Bra att veta om bilbatterier och andra blyackumulatorer

[fredde e]

Med tanke på alla goda råd här, är väl mittinlägg som att svära i kyrkan. Mätte idag på skoj  på 3 bilar. MB,VW, Jaguar. ALLA laddar med 14,5 Volt. Och inte bara mätaren i bilen utan mätt med 2 olika instrument. MB är en Sommarbil  från 75 och stått alltid, sommar som vinter med en underhållsladdare från Lidl för 175.-- kronor. En Traktor, en Lada Niva, två BMW motorcyklar, Jaggan, och Mercan, alla har likadana underhållsladdare och blir bortkopplade endast vid körning. Tittade idag på mina kvitton och det är 8 år sedan jag köpte ett batteri. Batteriet  MB är bevisligen 12 år och har alltid stått med samma billiga laddare.
Detta faktum tycker jag bevisar att det mycket väl går att koppla batterier ständigt till en underhållsladdare. Och även att laddningen i bilar tom sedan 70 talet är 14,5 volt.

[torbjorn]

Under vilka förhållanden mätte du upp den laddspänningen? Utetemperatur, tid motorn hade varit igång sedan kallstart osv?
Jag skulle nog vilja säga att kring 14,5 V är fullt normalt direkt efter kallstart när utetemperaturen är mellan 0 och +10 grader,  direkt efter kallstart vid -30 kan man vänta sig uppåt 16 V ,  om bilen har varit igång flera timmar i sträck och  i synnerhet mitt i sommaren så bör spänningen inte vara över 14 V.

Så gott som alla laddningsregulatorer som har tillverkats från slutet av 60-talet och fram till idag (åtminstone om vi bortser från riktigt tvivelaktiga piratdelar) är ju temperaturkompenserade och ger högre spänning ju kallare de är.  På gammaldags mekaniska regulatorer löste man det med en bimetallfjäder (t ex Bosch och franska märken) eller ett temperaturberoende motstånd i serie med spolen (t ex originalregulatorn i VAZ från 70-talet), på elektroniska regulatorer brukar man utnyttja temperaturdriften hos en zenerdiod. En del riktigt avancerade lösningar, bl a en regulator som användes något enstaka år på Volvo 700-serie, har en extern tempgivare som ligger an mot batteriet.

[fredde e]

Både Mercan och Jaggan har ju en mätare inbyggd. De mätare visar alltid 14,5 Volt oavsett temperatur, eller tid. Har aldrig sett en annan spänning. Och batterierna håller en evighet, kanske också för att de aldrig tillåts att dra ur nämnvärt. Tack vare underhållsladdarna.

[torbjorn]

Det kan nog vara idé att jämföra med en bra digitalmultimeter av pålitligt märke (t ex Fluke) också.

I franska 70-talsbilar finns ofta en voltmeter istället för laddningskontrollampa, den är avsiktligt temperaturberoende på samma sätt som laddningsregulatorn, så den visade ungefär samma spänning vare sig bilen var varm eller kall. Det är ganska vanligt med sådant "fiffel" i bilinstrument, för att inte oroa halvkunniga kunder i onödan.  Ett exempel är tempmätaren i Volvo 700-serie från 1987 och framåt, den är gjord så att nålen står stilla rakt upp så länge motortempen ligger mellan ungefär +50 och +110 grader.

[fredde e]

Förut skrev jag ju att jag mätte med instrument utöver de i bilarna. Jag fick samma värde.

[torbjorn]

Den enda någotsånär moderna laddningsregulator för bil jag känner till, som inte är avsiktligt temperaturberoende, är en som är tillverkad av tjeckiska PAL-Magneton och som används på Skoda från början av 80-talet. Där har man, till skillnad från alla andra elektroniska laddningsregulatorer, valt en zenerdiod med minsta möjliga temperaturberoende.

Ett annat fall där man kan vara tvungen att avstå från temperaturkompenseringen är militärfordon där man måste följa en äldre amerikansk standard  MIL-STD 1275B för elsystemet. Enligt den standarden har man visserligen ganska breda gränser för tillåten systemspänning (25-30 V i ett 24 V-system), men egentligen borde man höja spänningen mer än standarden tillåter när batteriet är kallare än ca -10 grader.

