FrittLiv´ Logo"Var inte rädd för döden.         
Var rädd för det olevda livet!"
Bertolt Brecht

Solelladdning av blybatterier

Batteriladdning i off-grid tillämpningar

Utforskning och kunskapsuppbyggnad kring laddning av blybatterier

Hur man ökar blybatteriets livslängd genom aktiv batterivård via strömpulsning.


Direktnavigering på webbsidan:


Inledning: Skapad: 2013-12-27

Sedan jag utrustade min lilla husvagn med solpanel / solceller våren 2007 för laddning av vagnens blybatteri så har det blivit mer och mer tydligt hur svårt det är att hitta riktig kunskap kring detta med hur batteriladdningen hanteras på bästa sätt i solelanläggningar!
Jag har sedan dess utökat strömbehovet och då utökat solpanelanläggningen samt provat både PWM-laddteknik och MPPT-laddteknik / laddregulatorer och sett skillnader som jag inte hittat tydligt beskrivet någon stans.
Har skrivit lite om det här och där här på FrittLiv-webben, men tyckte att det nu i december 2013 blev ett behov av att samla denna kunskap på en egen dedicerad webbsida.

Denna webbsidan är ett komplement till webbsidorna:
- "Mobil 12Volt elförsörjning vid campande utan 230V"
- "Solelenergi på djupet - fakta om vad som påverkar"
- "Driftdata från solelsystem i husvagn".
Denna webbsidan fokuserar mer på själva solladdregulatorns funktion för bra effektiv laddning av blybatteriet och kommer uppdateras med ny kunskap efterhand.
Det här blir en ganska tung och omfattande tekniksida, men är svårt att koka ned till något kortfattat tydligt.
Innehållet vänder sig till dem som verkligen vill sätta sig in mer på djupet kring batteriladdning i off-grid solelsystem för främst mobil camping typ husvagnar. Men även mindre anläggningar för fritidshus runt <400W eller så.
Vid större anläggningar kommer andra aspekter in som behov av att seriekoppla solpanelerna för att hålla ned strömmen samt grovleken på elledningar.

Jag har inte hittat någon annan produkt som pulskonditionerar batteriet liknande som WAECO Battery Refresher, så är därför jag bara pratar om den - är inte som jag gör reklam.
PowerPulse 12-Volt Battery Maintenance System PP-12-L (Product Specifications) (FAQ) verkar pulskonditionera på liknande sätt som WAECO Batterys Refresher gör. 2014-01-10

 ↑ 

Pulsladdning - "puls charging" / "pulse conditioning":
Uppdaterad: 2013-12-27 (skapad 2013-10-28)

Ett av de stora problemen med ett solcellsbaserat off-grid-solelsystem är att få tillräcklig livslängd i blybatterierna, speciellt i små solelanläggningar där man använder de enklare / billigare fritidsbatterierna, typ i husvagn. Men troligen även i typ off-grid fritidshus med fina solsystems AGM blybatterier som lämnas inaktiva långa perioder med avseende på strömförbrukning. Och då är en effektiv batteriladdning väldigt viktig, och en del av en skonsam omvårdande batteriladdning är pulsladdning. Behövs som ett batterivårdsystem.

Det har länge varit omdebatterat om s.k. pulsladdning medför fördelar eller om det bara är en myt. Men på senare år har det börjat bli vetenskapligt accepterat att pulsladdning har flera fördelar!
Man pratar dels om "puls charging", dels om "pulse conditioning".

Puls charging är det man får via PWM-laddteknik under tiden batterierna laddas med en pulsad ström då solpanelerna ger mer ström än vad batterierna kan ta emot, när de börjar närma sig fulladdat och laddas med konstant spänning under absorptions- och float-laddfaserna.

Puls conditioning får man med PWM-laddteknik när batterierna är fulladdade och regulatorn bara underhållsladdar vid runt 13,6V s.k. float-voltage (en del tillverkare kallar den spänning "end of charge voltage"). Då pulsar PWM-laddregulatorn korta strömpulser med full ström från solpanelerna men med långa pauser mellan, så medelströmmen blir så låg som batteriet behöver för bara underhållsladdning. Kemin i blybatterier är lite trög, så polspänningen hinner inte stiga under så korta strömpulser, utan man får ändå en jämn stabil batterispänning.

Pulskonditionering får man även av en batteriaktivator samt av en WAECO Battery Refresher, men på lite olika sätt och med lite olika styrka och pulssätt. De olika lösningarna för pulskonditionering påverkar batteriet olika, men jag kommer inte kunna ge något tydligt svar på hur de skiljer sig åt (kräver riktiga laboratorietester). Det jag säkert vet är att PWM-laddteknik från en SR170CX-laddregulator ihop med min PB-500 batteriaktivator har varit en bra aktiv kombination. Och jag tror att WAECO Battery Refresher har en aktiv bra påverkan, utifrån min oscilloskoptest av den ihop med WAECOs beskrivning - men testar nu under 2014.

Puls charging påverkar med en PWM-laddteknik främst under återladdningen av de sista 15-20% av batterikapaciteten, vilket kan motsvara 25-45% av strömmängden efter en halvstor urladdning. Under den laddfasen begränsas laddströmmen av att regulatorn måste styra laddspänningen för att batterierna ska må bra, först till absorption-voltage (boost charge voltage) (14,4V) och när den normalt varat 2-3hr sänks spänningen till float-voltage på 13,6V. Puls charging drar då nytta av blybatteriets kemiska tröghet, vilket innebär att under de korta höga strömpulserna hinner inte batterispänningen stiga och därmed fås inte heller någon gasning (=vattenförlust). Resultatet är att medelladdströmmen blir högre under den spänningsreglerade laddningen med puls charging och man därmed snabbare laddar tillbaka även de sista 15-20% av batterikapaciteten (25-45% av urladdningen) efter lite större urladdningar!

Uppmätt med kalibrerad multimeter i min husvagn 2013-12-05 med Solara SR340CX regulator med PWM-laddteknik, i soldis: Pulsladdning 0,8A medelström vid 14,2V floatladdning (0°C), pulsfrekvens 30Hz och duty cycle 18% ger en pulsladdström på 0,8A / 0,18 = 4,4A, viket gav TRMSBatt = 0,010V (AC) dvs en obetydlig spänningsvariation, rippel, för batterispänningen.

Puls conditioning påverkar främst under de långa underhållsladdningsperioderna då laddregulatorn bibehåller en full laddningsnivå i batterierna via en låg laddström som håller batteriet vid runt 13,6V float-voltage, men finns även som teknik för en aktiv desulfatering / rekonditionering av blybatterierna som en speciell åtgärd med extra höga pulsströmmar.
Genom den PWM-laddtekniken underhållsladdas blybatterierna via väldigt korta strömpulser med full ström från solpanelerna, med långa pauser mellan, så medelströmmen blir den låga underhållsladdström batteriet behöver för att precis hålla sin float-voltage på runt 13,6V. Detta pulsande upprepas snabbt, ca 30ggr per sekund (30Hz).

