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Diese Anleitung beschreibt die Verwendung des Gleichstromgenerators KS 48V-DC als Notstromquelle für Systeme mit Batteriespeicher auf Basis von sehr verbreiteten 48V-Batterien von Pylontech mit 15 LiFePo4-Zellen in Reihe, ist aber auch bei anderen 48V-Batteriespeichern wie z.B. mit 13 LiIon-Zellen in Reihe etc. anzuwenden.
GEICHSTROMGENERATOREN als Energiequelle für den Batteriespeicher haben jede Menge Vorteile im Vergleich zur Kombination Wechselstromgenerator-Ladegerät. Genauere Beschreibung dazu findet man in unserem Infomaterial „Notstromlösungen mit dem Gleichstromgenerator KS 48V-DC“.
KS 48V-DC wird direkt an die Batterie oder an 48V-Sammelschiene angeschlossen und erfüllt die gleiche Funktion wie auch andere Gleichstromquellen wie z.B. ein Solarfeld oder Windrad mit einem Laderegler.
Das Laden der Batterie über den Solarladeregler hat einen komplizierten Charakter, je nach Stromaufnahme des Wechselrichters:
Auf dem Bild links wird kein Strom vom Wechselrichter zur Versorgung des Hauses entnommen und auf dem Bild rechts erfolgt die Stromabnahme impulsartig um eine Sinuswelle zu erzeugen.
Der Gleichstromgenerator hat mehrere Wicklungen und elektronische Regelung, was den Ausgangsstrom wesentlich gleichmäßiger macht. So sieht der Ladestrom (in Grün) einer LiFePo4-Batterie (ein Extremfall) bei 40A und 70A Stromstärke (Effektivwert):
Die Restwelligkeit der Ausgangsspannung des Gleichstromgenerators ist sehr niedrig, was dennoch bei einer LiFePo4-Batterie eine Welligkeit des Ladestroms verursachen kann. Beim Anstieg der Ladestromstärke wächst die Differenz zwischen der eigenen Spannung der Batterie und der Spannung des Generators was zu einer Minderung der Welligkeit des Ladestroms führen kann.
Ein Gleichstromgenerator zum Laden der Batterien ist aus aller Sicht eine gute Lösung und in manchen Fällen gibt es auch keine bessere wenn überhaupt eine Alternative dazu.
So z.B. bei netzgeführten Wechselrichtern mit Notstrom-Funktion und mit einem Gleichstrom-Batteriespeicher gibt es keine Möglichkeit einen Wechselstromgenerator anstatt öffentliches Stromnetz zu verwenden, da so ein Generator durch Rückspeisung beschädigt werden kann. Der Gleichstrom-Batteriespeicher kann nur von einer Gleichstromquelle nachgeladen werden.
Könner & Söhnen arbeitet stets daran unseren Kunden gute Lösungen anbieten zu können. Eine sichere Stromversorgung ist enorm wichtig und die Gleichstromgeneratoren von Könner & Söhnen sollen dabei eine wichtige Rolle spielen.
Der KS 48V-DC Gleichstromgenerator ist extra für 48V-Batteriespeicher entwickelt, deren Arbeitsspannungsbereich sich mit dem Bereich 48-54V überschneidet.