[BjörnBjörn]

Test

Hej Torbjörn!
Tack för en mycket intressant tråd!
La ett citat till dig då jag hoppas att det gör att du ser detta medelande, vill inte skicka privat medelande då jag vill hålla din kunskap öppen för alla

En lång historia kort, jag ska bygga min egen el-cykel och har tänkt lägga detta på en mycket amatörmässigt nivå! För att driva min 24 v elmotor har jag fått ett gäng gamla mc-batterier som jag tänkt ta de 2 bästa och seriekoppla.

Har endast en billig 12v 2a laddare från biltema och på 2 av batterierna anges dem på laddaren som "Full", när jag tar bort laddaren och mäter spänningen över polerna ligger de dock bara på 7,6 samt 10,4 V. Är det nån form av kortslutning internt mellan cellerna och de är bara att köra på återvinningen?

På de 2 andra batterierna ligger spänningen på 1,5 samt 0,3 volt, hur länge de stått oanvända vet jag inte men jag tänkte testa att ladda dem o se om det går att skrämma liv i dem.

[Själv är bäste dräng]

I väntan på torbjörn kan jag nästan säkert säga att det är återvinningen som gäller för de där.

[torbjorn]

Jag skulle nog vilja säga att om man laddar försiktigt och väl kontrollerat med ett labbnätaggregat och kör desulfatering på batterierna några veckor, så finns det nog visst hopp om att ett eller annat av dem skulle kunna bli någotsånär användbart - åtminstone som startbatteri sommartid.  När det gäller små mc-batterier som är sådär dåliga så skulle jag vilja säga att det är 10-20 % chans att man kan få ordning på dem med desulfatering.

Hur hög effekt har 24 V -motorn? Min erfarenhet är att mc-batterier och liknande ofta har ganska hög inre resistans, så de är nog inte så lämpliga för det här driftfallet.

"Intelligenta" laddare som själva indikerar när batteriet är fulladdat osv, fungerar bra på batterier av god kvalitet som är i stort sett i nyskick, men gamla dåliga batterier brukar kunna lura sådana laddare.

[BjörnBjörn]

Tack så mycket för svar! Desulfatering i några veckor, har inte kollat upp än vad det innebär men kan nog gissa mig till att det är utanför min ambitionsnivå att lyckas genomdriva.

Har haft de på laddning nu ett tag och de verkar finnas iaf tecken på liv i vissa av dem, kommer upp i volt till nära 12 v iaf så får se hur de fungerar i realiteten, i värsta fall får jag åka o hämta några nya.

Motorn är en borstmotorer på 350 w så den är ingen best direkt, framtiden får utvisa hur det funkar.

Detta projekt är lite av en rolig grej, jag har 800 m till Ica så det blir ingen cykel-semester på den

[JohnA]

Tjo! Tidigare i tråden har nämnts att en typisk bilgenerator har omkring 50% verkningsgrad. Detta är riktigt uselt även om man jämför med en hel del småmotorer för lågspänning, men å andra sidan är jag inte ett dugg förvånad när det ska sparas på tillverkningskostnader, och energi att driva generatorn med finns ju med stort överskott utan att påverka vare sig bränsleförbrukning eller bilens prestanda i sådan grad att vanliga konsumenter bryr sig.

Elmotorer på några 100-tal watt eller mer brukar väl lätt kunna komma upp i över 90% verkningsgrad? Vad gör då bilgeneratorerna så dåliga? Ser inte rotorn på en typisk bilgenerator lite "missanpassad" ut, med sina trekantigt formade polskor? Rotorns magnetfält borde väl för bästa verkningsgrad matcha statorns poler som ju brukar vara helt raka/axiella? Jag kan förstås ha missat något fundamentalt här, men gissar "missanpassningen" hos de trekantiga polerna kanske kan förenkla tillverkningen och inte minst minska det tjutande ljud som uppstår när magnetpoler passerar varandra "snyggt och distinkt".