De starka korta strömpulserna med den höga frekvens dess snabba pulsstigtid motsvarar luckrar upp och löser upp hårda stora blysulfatkristaller och omvandlar dem till aktivt elektrodmaterial, samt motverkar att små mjuka sulfatkristaller växer till sig till hårda stora olöslig blysulfatkristaller. På så sätt motverkas den vanligaste, och oftast allvarligaste, åldringen (sulfatering) av ett blybatteri som annars begränsar dess livslängd.
Finns uppgifter på att man kan nå 3-5 gånger längre batterilivslängd med pulsladdning, speciellt om det kombineras med en batteriaktivator som på motsvarande sätt ger mycket korta kraftiga urladdningsströmpulser på upp mot 100A runt 1ggr/20sekunder (för ett 75Ah till 150Ah blybatteri) som håller batteriet aktivt, när det annars skulle vara inaktivt under långa perioder.

Men hur mycket pulsladdning kan påverka batterilivslängden beror på vilka pulsströmmar ens egna kombination av solpaneleffekt ger i förhållande till batterikapacitet och om detta når de strömpulsnivåer som fullt ut ger pulsladdningens fördelar. Jag har inte funnit några entydiga strömvärden för detta som man kan gå efter, men det jag sett tyder på att det inte behöver vara väldigt kraftiga laddströmpulser. Har sett någon siffra på typ >5A för ett 75Ah batteri.
Mina positiva erfarenheter av PWM-pulsladdning från en SR170CX-laddregulator ihop med en 50W tunnfilmssolpanel som gav ca 3A som mest, visar att pulsladdning med 2-3A har en gynnsam påverkan på ett 75Ah fritidsbatteri.
Jag har inte heller funnit fakta som visar på om det är pulsladdning eller batteriaktivatorpulsning som ger mest effekt, men mest troligt att det är kombinationen som är den riktigt verksamma.


Sammanfattning av tre olika strömpulsprinciper: Skapad: 2014-01-07


Jämförelse av olika strömpulsning för blybatteri - laddning / underhåll vid off-grid solcellsel
Princip - Benämning Funktionsbeskrivning Batterivårdseffekt1
Batteriaktivator Skapar en mycket kort typ 100µs kraftig urladdningströmpuls på 80-100A runt 1ggr/20sekunder, vilket ger en medelströmförbrukning på <1,5mA.

Lämplig för batterikapaciteter på 75-150Ah, med dessa data.
Går ej att parallellkoppla för större batterikapacitet, då strömpulserna inte synkroniseras.
  • Motverkar sulfatering (kristallisering av blysulfaten) vid ej fulladdat batteri.
  • Löser till viss del upp bildad blysulfat ihop med underhållsladdning.
  • Håller den kemiska processen i blybatteriet aktiv och minskar därmed risken för kortslutning i cell pga kristalltillväxt vid annars långvarigt inaktivt batteri.
  • Vid låga urladdningsströmmar (mindre än 5% av Ah-talet), som är vanligt vid solelsystem för husvagn eller off-grid fritidshus, sker en ogynnsamm bildning av de kristaller som urladdningen ger upphov till. En blyaktivators höga urladdningspulser skapar då en gynnsam kristallbildning för de låga urladdningsströmmarna, vilket minskar batteriets åldrande.
  • Förbättrar troligen laddningsmottagligheten i kyla.
  • Strömpulsar ständigt, så länge batteriet inte är urladdat (Ubatt>11Volt PB 500).
Batteri-konditionering
Battery Refresher
Puls conditioning
Lagrar en mindre urladdningsström under en längre del av cykeltiden, vilken den därefter matar tillbaka som en kraftig mycket snabb strömstöt in i batteriet, dvs energin återanvänds. Arbetar med en frekvens runt 10kHz och med strömstötar på 4-5A2 som laddpulser till batteriet.

Medelströmförbrukning blir runt 60mA och den enhet jag använt intar standbyläge (<0,2mA) vid <12,7V polspänning.

Lämplig för batterikapaciteter på 75-300Ah, med dessa data.
Går ej att parallellkoppla för större batterikapacitet, då strömpulserna inte synkroniseras.
  • Motverkar blysulfatkristallbildning (sulfatering) genom snabba strömstötar.
  • Löser upp även lite äldre hård sulfatering till aktivt elektrodmaterial igen.
  • Ökar batteriets prestanda i kyla.
  • Bromsar åldrandet av blybatterier, vanligen med 3-5ggr enligt några olika källor.
  • Ger en aktiv batterivård under långvarig underhållsladdning.
  • Förbättrar laddningsmottagligheten.
  • Ger bättre elektrodmaterialstruktur under långvarig underhållsladdning.
  • Gör blybatteriet aktivare och spänstigare.
  • Ger en märkbart längre livslängd för blybatterier.
  • Strömpulsar så länge batteriet får någon laddning (Ubatt>12,7Volt WAECO BR), och många timmar efter det om inget annat drar ström samtidigt. Vid långvarig underhålls-laddning via solceller i stort dygnet runt.
PWM-pulsladdning Vid spänningreglerad laddning under absorbtions- och float-laddfaserna3 anpassas batteriladdningens medelström, till den strömnivå som batterierna för stunden kan ta emot, genom att full strömstyrka från solcellerna pulsas så att tidsbreddens förhållande mellan strömpuls och strömpaus ger önskad medelström. Detta sker med en frekvens på 30Hz på de PWM-regulatorer jag mätt på.

Vid underhållsladdning av fulladdat batteri innebär PWM vid full solcellsström mycket korta strömpulser i förhållande till strömpauserna, vilket innebär att aktiv laddning bara pågår under en mycket kort del av den totala tiden, vilket blir skonsamt för batterierna!

PWM-laddning innebär därmed också att man alltid drar nytta av den maximala ström solcellerna kan ge för stunden, till kraftiga strömpulser som "motionerar" blybatterierna på ett vårdande sätt.

Blybatteriets kemiska tröghet gör att så här snabb strömpulsning i stort inte påverkar batterispänningen alls, och därmed finns ingen risk för att tillkopplad elutrustning kan skadas av detta!

Dimensioneras lätt för olika storlek på solelsystem, genom köp av lämplig storlek av PWM-laddregulator.
  • Ökar blybatteriers livslängd vid långvarig underhållsladdning, som vid solcellsel i husvagn eller fritidshus off-grid.
  • Motverkar sulfatering under långvarig underhållsladdning.
  • Hjälper till att lösa upp lite nyare sulfatering.
  • Minimerar vattenförbrukningen vid långvarig underhållsladdning.
  • Ökar laddningsmottagligheten under absorptions- och float-laddning3, vilket ger snabbare slutladdning av blybatteriet.
  • Ger högre batteriverkningsgrad under absorptions- och float-laddning3.
  • Ger bättre elektrodmaterialstruktur under långvarig underhållsladdning.
  • Laddning via korta kraftiga strömpulser för det låga medelladdströmbehovet vid underhållsladdning håller blybatteriet aktivare och fräschare.
  • Minskad elektrokemisk korrosion vid långvarig underhållsladdning då ex 4A pulsladdning från solpanel vid 0,1A laddningsbehov ger laddströmpuls bara 1/40 av tiden och paus 39/40 av laddtiden.
    I takt med årstiden, då elektrokemisk korrosion går snabbare i sommartemp då högre solcellsström finns tillgängligt.
  • Kräver överskott på solcellsström för att pulsladda, och stort strömöverskott för riktigt aktiv pulsladdning. Pulsladdar därmed bara under absorptions- och float-laddfaserna3, samt ger bara svag pulsladdning mitt i vintern och vid mörkt mulet väder. PWM-pulsladdning är som mest aktiv vid långvarig underhållsladdning.
1. Är ej fullt säkra fakta, men den uppfattning jag fått från att läst många olika källor kring pulsladdning, pulskonditionering samt batteriaktivator.
2. Provisoriskt uppmätt osäker siffra, ska mäta noggrannare senare!
3. Spänningreglerade laddfaser då solcellerna ger mer ström än blybatteriet kan ta emot när det närmar sig fulladdat.

