Überlegungen zum Ripple-Strom

Speicherung von elektrische erzeugter Energie in Inselsystemen

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Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon Bink » 28.05.2016, 11:45

Hallo zusammen,

ich mache mir gerade Gedanken zum Ripple-Strom auf der Batterieleitung.

Mal angenommen aktuell kommen 500W von der Sonne, gleichzeitig habe ich aktuell eine Grundlast von 500W. Jetzt denkt man so schön, wird ja alles direkt verbraucht, auf der Batterieleitung hat man 0A DC Strom. Misst man nun aber AC, hat man z.B. 5A Ripple-Strom (Zahlen sind nur ein Beispiel und müssen so nicht genau zusammen passen).
Der Ripple ist ja das, was nach der Glättung mit den internen C's übrig geblieben ist. Das heißt ja nun, dass der Akku/Batterie weitere Arbeit an Glättung übernimmt indem er mit 100Hz ständig geladen/entlanden wird. Das würde ja eine nicht unerhebliche Anzahl an (Micro)Ladezylken bedeuten.

Ich nehme an, dass AC-gekoppelte Systeme hier deutlich entschärft betrieben werden, da ja gezielt be- und entladen wird und der Speicher hier vermutlich selten oder überhaupt nicht ich diesem "kritischen" Bereich betrieben wird (+/-0A DC mit überlagertem Ripple). Hier wird einfach bei entsprechendem Überschuß entweder geladen oder entladen. Man hat sicherlich auch einen Ripple, aber nicht im Grenzbereich Laden-/Entladen, vermutlich wird hier der Ripple immer kleiner sein als der DC-Strom.

D.h. um diese Betriebsart zu vermeiden müßte man schauen, dass der DC Strom beim Laden größer als die halbe Amplitude des Ripplestroms ist, so dass kein Strom aus dem Akku entnommen wird und bei entladen umgekehrt.

Gibt es da irgendwelche Erfahrungswerte wie schädlich dies für die unterschiedlichen Akkutechnologien ist? Hab schon gegoogelt, aber zu diesem speziellen Fall nichts konkretes gefunden. Muss ich mir da bezüglich der erreichbaren Zyklen Sorgen machen?

Frank
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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon Thomas2 » 29.05.2016, 14:01

Bink hat geschrieben:Der Ripple ist ja das, was nach der Glättung mit den internen C's übrig geblieben ist

Zumindest bei meinem Wechselrichter werden die 100 Hz durch die Elkos praktisch gar nicht geglättet. Die sind wohl nur für die HF da. Bei Messung des Batteriestroms mit dem Oszilloskop ist direkt die Sinusform sichtbar.

Bink hat geschrieben:Ich nehme an, dass AC-gekoppelte Systeme hier deutlich entschärft betrieben werden, da ja gezielt be- und entladen wird und der Speicher hier vermutlich selten oder überhaupt nicht ich diesem "kritischen" Bereich betrieben wird

Ich glaube nicht, dass die AC-Kopplung hier insgesamt besser ist.

a) funktioniert die Regelung schon mal nicht ganz so, wie man sich das eigentlich vorstellt. Die Regelung erfolgt ja über eine Frequenzveränderung abhängig von der Batteriespannung. Der Regelbereich beträgt beim Studer Xtender 1 V bei einem 24-V-System. Ein I-Anteil, der die Batteriespannung auf dem Sollwert halten würde, fehlt dabei irgendwie, d. h. die Batteriespannung schwankt tatsächlich dauernd um bis zu 1 V bei Veränderung der Einstrahlung oder des Verbrauchs.So hat man bei AC-Kopplung zwar im Idealfall keinen 100-Hz-Ripple, aber dafür langsamere Lade/Entlade/Überladevorgänge durch die Regelung bedingt. Ich weiß nicht, was davon besser ist ....

b) die Überlegung, dass der Einspeisewechselrichter die Verbraucher direkt versorgt funktioniert nur dann, wenn die Stromaufnahme der Verbraucher sinusförmig ist. Betreibst du zum Beispiel einen Haarfön auf Stufe 1, nimmt er nur während einer Halbwelle Strom auf, während der Wechselrichter die Leistung verteilt auf beide Halbwellen liefert. Der Ausgleich läuft wieder über die Batterie.

c) Einen eventuell niedrigeren Ripple beim Verbrauch erkauft man sich mit einem höheren Ripple beim Laden. Die Batterie wird hier nämlich mit einem pulsierenden Gleichstrom geladen, während MPPT-Regler einen wirklichen Gleichstrom liefern.

Bink hat geschrieben:Gibt es da irgendwelche Erfahrungswerte wie schädlich dies für die unterschiedlichen Akkutechnologien ist?

Nachdem die Rippleströme in jeder Anlage auftreten, gibt es wohl keine Erfahrungswerte, wie lange die Batterien ohne halten würden...