Bilgeneratorer duger ju utmärkt i bilar (för det mesta), men vill man bygga ett bränslesnålt lågspänt elverk känns 50% verkningsgrad som väldigt dåligt. Kan det t.ex. ge bättre verkningsgrad att använda en 230V synkrongenerator (är det väl?) från ett vanligt 230V portabelt elverk och sedan ladda batterierna via inverters/switchade batteriladdare? Kan man då hoppas att en modern 230V-driven batteriladdare av bättre kvalitet har god chans att vara snällare mot batterierna än en bilgenerators regulator har?

[JohnA]

Jag har ett klart udda driftfall för batteriet i min vardagsbil. I över två års tid har jag praktiserat en halvt hysterisk teknik för extrem ecodriving som går ut på att ständigt skifta mellan hård belastning på bilmotorn och ha den helt avstängd. ("hitting the Brake Specific Fuel Consumption sweet-spot") Metoden ger extremt låg bränsleförbrukning, men batteriet får ett tufft liv och under vinterhalvåret faller man lätt under det möjligas gräns, främst för att strålkastarna behövs mycket mer än sommartid.

Så som jag kör på landsväg jobbar min motor i 15-20 sekunder (alltid acceleration) och är sedan avstängd under minst en halv minut innan cykeln upprepas, om och om igen. I stadstrafik där farten är lägre och man ofta stannar blir motorns driftperioder ännu kortare. Jag har hittills inte lyckats ta död på varken batteri eller startmotor, och har trots misshandeln lyckats klara två vintrar på ett gud-vet-hur-gammalt batteri. Det blir en oerhörd massa upp- och urladdningscykler för batteri och generator eftersom jag kör så här knasigt omkring 30.000 km per år.

ATT vanliga bilbatterier verkar tåla denna misshandel under ganska lång tid tror jag mig ha bevisat, och med tanke på att jag med mina kombinerade metoder sparar sanslösa 40-50% bränsle kan jag kosta på mig nya batterier och renovering av generator+startmotor MYCKET oftare än jag gör. Tanken på att ännu fler bilbatterier då skeppas till Afrika där de krossas och materialåtervinns på samma bakgård som den fattige "blyfarmarens" barn leker känns dock inte alls trevlig. Att slösa med resurser bara för att man har råd är precis det tankesätt som försatt människan i nutidens miljöhot.

Sommartid har jag aldrig märkt något startproblem dagen efter, men nu när mörkret är ett faktum måste jag köra motorn på tomgång åtminstone sista 10 kilometrarna hem för att inte få startproblem dagen efter. -Tror jag, har faktiskt inte provat, eftersom lyset blir ganska svagt redan efter 5-10 minuter med mina eco-cykler. Låter jag motorn gå 5-10 min kan lyset sedan drivas av batteriet flera minuter utan att bli för "sömnigt", men efter ett antal eco-cykler blir skillnaderna större omedelbart då motorn stannar.

I dagsljus har jag 6-8 watt LED-baserat varselljus, LED i baklysena samt i skyltbelysningen. Ytterligare några watt går åt till instrumentbelysning och reläerna i mitt start-/stoppsystem. Motorn är oftast så lättstartad att det räcker med en liten "dutt" på startknappen, -ett enda kolvslag skulle jag tro. Mina strålkastare på 2x 50/55W ska uppgraderas med LED de också, förutsatt att ljusbilden inte blir fullkomligt fördärvad. LED-halvljuset ska enligt tillverkarens uppgifter mer än halvera förbrukningen, men så här års behövs även el för att driva kupévärmefläkt och en liten cirkulationspump, vilka sannolikt äter upp fler watt än jag sparar på strålkastarkonverteringen.

------

Nåväl, hur kan man modifiera bilens elsystem till att bättre klara dessa täta cykler? Ett extra batteri vore totalt värdelöst och jag antar att en kraftigare generator bara kan skjuta till en liten del av det som behövs, och att det till stor del beror på att blybatterier har en viss "omställningstid" från förbrukning till uppladdning, under vilken den inmatade energin bara blir till värme. Att köra hela bilmotorn i längre cykler är en VÄLDIGT dålig batteriladdare.