Alla de tre olika strömpulsmetoderna ger bättre batterilivslängd, men via lite olika mekanismer på ett sätt som gör att de kompletterar varandra, är min uppfattning. Grunden är dock hela tiden en bra korrekt laddning av blybatterierna.

 ↑ 

Referenser:

Några länkar som ger kunskap kring både Puls charging och Puls conditioning:
- Pulse Charging - Flooded Lead Acid Batteries
- Pulse Chargers and Battery life maximisers
- Pulsed-current charging of lead/acid batteries - a possible means for overcoming premature capacity loss?
- A new pulse charging methodology for lead acid batteries -The Reference!- 2013-12-05
Fler länkar om pulsladdning & pulskonditionering: 2014-01-04
- Pulse charging of batteries - controlled deposition of metal?
   "by the overpotentials caused by a pulsed charge current, large lead sulfate crystals can be charged which are lost for conventional charge methods."
- Xtreme Charge: 5 Stages of Charging with pulse charging - PulseTech
   "The unique and patented PULSE technology increases the duty and life cycles of your battery by minimizing the size of the lead sulfate crystals."
- Xtreme Chargers FAQ about pulse charging - PulseTech
   "Pulse Technology is a unique process that eliminates sulfation buildup on battery plates, the main cause of lead-acid battery problems and failure."
- Nobel High Current Pulse Charging Method for Prolongation of Lead-acid Batteries
   "Therefore, the newly developed pulse activator was effective in preventing deterioration and consequently prolonged battery life."
- Pulsetech, Pulse Technology
   "PulseTech´s Pulse Technology Removes Sulfation." "Pulse Technology can extend battery life cycles in some cases up to 5 times."
- Pulsetech, Studies by major universities of the Pulse Technology
   "The decrease of charge capacity of batteries stored without pulsation decreased linearly with time."
- Tebetron 2012 charger: Wa pulse charging characteristic
   "The pulsing technique reduces the temperature rise, lowers battery water consumption and uses less electrical energy."
- ABC-1220M charger with pulse float charge
   "Pulse maintenance for maximum battery life, connect and forget."
- A new pulse charging methodology for lead acid batteries
   "This paper describes a method for fast charging lead acid batteries using current pulses of controllable magnitude and duty called pulse charging."
- PulseTech: ReNew-IT Pulse Technology - How it works
   "What makes our ReNew-It Pulse Technology so unique and so effective is the distinct pulse waveform that defines it."
- PulseTech: ReNew-IT Pulse Technology - A Technological Breakthrough
   "How We Make Your Battery Stronger - connect directly to battery terminals and emit a pulsating dc current into the battery."
- Ensuring Lead-Acid Battery Performance With ReNew-IT Pulse Technology
   "ReNew-IT Pulse Technology is literally changing the way people view battery maintenance and batteries as a whole."

Externa referenser:
Dock talar ju för att batteriaktivatorpulsning är riktigt verksam att en så stor erkänd tillverkare som WAECO har en batteriaktivator WAECO PerfectBattery, vars funktion de beskriver som:
"Förläng livslängden på dina batterier
Så fort du börjar använda dina nya batterier startar en åldringsprocess. Den kapacitet som anges på batteriet går stadigt nedåt tills batteriet blir så dåligt att det inte fyller sin funktion. WAECO PerfectBattery BR motverkar åldrandet (sulfateringen) och håller batteriernas kapacitet uppe. Den arbetar bara när spänningen överstiger 12,6/25,2 volt och det innebär att en laddare är ansluten eller att motorn är igång. Vintertid bör man ansluta en WAECO PerfectBattery BC så att spänningen når den nivån. Ett fantastiskt tillbehör som verkligen gör underverk. 10 000 nöjda kunder!
- Förlänger livslängden avsevärt på dina batterier genom minskad sulfatbildning
- Batteriernas kapacitet (ursprungliga Ah) bibehålls i åratal
- Motverkar kristallbildning genom strömstötar
- För batterigrupper upp till 300 Ah
- Återhämtar åldrade batterier (ej defekta)
- Enkel installation – sköter sig själv
- Eliminerar kallstartsproblem
- 10 000 sålda exemplar
"
Heter numera WAECO Battery Refresher samt här finns en manual.
WAECO Battery Refresher verkar vara anvancerad och fungera både som "Puls conditioning" och "Batteriaktivatorpulsare" genom att batteriaktivatorns urladdningspulser återvinns och matas tillbaka som kraftiga laddpulser: "The Battery Refresher takes energy from the battery and returns it as a surge [DE: Stromstoß]. As a result, the [lead sulfate] crystals are excited in its natural frequency for oscillating. They thus decompose back to their [active battery plate] amorphous structure."
Eftersom WAECO Battery Refresher bara är aktiv över 12,6 / 25,2 volt så innebär det att den är bara aktiv ihop med laddning / underhållsladdning, vilket också är min slutsats att en batteriaktivators stora urladdningsströmpulser måste kombineras med minst underhållsladdning för att vara riktigt verksam mot sulfatering.
Så då bör ju kombinationen typ "WAECO Battery Refresher" och en MPPT-laddteknik kunna ge både max laddning från solpanelerna samt både "Puls conditioning charge" och "Batteriaktivatorurladdningspulser" funktion samtidigt, funderar jag. 2013-11-06
Se fler länkar: 12V Mobil el - Batteriaktivator.

I Wikipediaartikeln Lead–acid battery - Sulfation and desulfation beskrivs desulfatering genom korta strömpulser:
"Desulfation is the process of reversing the sulfation of a lead-acid battery. Desulfation is achieved by high current pulses produced between the terminals of the battery. This technique, also called pulse conditioning, breaks down the sulfate crystals that are formed on the battery plates.[14] Short high current pulses tend to work best. Electronic circuits are used to regulate the pulses of different widths and frequency of high current pulses. These can also be used to automate the process since it takes a long period of time to desulfate a battery fully."

Förloppet beskriv i lite mer detalj på webbsidan Some Technical Details on Lead Acid Batteries - The Chemistry of Sulfation, and Why Pulsing Helps.

"Pulse charging has shown that [battery]banks do not get as severely sulfated as ones with traditional 3 step charging when subjected to the same undercharge conditions. Pulse charging will lower the degree of sulfation but it will not eliminate the need for a controlled, preventive equalization."