Ich frage mich, ob es möglich wäre, Batteriewechselrichter mit gleichmäßiger Stromaufnahme óhne den 100 Hz Ripple zu bauen. Die Eingangselkos ins unermessliche zu vergrößern, macht wohl keinen Sinn. Bei einem HF-Wechselrichter müsste es aber doch möglich sein, die Eingangsstufe 24VDC -> 325VDC so zu bauen, wenn man auf der 325VDC Seite gewisse Spannungsschwankungen zulässt.
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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon einstein0 » 29.05.2016, 14:51

Nun, auf meinen diesbezüglichen Thread: viewtopic.php?f=108&t=75445&hilit=kondensatoren+sind+gut+f%C3%BCr+die+batterie
hatte ich soviel negative Kritik erfahren, dass das Thema für mich gegessen ist. Ich mache mir über Akkus keine Sorgen.
Doch kürzlich stolperte ich in einem Akku-Datenblatt wieder über den Ripplestrom -warum wohl?
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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon ganderpe » 29.05.2016, 16:52

das laden/entladen im 100 hz rhythmus geschieht ja nur wenn der mittelwert des ladestroms gleich dem entladestroms ist. das wird selten der fall sein. in allen andern fällen ist es einfach ein pulsierendes laden oder entladen...?

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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon bbernhard » 29.05.2016, 17:33

einstein0 hat geschrieben:Nun, auf meinen diesbezüglichen Thread: viewtopic.php?f=108&t=75445&hilit=kondensatoren+sind+gut+f%C3%BCr+die+batterie
hatte ich soviel negative Kritik erfahren, dass das Thema für mich gegessen ist.


Mach dir nix draus, manche Leute hier müssen wohl aus Prinzip alles miesmachen.
Das ein C an passender Stelle den Ripple reduziert ist ja wohl klar. Einfache Grundlagen der Elektrotechnik.
Natürlich muß das aber auch richtig dimensioniert und konstruiert sein damit es auch hilft und nicht einfach nur Geld kostet.

Für mich ist die Frage eher wie viel Ripple man den Akkus zutrauen kann oder soll.
Wenn wir uns schon wegen simpler DC Ladeparameter nicht einigen können, dann würde es bei bei diesem komplexen Thema wohl noch schwieriger werden.

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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon Bink » 29.05.2016, 18:16

Ok, dann versuche ich, mir über den Akku erst mal keine Sorgen zu machen! ;)

Danke jedenfalls für eure kontruktiven Beiträge!

Gruß, Frank
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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon egn » 30.05.2016, 08:26

einstein0 hat geschrieben:Nun, auf meinen diesbezüglichen Thread: viewtopic.php?f=108&t=75445&hilit=kondensatoren+sind+gut+f%C3%BCr+die+batterie
hatte ich soviel negative Kritik erfahren, dass das Thema für mich gegessen ist. Ich mache mir über Akkus keine Sorgen.
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Dass der Ripplestrom ein Problem für Batterien ist hat doch niemand bezweifelt. Deshalb stehen ja auch in den Datenblättern entsprechende Grenzwerte. Der Streitpunkt war letztlich ob das Parallelschalten von großen Kapazitäten mehr bringt als was das was es kostet.

Auch dass dreiphasiger Betrieb hier eine Hilfe ist wird nicht bezweifelt. Nur müssen dann auch alle drei Phasen relativ gleich belastet werden sonst sieht man den Ripplestrom trotzdem wieder.

Wie ich schon im anderen Thread schrieb halte ich eine völlige Entkopplung von Batterie und Wechselrichter über einen Puffer in Form von großer Kapazität für eine denkbare Lösung. Diese Kapazität wird dann über einen hochfrequenten DC/DC-Wandler versorgt. Man könnte also erst Mal die Batteriespannung auf eine ausreichend hohe DC-Zwischenkreisspannung wandeln, dort die entsprechend hohe Kapazität platzieren, die für einige Sekunden die volle Leistung liefern kann, und dann daraus AC erzeugen. Die Leistung des DC/DC Wandlers wird im Durchschnitt so geregelt dass die Kapazität einen definierten Ladestand hält.
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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon einstein0 » 30.05.2016, 08:43

Einverstanden @egn, doch bei Lasten im Kilowattbereich werden Wandler teuer. Schon eine Drossel für 100A könnte grösser werden, als der WR selber. Im Prinzip sehe ich Lasten um die 3 kW bei Systemspannungen von 48 VDC bereits grenzwertig.
Eine wesentliche Reduktion des Ripplestromes wird erst die Erhöhung der Batteriespannung bringen.
Erst wenn MPP-Tracker auf DC-Zwischenkreise von mehreren hundert Volt arbeiten, kann der Schaltungsaufwand reduziert werden. Aber damit fällt dann auch das Basteln mit Akkuspannungen. :oops:
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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon egn » 30.05.2016, 08:54

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Re: Überlegungen zum Ripple-Strom

Beitragvon Schoenberg » 13.07.2018, 16:24

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