Hier sind die Parameter der meist verbreiteten Batterien im Vergleich:
| Ladezustand SOC, % | Spannung LiFePo4 (16x3.2 V) | Spannung LiFePo4 (15x3.2 V) | Spannung LiIon (14x3.7V) | Spannung LiIon (13x3.7V) | Spannung AGM (4x12V) | Spannung Blei-Säure (4x12V) |
| 100 | 54.4 | 51.0 | 58.0 | 53.9 | 52.0 | 50.4 |
| 90 | 53.2 | 49.9 | 56.7 | 53.1 | 51.0 | 50.0 |
| 80 | 53.0 | 49.7 | 55.4 | 51.9 | 50.0 | 49.7 |
| 70 | 52.8 | 49.5 | 54.1 | 50.7 | 49.2 | 49.3 |
| 60 | 52.6 | 49.3 | 52.8 | 49.5 | 48.6 | 48.8 |
| 50 | 52.5 | 49.2 | 51.5 | 48.3 | 48.2 | 48.2 |
| 40 | 52.3 | 49.1 | 50.2 | 47.1 | 47.8 | 47.6 |
| 30 | 52.0 | 48.8 | 48.9 | 45.8 | 47.2 | 47.0 |
| 20 | 51.6 | 48.4 | 47.6 | 44.6 | 46.6 | 46.3 |
| 10 | 48.0 | 45.0 | 46.3 | 43.4 | 46.0 | 45.2 |
Es ist unbedingt auf solche Parameter wie maximale Ladespannung, empfohlene Stromstärke und auch nutzbare Kapazität zu achten:
| Lade-parameter, max | LiFePo4 16 Zellen (16x3.2 V) | LiFePo4 15 Zellen (15x3.2 V) | LiIon 14 Zellen (14x3.7V) | LiIon 13 Zellen (13x3.7V) | AGM 4 Batterien (4x12V) | Blei-Säure 4 Batterien (4x12V) |
| Spannung, V | 57.6 | 54.0 | 58.0 | 53.9 | 58.0 | 57.2 |
| Stromstärke, C | 1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0.2 | 0.2 |
| Nutzbare Kapazität , % | 90-100 | 90-100 | 90-100 | 90-100 | 50-80 | 50 |
Der KS 48V-DC funktioniert wie ein Ladegerät oder ein Lademodul mit IoU-Kennlinie:
FUNKTIONSWEISE IM AUTO MODUS
Der Generator im AUTO-Modus überwacht die Spannung der zu versorgender Batterie und startet automatisch beim Erreichen vom unteren Spannungswert von 47,5-48V. Reaktionszeit ca. 5 Sekunden.
Der Generator lädt die Batterie mit der Spannung von bis 53,5-54V abzüglich Spannungsabfall in den Kabeln und mit dem Strom von bis zu 70-75A und geht aus sobald die Ausgangsspannung am Generator 53,5-54V erreicht und der Ladestrom unter 20A kommt. Reaktionszeit ca. 30 Sekunden.
Der Generator kann durch Drücken des START-Knopfes jederzeit gestartet werden unabhängig von der Batteriespannung, wird aber innerhalb von 30 Sekunden gestoppt nachdem die Stromabnahme unter 20A kommt.
Die grüne Signalleuchte (Betriebsanzeige) leuchtet ununterbrochen wenn die Stromabnahme 20A übersteigt und blinkt wenn die Stromabnahme auf unter 20A kommt.
Soll die Stromabnahme in dem jeweiligen Fall rein technisch nie unter 20A (48V-Stromschiene) kommen, wäre der EXTERNAL CONTROL Modus zu verwenden, damit der Generator nicht ununterbrochen läuft.
Batterien mit 15 x LiFePo4-Zellen wie z.B. Pylontech US2000, US3000 und US5000 haben eine niedrigere Arbeitsspannung und der Ladevorgang von so einer Batterie im AUTO-Modus wäre mit konstantem Strom (maximale Stromstärke 70A, rote LED permanent leuchtet) zu erfolgen bis die Batterie vollgeladen ist und der BMS-Kontroller schließt.
Dies ist in den meisten Fällen nicht gewünscht, weil der optimale Ladezustand einer Lithium-Batterie 50-80% beträgt. Außerdem muss noch etwas „Platz für die Sonne“ immer bleiben. Der Generator muss nur eine bestimmte Menge Energie in die Batterie liefern, damit die Stromversorgung auch bei wenig Sonne, Wind usw. ununterbrochen erhalten bleibt.