"The concept of applying a short discharge pulse during the charge cycle is sometimes referred to as "reflex charging" or "burp charging". Discharge pulses help to condition the plates of the battery. Rapid pulse chargers without discharge pulses work well for "opportunity" charging and here the batteries are rapidly charged up to about 80% of their capacity. The batteries charged this way need to be brought up to 100% every few cycles with a slow charge. The incorporation of discharge pulses into the rapid charging process has many advantages because the discharge pulse more quickly discharges the capacitive reactance of the battery. This allows a shorter rest period between pulses, thus a more rapid charge. The short rise-time, strong discharge pulse also condition the battery by causing the sulfation crystals on the plates or dendrites to break down more easily and release their ions back into the electrolyte. The discharge pulses also allow much more rapid charging from 80% to 100% of capacity, around 30 minutes for lead-acid batteries."

"Pulse technology for lead acid batteries has been around for many years, the military has also been using this technology for many years for their battery equipment to optimize their readiness. As stated earlier, applying the correct quanta of energy to any bond will break it."

"This approach [pulse charging] is shown to dramatically improve the charge rate outside of the constant current [bulk charge] region [i.e. during the constant voltage absorption and float charge phases]." 2013-12-05

"The inclusion of a small discharge pulse gives a slight improvement in charging efficiency without reducing the charging time, despite the initial lower average current. Both variable pulsing methods show significant improvements in charging time compared with conventional means, illustrating the potential to rapidly improve the useability of lead-acid batteries in EVs [and RVs] by [pulse] opportunity charging." 2013-12-05

"During the Oakland University study, testing was also done on stored batteries to determine how this patented [PulseTech] Pulse Technology would affect military vehicles that sit unused for long periods of time. The batteries were stored at a constant temperature of 25°C (77°F) for 14 weeks.
The final report lists the following results: "There is a distinctive difference in the charge capacity between these two batteries. A battery stored under the influence of pulsation (Pulse Technology) retained its original capacity while the capacity of the battery stored without pulsation lost a considerable amount of charge. The decrease of charge capacity of batteries stored without pulsation decreased linearly with time. After 14 weeks the decrease of charge capacity accounted for about 25% of the battery's original capacity. In this same period of time, the charge of the battery attached to (a product using pulse technology) slightly increased. This is probably due to a reconditioning (reforming) process of the battery plates by continuous pulsation" or the application of Pulse Technology." 2014-01-04

"PulseTech´s unique and patented PULSE technology [ReNew-IT Pulse Technology] increases the duty and life cycles of your battery by minimizing the size of the lead sulfate crystals. This allows a battery to accept as much charge as possible. PULSE technology helps ensure that your new batteries will stay in like-new condition while improving older batteries dramatically. Duty cycles are typically extended from three to five times for all types of lead-acid batteries!"
"The PulseTech charging emits a pulsating DC current that removes the sulfate deposits from the plates and returns them to the battery acid as active electrolyte." 2014-01-04

Jag har läst ett tjugotal artiklar och rapporter kring dessa fenomen, bearbetat informationen och kunskapen för off-grid solelsystem och försökt göra den lättillgänglig och användbar här.

 ↑ 

Erfarenheter:

Egna erfarenheter från pulsad batteriström - några olika utvärderingar:
Jag hade med början på 1980-talet ett par egenbyggda kraftfulla elektroniska kondensatortändsystem på mina bilar under många år. För varje tändgnista så tog det 3-5 kraftiga korta strömpulser om ca 10A med 4kHz frekvens ur bilbatteriet, för att ladda upp kondensatorn till 350V igen till nästa tändgnista till tändstiften. Bilbatterierna i de bilarna höll >10år och jag bytte för att jag vågade inte lite på dem längre, fast de då fortfarande fungerade bra. Fick samma resultat på tre olika bilar med uppnådd 8-10år livslängd på startbatterierna innan jag sålde bilen eller för säkerhets skull bytte batteri.
Så är lite liknande funktion som WAECO Battery Refresher och PWM-pulsladdning... så därför tror jag på principen med strömpulsning...

Samt även denna erfarenhet:
När jag köpte min husvagn i februari 2007 satt det ett gammalt slitet husvagnsbatteri i med väldigt dålig kapacitet kvar, vilket dock med min PWM-laddregulator till solpanelerna med sin pulsladdning och en batteriaktivator typ PB-500 ständigt blev bättre (ganska snabbt i början) och återfick mer kapacitet ända fram till att jag köpte ett nytt batteri 2009-05-07. Bytte batteriet efter att jag fått det gamla belastningstestat hos batteriverkstad och utdömt som helt slut, men nu vet jag att sådana belastningstester är inte relevanta för de låga strömföbrukningar man har i en husvagn ur batterierna där.

Jag kan dock inte säga om det är den PWM-pulsladdningen eller batteriaktivatorns kraftiga urladdningspulser som gett mest effekt eller om de är kombination som är mest verksam, då jag hela tiden haft båda installerade!
Under sent 2012 samt 2013 hade jag dock i 16 månader en MPPT-regulator ihop med bara en batteriaktivator typ PB-500, och det gav inte tillräcklig "pulsmotionering" av batterierna då de blev segare och mindre aktiva under den tiden jämfört med den tidigare PWM-laddningen, vad jag kunde se på batteriernas urladdningsspänning! Däremot går det inte att för bara ett års drift avgöra hur mycket batteriaktivatorn kan ha gynnat livslängden, vad det avser typ sulfatering. (Sannolikt är dock en batteriaktivator gynnsam för blybatterier vid låga urladdningsströmmar, som man ofta har i off-grid-sammanhang, för att ge en gynnsamm kristallbildning som en låg urladdningström annars inte ger.)

Jag ska under 2014 prova en WAECO Battery Refresher och se hur jag uppfattar dess påverkan på blybatterierna, om det kan motsvara en PWM-laddtekniks pulsladdning.
Finns information som tyder på att pulsformen hos WAECO Battery Refresher t.o.m. är effektivare än PWM-pulsladdning.

Läs även om:
- 16 månaders erfarenhet av Steca SOLARIX MPPT 2010 = byter
- Uppföljning av den nyinstallerade Solara SR340CX PWM-laddregulatorn

 ↑ 

Att välja MPPT- eller PWM-solladdregulator:
Uppdaterad: 2013-12-27 (skapad 2013-10-28)

MPPT- och PWM-laddteknikerna:
MPPT-regulator och PWM-regulator är två helt olika tekniker att sköta laddningen från solpaneler. MPPT är mer avancerat och kräver en dyrare elektronik och PWM är lite enklare rent elektroniskt, men de har sin olika fördelar och nackdelar. Så man kan inte enkelt säga att den ena tekniken är bäst, vilket jag ska visa här.
Hur vet man då om en solladdregulator är av typen MPPT eller PWM? Man kan lugnt utgå ifrån att om det inte särskilt påpekas att det är en MPPT-laddregulator så är det en PWM-laddregulator, då MPPT-tekniken är så mycket dyrare. (Sedan krånglar en del tillverkar till det och säger att deras MPPT-regulator arbetar med PWM, men så gör alla MPPT-regulatorer internt, men det är inte det samma som en PWM-laddteknik ut mot batteriet!)
Ett par källor som förklarar MPPT och PWM laddteknikerna:
MPPT - Wikipedia
Vad är MPPT och PWM? - 24volt.eu

Kort kan man förklara de olika teknikerna genom en snabb genomgång av hur laddning från solpaneler till blybatterier fungerar.
En "12-volts" kiselsolpanel har vanligen en spänning runt 17,5V vid max effekt, medan blybatterier laddas vid en polspänning som varierar mellan ca 12,5V till 14,4V (alla spänningar här angivna vid 25°C).
Den spänningsskillnaden mellan solpanelen och blybatteriet kan en MPPT-laddteknik utnyttja och omvandla till extra ström, medan den vid PWM-laddteknik går helt förlorad.
Men den PWM-laddningen ger en pulsladdning under de spänningsreglerade absorptions- och float-laddfaserna som är gynnsam både för batteriets livslängd samt för laddningseffektiviteten, där MPPT-laddteknikens jämna konstanta ström har en klar nackdel.

