen-nach-frontalaufprall-an-baum-im-auto-verbrannt,35519.html

Zum Glück lenkte mein Sohn einen soliden Audi 80 TDI, als er von einem Fiat Ducato frontal abeschossen wurde.

https://www.laumat.at/medienbericht,zwei-teils-schwerverletzte-bei-heftigem-crash-auf-rieder-strasse-in-st-marienkirchen-am-hausruck,29261.html

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Malloc - 04.08.2024

(04.08.2024, 09:04)Ewald schrieb: PS: Hier noch das aktuelle traurige Resultat, eines von vielen so hochegelobten E-Fahrzeugen mit (nicht eigensicheren) Lithium Ionen Akkus:

https://www.laumat.at/medienbericht,zwei-tote-unfallopfer-bei-buchkirchen-nach-frontalaufprall-an-baum-im-auto-verbrannt,35519.html

Benzin brennt nach heftigen Baum-Kontakt mindestens genau so gut, wurde diese Woche in diversen Medien verbreitet:
https://amp.focus.de/panorama/welt/sportwagen-brannte-komplett-aus-zwei-menschen-sterben-nach-illegalem-rennen-in-porsche-video-zeigt-verkohlte-ueberreste_id_260167805.html

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 04.08.2024

Deshalb fahre ich schon seit 1983 nur noch mehrspurige KFZ mit sparsamen Dieselmotoren! 1974 ist ein damals 19 jähriger Cousin von mir in seinen 1300er VW Käfer verbrannt, nach dem er einen Baum am rechten Fahrbahnrand traf!

RE: elektrisches Simulationsmodell einer ULO 801-36 in LTspice - Ewald - 17.09.2024

Aufgrund eines aktuellen (nicht sehr schönen Hackerangriffes auf zahlreiche moderne Pager) kann man sich gut vorstellen, welch zerstörerische Wirkung selbst kleine einzellige Lipo oder Lithium Ionen Akkus im schlimmsten Fall verursachen können!

https://www.juedische-allgemeine.de/israel/hisbollah-pager-explodieren-dutzende-verletzte-bei-hackerangriff/

Dass über schwer nachvollziehabe Umwege die vermeintliche Pager-Lieferung großzügig manipuliert wurde um im Endeffekt damit auch Berge versetzen zu können, ging aus den Medienberichten vor 5 Tagen noch nicht eindeutig hervor.

https://www.derstandard.at/story/3000000237027/was-bisher-zu-den-technischen-h-der-pager-attacke-auf-die-hisbollah-bekannt-ist

LiFepo4 Energiespeicher mit integriertem BMS sind weitgehend Eigensicher und vor allem auch Kurzschlußgeschützt, aber mit klassischen Lithium Ionen Akkus oder extra kompakten Lipos möglicherweise unüberlegt an Mopeds basteln halte ich für keine schlaue Idee. Deshalb habe ich zu dieser Technik absolut kein persönliches Vertrauen, obwohl sie die derzeit höchstmögliche Energiedichte bietet!