Vore det kanske vettigt att bara använda det ordinarie bilbatteriet vid kallstart och sedan ha Ni-MH-ack för eco-cyklerna,  kanske Li-po eller rent av "super-caps"? Dessa batteritekniker ska vad jag hört vara mycket snabbare/effektivare på att ta till sig laddning och kan man sedan enkelt anpassa generatorn och kanske höja dess effekt något, ja då räcker det att batterierna kan leverera något 100-tal watt under ett par minuter och sedan klara den för mig okända energi som startmotorn behöver till sitt lilla ryck.

Ett billigare alternativ som bara funkar på landsväg är att koppla till en extra generator på bilens ena drivaxel och på så vis stjäla en förmodligen ganska liten del av rörelseenergin ur rullningscyklerna till att hålla batteriet laddat. Om generatorn sedan har 40 eller 70% verkningsgrad spelar knappast någon roll. Det känns som att jag nog har besvarat min fråga själv... 

[Själv är bäste dräng]

Stjäl du ur rullningscyklerna så förkortar du ju dem. Inte bra.

Kan du inte montera fler generatorer och koppla dem så att de laddar när du behöver sänka farten? Fast du har kanske så planerad körning att du aldrig behöver vare sig bromsa eller motorbromsa.

[torbjorn]

Vad jag har förstått så är det framför allt kopparförlusterna i statorlindningen och i viss mån spänningsfallet i likriktarbryggan som drar ner verkningsgraden hos en bilgenerator. Förlusterna ökar mycket snabbt med ökande belastning. I början av 80-talet, då bensinen var dyr och låg bränsleförbrukning var ett bra försäljningsargument för en ny bil, var det en del biltillverkare som hade insett detta och monterade överdimensionerade generatorer, man ansåg att det gick att spara så pass mycket bränsle på det sättet att det mer än väl vägde upp den ökade kostnaden och vikten för en större generator. Ett typexempel på detta är snikmodeller av VW Golf II helt utan elslukande extrautrustning, som ändå har en stor 90 A generator.
Jag skulle tro att verkningsgraden är som bäst då generatorn levererar 20-30 % av märkströmmen och går med ett varvtal som är ungefär dubbla det lägsta varvtal då den kan avge aktuell ström.  Om man kör generatorn på mycket lågt varvtal så krävs det ju hög magnetiseringsström för att den ska hålla spänningen uppe, och då går det dels åt effekt för fältlindningen och dels gör de stora magnetiska flödena att järnförlusterna blir stora. Vid onödigt höga varvtal får man istället mekaniska förluster (kylfläkt, friktion mm), och den höga frekvensen hos växelströmmen ger onödiga virvelströmsförluster i statorn.

Anledningen till att polerna är "trekantiga" i en bilgenerator är att man på det sättet kan få en lämplig kurvform hos växelspänningen, man vill inte ha alltför branta flanker (vilket säkert ger ännu mer virvelströmsförluster mm) som det skulle bli med raka poler. På större synkronmaskiner som inte har klopolrotor utan lindade polskor, ordnar man ofta detta genom att fräsa av polskorna excentriskt så att luftgapet är större i polskornas kanter än mitt på.

[JohnA]

Stjäl du ur rullningscyklerna så förkortar du ju dem. Inte bra.

Kan du inte montera fler generatorer och koppla dem så att de laddar när du behöver sänka farten? Fast du har kanske så planerad körning att du aldrig behöver vare sig bromsa eller motorbromsa.

Visst förkortas rullningscyklerna, men om bilen antas behöva 10-15 kW för att hålla jämn fart är 100-200 "stöldwatt" inte mycket att gråta över. Med vanlig bilgeneratorteknik får man ju sura över de där låga 50 procenten i verkningsgrad oavsett VAR man stoppar in generatorn, stjäl energi gör den oavsett. Det känns då smartare att låta bilens massa vara ackumulator och låta batteriladdningen fortsätta kontinuerligt med relativt låg ström än att uppfinna metoder att ladda snabbare de korta stunder motorn är igång.

Och ja SÄBD, jag är så pass duktig på att planera körningen att jag väldigt sällan behöver använda bromsarna till annat än plötsliga oförutsedda händelser, stoppa helt från mycket låga hastigheter och till att hålla fast bilen vid stillastående. Det finns inte mycket energi att tappa ut ur min bromsning helt enkelt, det är där en stor del av förklaringen till min sjukt låga bränsleförbrukning ligger!   