MPPT-laddteknik:
En MPPT-regulator känner av vid vilken spänning solpanelen ger högst effekt för stunden, håller spänningen där och omvandlar spänningsskillnaden mellan solpanelen och batteriet till extra ström, lite som en elektronisk växellåda. På så sätt får man normalt mellan 15% - 25% extra med ström från sina solpaneler, men kortare stunder ända upp till 40% extra ström vid 12,5V batterispänning, jämfört med en PWM-laddteknik.

MPPT-regulatorn fungerar som en elektronisk växellåda via en "step-down" buck converter som omvandlar spänningsskillnaden mellan solpanelens optimala driftsspänning för max effekt och batteriets laddningsspänning till extra ström. Buck convertern pulsviddsmoduleras (PWM) som en del av sin interna funktion, vilket inte ska förväxlas med en PWM-laddteknik. Pulsviddsmoduleringen av buck convertern styrs så man arbetar vid solpanelens driftsspänning för optimal effekt (MPP), vilket då ger maximal ström från solpanelen.

En MPPT-regulator kan arbeta väldigt snabbt i att anpassa sin reglering efter varierande solcellseffekt, samt om den är konstruerad för högre spänning tillåta att man seriekopplar flera solpaneler till högre spänning för att växlas ned till batteriladdspänningen via MPPT-regulatorn. På så sätt kan man spara in kabeldimension vid större anläggningar. Solcellsspänningen ökar när solcellerna kyls ned i kallare väder och MPPT-laddtekniken ger än mer extra ström då.


MPPT efficiency example
MPPT-regulator verkningsgrad, ett exempel

 
En MPPT-regulator kan även genom sin elektroniska princip-uppbyggnad begränsa max ström till den nominella ström den är dimensionerad för, så det är möjligt att ansluta solpaneler med lite högre toppeffekt än regulatorns nominella strömgräns motsvarar.
Men samtidigt medför MPPT-regulatorns elektroniska uppbyggnad att man får sämre elektronikverkningsgrad om man överdimensionerar en sådan regulator gentemot aktuell solpaneleffekt, samt en sådan regulator som inte är bra tekniskt utformad kan ha ganska dålig verkningsgrad. Så valet av rätt MPPT-regulator är viktigt!


Olika effektmaxima
Flera olika effektmaxima, vid partiell skuggning

 
Det är även viktigt att en MPPT-regulator klara av att hitta optimal effektpunkt bland flera olika effektmaxima när det förekommer delvis skuggning av solpanelerna, för att verkligen få ut maximal solpaneleffekt hela tiden. Detta blir extra viktigt om man har seriekopplade eller 24Volts solpaneler. Här kan det skilja mellan olika MPPT-regulatorer och valet blir viktigt!

En MPPT-regulator ger en jämn konstant laddström utan strömpulsning, vilket inte är helt gynnsamt för blybatteriets livslängd samt även ger sämre laddningsverkningsgrad och långsammare laddningsförlopp under absorptions- och float-laddfaserna.
Så med en MPPT-laddregulator bör man ha någon annan elektronik som skapar strömpulsande som håller batteriet aktivt samt motverkar sulfatering / åldring, typ en battery refresher.

Jag har under 2013 provat en MPPT-regulator ihop med bara en batteriaktivator typ PB-500, och det gav inte tillräcklig "pulsmotionering" av batterierna, vad jag kunde se på batteriernas urladdningsspänning! Däremot går det inte att för bara ett års drift avgöra hur mycket batteriaktivatorn kan ha gynna livslängden, vad det avser typ sulfatering. (Sannolikt är dock en batteriaktivator gynnsam för blybatterier vid låga urladdningsströmmar, som man ofta har i off-grid-sammanhang, för att ge en gynnsamm kristallbildning som en låg urladdningström annars inte ger.)
Jag ska under 2014 prova en WAECO Battery Refresher och se hur jag uppfattar dess påverkan på blybatterierna, om det kan motsvara en PWM-laddtekniks pulsladdning.

2015-04-14:
Resultat, WAECO Battery Refresher + MPPT:
Jag har med en MPPT-regulator inte kunnat notera någon effekt alls av batteriaktivatorn PB-500 ihop med WAECO Battery Refresher! En analys av detta visar på att de två MPPT-regulatorer jag provat båda har stora kondensatorer på utgången till batteriet och att då merparten (all?) av strömpulsandet från PB-500 och WAECO Battery Refresher då görs mot dessa kondensatorer istället för blybatterierna. Kondensatorer har mycket låg inre resistans samt kan ge höga strömmar direkt utan något spänningsfall, vilket just i detta fallet skapar problem för strömpulsandet av batterierna.
Jag har en fundering på om man kunde skapa ett "lågpassfilter" med en induktans och några skyddsdioder över den, vilket isolerar batteriet från kondensatorernas effekt, så man kan koppla in strömpulsandet mellan batteriet och induktansen? Kan det få några andra negativa effekter?

Jag bytte i augusti 2014 tillbaka till en PWM-regulator, för att främst få tillbaka ett strömpuls-underhåll av batterierna! Kunde relativt snabbt konstatera att batterierna blev märkbart mer aktiva av strömpulsandet, vilket visar sig i en högre urladdningsspänning betydligt längre under urladdningen vid campande i senhöstväder, där solcellerna ger markant mindre strömmängd än jag förbrukar. Jag upplevde även under en senhöst-campingtur att mina lite gamla blybatterier då fått tillbaka märkbart mer Ah-kapacitet för urladdning. Så jag är nu än mer övertygad om strömpulsandets nytta!
Mina blybatterier är lite gamla, med inköpsdatum 2009-05-07 resp. 2012-07-07.
Strömpulsandet ger även en bättre kristallstruktur för elektrodmaterialet, både vid laddning och urladdning, samt PWM-regulatorns strömpulsande vid underhållsladdning minskar den elektrokemiska korrosionen samt vattenförbrukningen i blybatterierna jämfört med en MPPT-regulators konstanta ström.

Har även kunnat konstatera att en WAECO Battery Refresher på mitt bilbatteri återgett det en kallstart-ström som nytt vintern 2014/2015, efter att jag vintern innan (2013/2014) kört för lite med bilen så startbatteriet under lång period var runt 70% urladdat och skadats av det, och då även efter blivit fulladdat hade dålig kallstart-ström! Monterade WAECO Battery Refresher på startbatteriet i början av 2014 och hann redan under den vintern märka en markant förbättring av kallstart-strömmen (och även bättre laddningsmottaglighet i kyla upplever jag).