Der Gleichstromgenerator KS 48V-DC verfügt über den EXTERNAL CONTROL Modus, der jede Menge Notstromlösungen ermöglicht und den Generator an unterschiedliche 48V-Batteriespeicher und Betriebsbedingungen anpassen lässt.
FUNKTIONSWEISE IM EXTERNAL CONTROL MODUS
Der Generator im EXTERNAL CONTROL Modus wird durch Schließen der CONTROL TERMINAL Kontakte gestartet und durch Öffnen gestoppt. Dieser Modus lässt den Generator durch externe Steuerung von Geräten mit potentialfreien Kontakten an unterschiedliche Batteriespeicher optimal anpassen, was den Anwendungsbereich des Generators erheblich erweitert. Mit der Brücke zwischen Kontakten CONTROL TERMINAL startet der Generator sofort sobald der Drehschalter in die Stellung ON verstellt wird und stoppt in der Stellung OFF. So eine Verwendung wird empfohlen um den Generator unabhängig von der Spannung der Batterie manuell starten und stoppen zu können.
Mit potentialfreien Kontakten sind zahlreiche Geräte ausgestattet (Wechselrichter, USVs, Batterien mit BMS-Kontroller, Batteriewächter, Zeitrelais usw.) und dies lässt alle möglichen Algorithmen der Verwendung des Generators realisieren.
ÜBERSPANNUNG- und ÜBERLASTUNGSSCHUTZ
Soll die Spannung an der 48V-Sammelschiene oder der zu versorgender Batterie aus irgendwelchen Gründen auf 57V und höher kommen, schaltet der Generator sofort ab.
Die Ausgangsspannung des Generators wird beim Überschreiten der maximalen Stromstärke gesenkt und kann niedriger als 48V kommen, soll diese jedoch zu niedrig kommen, wird es als Kurzschluss erkannt und der Generator wird sofort ausgeschaltet.
Es ist normal dass die rote LED während des Ladevorgangs mit der maximalen Stromstärke aufleuchtet. Das heißt nur dass die maximale Leistung des Generators erreicht wurde.
Empfohlener Anschlussplan des Gleichstromgenerators KS 48V-DC zum automatischen Nachladen des Batteriespeichers auf Basis von 48V-Batterien mit 15 Zellen in Reihe:
Der Generator wird durch Schließen der programmierbaren potentialfreien Kontakten des Wechselrichters gestartet und durch Öffnen gestoppt.
Der Batteriewächter dient als zusätzlicher Schutz gegen Überladung in dem Fall falls beim Wechselrichter Probleme auftreten, oder der BMS-Kontroller der Batterie versagt. Den oberen Schwellenwert (Kontakte geöffnet) am Batteriewächter empfehlen wir auf 51-52V einzustellen.
Technische Daten zum Laden der Batterien Pylontech US2000/US3000/US5000:
Ladespannung, DC: 52,5-53,5V (entspricht der Ausgangsspannung vom KS 48V-DC abzüglich des Spannungsabfalls in den Kabeln)
Empfohlene Ladestromstärke: bis 25A (US2000), 37A (US3000), 80A (US5000)
Mindestkapazität des zu dem KS 48V-DC passenden Batteriespeichers beträgt somit entweder 1 x US5000, oder 2 x US3000, oder 3 x US2000.
Spannung bei 10% Restladung: ca. 45V
Spannung bei 20% Restladung: ca. 48,4V
Da mindestens 10% der Ladung in dem Batteriespeicher bleiben soll, empfehlen wir den unteren Schwellen Wert zum Starten des Generators bei ca. 15% oder 47V einzustellen.
Soll der Wechselrichter über keine programmierbare potentialfreie Steuerkontakte verfügen, wäre folgender Anschlussplan zu verwenden:
Beispiel von einem 48V-Batteriewächter:
Bei dem Batteriewächter lassen sich der untere und der obere Schwellenwert der Batterie-Spannung und die Reaktionszeit einstellen. Reaktionszeit einzustellen wäre wichtig um den unnötigen Start des Generators zu vermeiden, falls eine kurzzeitige hohe Belastung des Batteriespeichers auftritt, was zu einem kurzzeitigen Spannungsabfall führen kann, der aber nicht auf einen niedrigen Ladezustand des Batteriespeichers zurück zu führen ist.