[JohnA]

Vad jag har förstått så är det framför allt kopparförlusterna i statorlindningen och i viss mån spänningsfallet i likriktarbryggan som drar ner verkningsgraden....

Anledningen till att polerna är "trekantiga" i en bilgenerator är att man på det sättet kan få en lämplig kurvform hos växelspänningen, man vill inte ha alltför branta flanker (vilket säkert ger ännu mer virvelströmsförluster mm)

Den låga spänningen är alltså en stor anledning, på två olika sätt dessutom. Med aktiv likriktning (MOSFET-transistorer som slås till och från i nollgenomgångarna) borde likriktarförlusterna kunna minskas, men ska man krångla så är det kanske effektivare att bygga generatorn för 10-20ggr högre spänning så likströmsresistans och dioders spänningsfall får mindre inverkan, och sedan med switchteknik sänka spänningen igen. Det har väl förresten talats då och då om att höja bilars standardiserade 12V till något betydligt högre?

Nu förstår jag det där med rotorpolernas form bättre. -Brantare flanker har högre innehåll av höga frekvenser som i sin tur kräver tunnare lameller i statorkärnan för att motverka virvelströmmarna, och säkert även exklusivare järn. När man pysslat lite med utgångstransformatorer till rörförstärkare känner man igen det där... 

[JohnA]

Nu när vi bollat saken lite mellan oss känns det som att klart vettigaste lösningen på mitt batteri- och strömproblem är en extra generator driven av bilens hjul. Åtminstone på DIY-vänlig vedbodsmekarnivå. En remskiva på ena drivknuten är nog det enklaste att lösa när man har framhjulsdrift och inte enkelt kan meka sig in i växellådan.

[JohnA]

Läste nyss följande på Wikipedia:

The underlying fault with all lead acid batteries is the requirement for an excessively long charge time arising from a two-stage process: bulk charge and float charge. All lead acid batteries, irrespective of type, are quick to charge to 70% of capacity within 2 or 3 hours, but require another 9 to 10 hours to "float charge" after the initial charge. If users fail to float charge, battery capacity is dramatically reduced. All types of batteries have a "memory" in that every time a user charges to less than 100% charge, battery capacity is shortened.

https://en.wikipedia.org/wiki/VRLA_battery

[JohnA]

Om jag kopplar en generator till ena drivknuten blir det inte mycket snurr på den. Eftersom motorn trots allt snurrar 1/3 av restiden och Ah-balansen klarar sig fint när jag kör i dagsljus kanske inte så väldigt mycket mer ström behövs? Frågan är om en enkel remväxel räcker till för att ens få generatorn att ladda i landsvägsfart? Haha, det slutar väl med att jag får bygga mig en stor variant på gammaldags cykeldynamo med en rulle mot däcket...  Kanske inte helt galet ändå, och jag är ändå sugen på att testa friktionsdrivning för klart större effekter.

Hur mycket snurr behöver en genomsnittlig växelströmsgenerator för att leverera ett 10-tal ampère? Kan det uppstå någon krock mellan de två generatorerna eller kommer de snällt att samsas om arbetet?

Grovmatematik: Ett decimeterstort gummihjul direkt på generatorns axel snurrar ungefär tre varv per meter bilen rullar. 70 km/h = nästan 20 m/s = knappt 1200 meter/minut x 3 => 3000-4000 rpm på generatoraxeln. En generator har väl ofta en utväxling på ca 2:1 - 3:1 gentemot vevaxeln och en modern bil varvar kanske 2000 rpm i 70km/h så min generator kommer sannolikt snurra saktare än normalt. Å andra sidan behöver jag inte speciellt mycket ström och generatorn borde då rulla relativt lätt. Om det lilla gummihjulet sedan blir långlivat är väl mer tveksamt, men även en kilremsdrift jobbar ju med friktion och gummi...

[Själv är bäste dräng]

Eller så får du bygga en egen generator direkt på axeln. De som bygger små vindkraftverk gör det.