Batteriet från 2009-05-07 bytte jag ut 2015-05-21 till ett nytt Tudor DUAL 80Ah "Marine". Det gamla fungerade fortfarande bra och hade blivit märkbart piggare med högre urladdningsspänning och mer kapacitet sedan jag fått tillbaka allt strömpulskonditionerande. Upplever en extra effekt från WAECO Battery Refresher med sin 50A peak strömpulsande i 9kHz. Men det har tappat lite för mycket i kapacitet ändå, mycket pga att det misshandlats ordentligt 3-4ggr under sin livstid, dels beroende på en dålig solladdregulator (dåligt laddat en hel vinter), dels en annan solladdregulator med med bristfällig funktion samt dels med flera djupurladdningar innan jag ökade upp solpaneleffekten efter att jag skaffat 12V kompressorkylskåp.
Jag ville egentligen se hur länge mitt 6år gamla batteri kunde fungera till ihop med den strömpulskonditionering det får, men känner jag vill kunna fricampa maximalt i år (2015) och då behöver jag all kapacitet jag kan få ur mina två Tudorbatterier till kylskåpet, då lastvikten gör att jag inte kan ha tre batterier utan att få överlast.
Men 6 års livslängd och fortfarande ett väl fungerande batteri är ändå väldigt bra för den här batteritypen! Har inte ens behövt någon vattenpåfyllning, så pulsunderhållsladdningen från en bra PWM-regulator är verkligen skonsam!


PWM duty cycle
The duty cycle D is defined as the ratio between the pulse duration (τ) and the period (Τ) of a rectangular waveform. Copyright

 
PWM-laddteknik:
PWM-laddtekniken kopplar in solpanelerna direkt till batteriet så att solpanelens spänning sänks till batteriets spänning, utan att få någon direkt extra ström. Så den högre effekten som solpanelens högre spänning kan ge går här förlorad. När solpanelerna ger mer ström än vad batteriet behöver så pulsar PWM-laddtekniken inkopplingen av solpanelerna till batteriet, så att medelströmmen ger rätt laddspänning för batteriet. Denna pulsning sker snabbt (ca 30ggr per sekund, 30Hz, på den SR340CX regulator jag frekvensmätt) och regulatorn varier bredden (tiden) för hur länge solpanelerna är inkopplad i förhållande till tiden de inte är inkopplad (den s.k. duty cycle), dvs modulerar pulsbredden vilket på engelska heter Puls Width Modulation (PWM).

Rent eleffektmässigt medför ju PWM-laddtekniken en märkbar förlust då den inte drar nytta av solpanelens högre spänning, men den har fördelar med sin pulsladdning (se avsnittet Pulsladdning ovan) som rör dels batteriets livslängd, dels som berör laddströmmen under laddfaserna med konstant spänning dvs under absorption- och float-laddningen då man har överskott på solström och strömmen därför pulsas.

Speciellt under floatladdfasen med sin lägre spänning på runt 13,6V ger PWM-laddteknik märkbara fördelar, med högre laddström och längre batterilivslängd. Pulsladdningen ger även högre laddningsverkningsgrad under absorptions- och än mer float-laddfasen, som annars har märkbart lägre laddningsverkningsgrad än bulkladdfasen.

Eftersom PWM-laddtekniken arbetar med strömpulser vars medelvärde ska ge önskad laddning är dess reglering ofta lite långsammare, men det har i praktiken ingen betydelse.
Men samtidigt medför denna elektroniska funktion att en PWM-regulator har i stort samma höga elektronikverkningsgrad oavsett om regulatorn är överdimensionerad eller när den arbetar med lägre ström i mulet väder. Så man förlorar inget direkt effektmässigt om man väljer att överdimensionera ett sådant regulatorval.

När en PWM-laddteknik float-laddar (underhållsladdar) ett fulladdat batteri med en väldigt låg medelström, så utnyttjar den i sina korta strömpulser den maximala strömmen solpanelen kan ge, vilket är gynnsamt för blybatteriets livslängd då dessa strömpulser återbildar sulfatering (= åldring) till aktivt material i batteriets plattor igen. En unik egenskap för PWM-laddning.

Den pulsade underhållsladdningen minimerar även vattenförbrukningen samt minskar den elektrokemiska korrosionen vid långvarig underhållsladdning då ex 4A pulsladdning från solpanel vid 0,1A laddningsbehov ger laddströmpuls bara 1/40 av tiden och paus 39/40 av laddtiden. Funktionen är även i takt med årstiden, då elektrokemisk korrosion går snabbare i sommartemperatur då högre solcellsström finns tillgängligt som ger kraftigare pulsladdning.

Den PWM-laddteknikens funktionssätt, att den under strömpulserna direktansluter solpanelen till batteriet, medför att den inte kan begänsa strömmen från solpanelerna och därmed är det viktigt att noga anpassa solpanelens toppeffekt så inte den PWM-regulatorns nominella ström riskerar att överskridas.

MPPT - PWM, laddningseffektjämförelse:
En "12V" 100W kiselsolpanel som med en MPPT-regulator max levererar runt 100W oavsett batterispänning, levererar med PWM-laddtekniken bara ca 71W vid 12,5V batterispänning, ca 77W vid 13,5V batterispänning samt runt 82W vid 14,4V batterispänning.
Detta då en solpanel fungerar så att den ger praktiskt taget samma ström oavsett om den arbetar vid sin MPP-effektpunkt (Vmp) som är runt 17,5V för "12V" kiselsolpaneler (2013) eller om solpanelen belastas ned till batteriets lägre spänning på 12,5 - 14,4V via direktanslutning. I kallt väder blir spänningen från kiselsolceller högre och då blir denna effektskillnad större. Solpaneler börjar nu (2014) även nå en högre Vmp på 18,2V - 19,6V och då blir skillnaden än större till mer fördel för MPPT-laddtekniken!

Vid soliga förhållande, typ under sommarhalvåret
MPPT - PWM regulatorer, laddningseffektjämförelse "12V" solpanel
Solpanel Uteffekt till 12-elsystemet när solpanelen ger 100W vid Vmp-spänning (MPPT-spänning)
Vmp MPPT, Ubatt = 12-15V PWM, Ubatt = 12,5V PWM, Ubatt = 13,5V PWM, Ubatt = 14,4V
16,5 Volt 98W (referens) 76W (-22%) 82W (-16%) 87W (-11%)
17,5 Volt 98W (referens) 71W (-28%) 77W (-21%) 82W (-16%)
18,5 Volt 98W (referens) 67W (-32%) 73W (-26%) 78W (-20%)
19,5 Volt 98W (referens) 64W (-35%) 69W (-30%) 74W (-24%)
Förutsättning:
MPPT-regulator med 2W egenförbrukning.
PWM-regulator med 0,08W egenförbrukning.
Ubatt = Batterispänning.
Vmp = Solpanelspänning vid max nominell uteffekt. / (tabell inlagd 2014-02-18)