Soll der Batteriewächter nicht richtig funktionieren und den Generator durch Öffnen der Kotakte beim Erreichen vom oberen Schwellenwert nicht rechtzeitig abschalten, läuft der Generator weiter bis der BMS-Kontroller den Ladevorgang abbricht indem die entsprechenden Transistoren schließen. In dem Moment kann es zu einer kurzzeitigen Steigerung der Ausgangsspannung durch schnelle Senkung der Last (falls kaum Leistung vom Wechselrichter abgenommen werden soll) kommen, was den Überspannungsschutz (bei 57V) am Generator auslösen kann.
ÜBERSPANNUNG- und ÜBERLASTUNGSSCHUTZ des Generators
Soll die Spannung an der 48V-Sammelschiene oder der zu versorgender Batterie aus irgendwelchen Gründen auf 57V und höher kommen, schaltet der Generator sofort ab.
Die Ausgangsspannung des Generators wird beim Überschreiten der maximalen Stromstärke gesenkt und kann niedriger als 48V kommen, soll diese jedoch zu niedrig kommen, wird es als Kurzschluss erkannt und der Generator wird sofort ausgeschaltet.
Es ist normal dass die rote LED während des Ladevorgangs mit der maximalen Stromstärke aufleuchtet. Das heißt nur dass die maximale Leistung des Generators erreicht wurde.
BENZIN- und ÖLMANGELSCHUTZ
Soll der Kraftstoff aufgebraucht sein geht der Motor aus.
Soll der Ölstand zu niedrig kommen (gelbe LED aufleuchtet) geht der Motor sofort aus.
Sollen die Start-Bedingungen erfüllt sein (die Batteriespannung im AUTO-Modus unter 47,5-48V kommt oder im EXTERNAL CONTROL Modus EXTERNAL CONTROL Kontakte kurzgeschlossen), versucht der Motor 5 x mal zu starten und wenn`s nicht klappt, kommt eine Fehlermeldung (rote LED blinkt).
EINFACHE WARTUNG
Der Generator hat keine eigene Batterie und wird von der zu versorgender Batterie gestartet. Die zu versorgende Batterie hat in der Regel eine Kapazität von mehreren kWh und auch bei wenig Ladung verfügt immer noch über mehr als ausreichend Energie fürs Starten des Generators auch bei mehreren Startversuchen. So entfällt die regelmäßige Wartung der Batterie des Generators wie es z.B. bei Wechselstromgeneratoren üblich ist und erhöht die Zuverlässigkeit der Notstromversorgung beim seltenen Einsatz des Generators.
Es ist beim Generator aber darauf zu achten, dass die Haltbarkeit des Kraftstoffs nicht überschritten wird. So empfehlen wir nur langhaltige Benzine mit Oktanzahl 90-95 als Kraftstoff zu verwenden, auf mögliche Ablagerungen im Vergaser zu achten und diese je nach Haltbarkeit des Benzins rechtzeitig abzulassen.
Es ist ebenso auf die Haltbarkeit des Motoröls zu achten. Dieses muss entweder entsprechend Herstellervorgaben alle 12-18 Monate oder alle 50 Betriebsstunden gewechselt werden.
Der Luftfilter ist je nach Verschmutzung auszutauschen.
HAFTUNGSAUSSCHLUSS:
Diese Anleitung kann nur als eine Empfehlung wahrgenommen werden, ist anschaulich und muss bei der Installation an die genaue Umstände und Bedingungen vor Ort angepasst werden. Die Installation selber soll unter Beachtung von allen Normen und Vorschriften ausgeführt werden. Wir übernehmen keine Verantwortung für die falschen Installationen und deren Folgen.