Vid solfattiga förhållande, typ lätt molnigt vintertid
MPPT - PWM regulatorer, laddningseffektjämförelse "12V" solpanel
Solpanel Uteffekt till 12-elsystemet när solpanelen ger 10W vid Vmp-spänning (MPPT-spänning)
Vmp MPPT, Ubatt = 12-15V PWM, Ubatt = 12,5V PWM, Ubatt = 13,5V PWM, Ubatt = 14,4V
16,5 Volt 8W (referens) 7,5W (-6%) 8,1W (+1%) 8,6W (+8%)
17,5 Volt 8W (referens) 7,1W (-11%) 7,6W (-5%) 8,1W (+1%)
18,5 Volt 8W (referens) 6,7W (-16%) 7,2W (-10%) 7,7W (-4%)
19,5 Volt 8W (referens) 6,3W (-21%) 6,8W (-15%) 7,3W (-9%)
Förutsättning:
MPPT-regulator med 2W egenförbrukning.
PWM-regulator med 0,08W egenförbrukning.
Ubatt = Batterispänning.
Vmp = Solpanelspänning vid max nominell uteffekt.
Räknar med samma Vmp här, då kiselsolceller ger högre spänning i kyla. / (tabell inlagd 2014-02-18)


Strömbrytpunkt då MPPT ger mer än PWM laddteknik: (ny 2014-02-17)
En MPPT-regulators mer avancerad elektroniska uppbyggnad gör att den i regel också drar lite mer ström i egenförbrukning än en PWM-regulator. Det medför att under en viss strömbrytpunkt så får man ut mer ström netto från solpanelerna med en PWM-regulator, trots att MPPT-regulatorns teknik tar tillvara på mer ström från solpanelerna.
Jag har här gjort några analyser för att indikera var denna brytpunkten för solpanelströmmen kan ligga.

Vid vilken solpanelström ger en MPPT-regulator vinst över sin större egenförbrukning, jämfört med en PWM-regulator?

Data min nuvarande (2014-02-14) MPPT-regulator:
Egenförbrukning natt: 0,2A
Egenförbrukning MPPT-reglering: 0,4A
(Denna regulatorn drar lite extra mycket egenström av några olika anledningar!)
Siffrorna kommer ur data från dess egen display samt från min batterimonitor som visar strömmen in i batteriet.

Min tidigare PWM-regulator (Solara SR340CX):
Egenförbrukning natt: 0,006A
Egenförbrukning solelladdning: 0,006A

Tidigare Steca Solarix MPPT 2010:
Egenförbrukning natt: 0,010A
Egenförbrukning MPPT-reglering: 0,15A
(uppskattad ur verkningsgradsdiagram)


Vid 1,30ggr extra ström av MPPT-regleringen (vid solpaneler med Vmp = 17,5V / 25°C):
(Nu 2014-02-14 vid runt +5°C utetemperatur och molnigt väder.)

Jämviktsekvation där MPPT börjar ge extra ström:
(MPPT-nettoström = PWM-nettoström)
Isol * 1,30 - 0,4 = Isol - 0,006
Isol * 1,30 = Isol + 0,4 - 0,006 (stuvar om ekvationen i några steg)
Isol * 1,30 - Isol = 0,394
Isol(1,30 - 1) = 0,394
Isol = 0,394 / (1,30 - 1) = 0,394 / 0,30 = 1,3A
("I" är den tekniska beteckningen för ström och Isol strömmen från solpanelerna.)

Så för min nuvarande MPPT-regulator är det först när solpanelerna producerar mer än 1,3A ström som denna MPPT-regulatorn ger någon direkt vinst, men då är inte regulatorns strömförbrukning nattetid inräknad i den strömbalansen.

Om vi grovt antar att vi får MPPT-strömmen 8hr/dygn och har "nattvila" 16hr/dygn:
Då behöver min nuvarande MPPT-regulator:
16 * 0,2 / 8 = 0,4A ytterligare under de 8hr med MPPT-ström

Medan det för PWM-regulatorn blir:
16 * 0,006 / 8 = 0,012A ytterligare under de 8hr med solström

Jämviktsekvationen blir då totalt:
Isol * 1,30 - 0,4 - 0,4 = Isol - 0,006 - 0,012
Isol * 1,30 - 0,8 = Isol - 0,018
Isol * 1,30 = Isol + 0,8 - 0,018
Isol * 1,30 - Isol = 0,782
Isol(1,30 - 1) = 0,782
Isol = 0,782 / (1,30 - 1) = 0,782 / 0,30 = 2,6A

Så totalt sett ger min nuvarande MPPT-regulator extra ström av MPPT-regleringen först när solpanelerna producerar mer än 2,6A i medelström under 8hr/dygn, enligt använd data!!! Är lite tänkvärt, tycker jag. Det innebär att denna MPPT-regulator kommer ge mindre med ström under flera vintermånader än min tidigare PWM-regulator.
Sedan kommer sådant in som att soleltiden dagtid är kortare än 8hr vintertid, men att solpanelernas högre spänning av kylan gör att MPPT-regleringen ger upp mot 1,40ggr eller mer ström då, så är många faktorer att räkna på. Ovan exempel får ses som en tydlig indikation.
-------------------
För Steca Solarix MPPT 2010 blir motsvarande:

Jämviktsekvation där MPPT börjar ge extra ström:
Isol * 1,30 - 0,15 = Isol - 0,006
Isol = (0,15 - 0,006) / (1,30 - 1) = 0,48A

Jämviktsekvationen för nattförbrukningen:
MPPT nattströminverkan: 16 * 0,010 / 8 = 0,020A
PWM nattströminverkan: 16 * 0,006 / 8 = 0,012A

Jämviktsekvationen blir då totalt:
Isol * 1,30 - 0,15 - 0,02 = Isol - 0,006 - 0,012
Isol * 1,30 - 0,17 = Isol - 0,018
Isol = (0,17 - 0,018) / (1,30 - 1) = 0,51A

Så lite grovt räknat (= indikation) är det först när solpanelerna ger mer än 0,5A - 0,7A medelström under 8hr/dygn som många MPPT-regulatorer lämpliga för husvagn ger extra ström ur sin MPPT-reglering (beroende på både PWM- och MPPT-regulatorernas data, vilka ofta är svåra att få tag på)!
Så för de flesta ger en MPPT-regulator för husvagn mindre ström än en PWM-regulator under de allra solfattigaste vintermånaderna samt ofta under mulna sommarregndagar och en del mörkt mulna dagar också, men övriga delar av året så blir det i regel totalt sett mer ström från MPPT-regulatorer (i soligt läge).

Men är ju även beroende på hur mycket solpaneleffekt man installerat - högre solpaneleffekt = blir mer fördelaktigt med MPPT-regulator (fast då kanske man ändå har marginaler så det räcker).

Slutsatsen blir i alla fall att en solladdregulators egenförbrukning är en viktig parameter, speciellt för att få någon solelström netto under de allra solfattigaste vintermånaderna!
Här kan PWM-regulatorn Solara SR340CX (20A) låga egenförbrukning på 0,006A tjäna som referens!
Samt att den i regel lite högre egenströmförbrukningen hos MPPT-regulatorer gör att det finns en strömbrytpunkt för solelen vid mer solfattiga förhållande då en MPPT-regulator ger mindre nettoström än en PWM-regulator!

Sedan är detta med hur blybatterier ska laddas / underhållsladdas / motioneras / desulfateras så komplext med så lite vetenskaplig kunskap kring, så vem vet kanske det är en ren fördel med en MPPT-regulator som laddar ur en 3Ah ur batteriet varje natt med sin lite höga egenström-förbrukning, under de perioder husvagnen inte används! Som en sorts motionering av blybatteriet, för längre batterilivslängd.
En annan aspekt är att "12V" solpaneler har en med utvecklingen stigande nominell MPP-spänning, spänning vid max effekt (Vmp). Den låg för kiselsolceller runt 16,5V när jag började med solel 2007 och förra året (2013) var den runt 17,5V samt en del nya ligger nu 2014 på en Vmp på 18,2V och enstaka ända upp på 19,6V nu, vilket gör att allt eftersom denna spänning stiger så ger en MPPT-regulator mer fördelar strömmässigt.

Med reservation för eventuellt beräkningsfel.

Morningstars jämförelse av sin PWM-teknik med sin MPPT-teknik:
Traditional PWM vs Morningstar´s TrakStar™ MPPT Technology (pdf whitepaper).
I deras jämförelse saknas dock den positiva inverkan på blybatterierna av PWM-laddtekniks pulsladdning! 2014-01-04

Summering av MPPT / PWM regulatorval:
Mer och mer i min kunskapsinhämtning pekar nog mot att en PWM-laddteknik totalt sett är den bästa att välja för de flesta som ska ha off-grid solcellsström i ett fritidshus eller i en husvagn, dock lite beroende på vilken spänning vid max effekt (Vmp) som ens solpaneler har (här refererat till en Vmp på 16,5V - 17,5V, men nya solpaneler börjar nu ha en Vmp på 18,2V ända upp mot 19,5V och då blir en MPPT-regulator fördelaktigare [2014-02-17]).
Speciellt om man använder det högre inköpspriset för en MPPT-regulator + Battery Refresher till att istället köpa mer solpanelseffekt ihop med en PWM-laddregulator!
Helst kombinerad med någon form av batteriaktivator som ger korta starka urladdningspulser.
Lite synd dock, då jag tekniskt tilltalas så av MPPT-laddtekniken! 2013-12-05
Detta gäller för mindre anläggningar för mobil elförsörjning i typ husvagn eller för mindre anläggning i fritidshus, runt <400W eller så.
Vid större anläggningar kommer andra aspekter in som behov av att seriekoppla solpanelerna eller att välja 24Volts paneler till ett 12V system för att hålla ned strömmen samt grovleken på elledningar och då måste man ha en MPPT-regulator för att hantera dessa högre spänningar.
Då är det även viktigt att MPPT-regulatorn klara av att hitta optimal effektpunkt bland flera olika effektmaxima när det förekommer delvis skuggning av solpanelerna.

Under den mörka årstiden då man får begränsat med ström från solpanelerna så det bara räcker till glesare helgcamping, får man troligen batterierna snabbast helt fulladdade efter varje campingtur av en PWM-laddteknik då en förhållandevis stor del av återladdningen kommer ske under den låga begränsande 13,6V float-voltage laddfasen, där pulsladdning ger lite högre laddström och laddningsverkningsgrad i batteriet.
Men samtidigt ökar spänningen från solcellerna när deras temperaturen sjunker på vintern, och under de faser som MPPT-tekniken kan vara aktiv ger den därmed ännu mer extra ström under vinterhalvåret, dock motverkas det något lite av att MPPT-regulatorns elektronikverkningsgrad sjunker när den arbetar vid den lägre strömmen som vinterårstiden ger, beroende på hur bra MPPT-regulator man har.
Så under själva campingen och fram till att så mycket ström är återladdat i batteriet att regulatorn börjar spänningsreglera laddningen ger MPPT-tekniken i de flesta fall en hel del extra ström. Så är svårt att säkert avgöra vilken laddteknik som fortast ger fullt återladdat batteri under vintersäsongen, samt är väldigt beroende på hur pass mulet väder det är.

Under sommarhalvåret då man campar längre tider i sträck får man för en given solpaneleffekt fullt säkert större marginaler att klara sin strömförsörjning på via en MPPT-laddteknik som kan klämma ur mer effekt ur solpanelerna när batteriladdningen och elsystemet periodvis ihop förbrukar mer ström än solpanelerna kan leverera, samt då även kan dra maximal nytta av korta solglimtar effektmässigt. Men samtidigt så är PWM-laddteknik snabbare på att återladda de sista procenten av batterikapaciteten även då.

Batteriets åldrande via sulfatering motverkas av pulsladdning, så man bör få en märkbart längre batterilivslängd med PWM-laddteknik. Speciellt som i en husvagnen eller i ett off-grid fritidshus där blybatteriet är inaktivt och inte används under långa perioder. För bra batterilivslängd med en MPPT-regulator behöver den kompletteras med någon strömpulsande enhet, typ en Battery Refresher (och jag vet i dagsläget inte om det kan bli lika effektivt som PWM-pulsladdning).

Så slutsatsen blir att valet mellan MPPT-laddteknik eller PWM-laddteknik dels är beroende av under vilka campingförutsättningar man vill få ut det mesta, dels är det lite av en plånboksfråga (även om jag gissar att MPPT-regulatorerna kommer sjunka i pris långsamt framöver) samt dels är lite av en fråga om batterilivslängd.
Batterilivslängden påverkas nog mest om man har långa perioder då man inte campar alls och batteriet är inaktivt, tror jag, men helt klart även annars också.

Så det går inte att ge några enkla råd om vilken typ av solladdregulator man ska välja, tyvärr. Men här har jag i alla fall gett lite mer kunskap så det blir något lättare(?) att göra valet...
(Själv var jag t.ex. tidigare övertygad om att MPPT-laddtekniken bara hade fördelar över PWM-laddtekniken, vilket nu är visat inte är fallet!)

Om man går på WAECOs fakta (se längre ned), så verkar ju kombinationen en MPPT-solladdregulator ihop med en WAECO Battery Refresher kunna vara en bra lösningen i dagsläget, om de båda samverkar fint med varandra (och om man vill lägga så mycket pengar på detta, istället för på mer solpaneleffekt). Jag har dock ingen egen kunskap kring denna kombination och känner viss osäkerhet! 2013-11-06
Jag har hittat en pulsad batteriladdare på marknaden som laddar med denna effekten som en MPPT-laddteknik ihop med en WAECO Battery Refresher skulle ge och som framhåller den teknikens styrka: Xtreme Charge 5 Stages of Pulse Charging! Lite mer beskrivning hur deras ReNew-IT Pulse Technology påverkar: länk 1 / länk 2. 2014-01-04

Idealet hade nog varit att haft en solladdregulator som arbetade med PWM-laddteknik under laddfaserna med konstant spänning (absorption- & float-laddning) då solpanelerna levererar ett överskott på elström, men som övrig tid arbetade med MPPT-laddtekniken. Men har inte ens sett en idé om en sådan laddregulator (innan jag nu formulerade den här 2013-10-28)! Men hade väl blivt dyrt, fast den hade ju sparat in både batterikostnader och kostnader för solpaneleffekt, så i längden säkert tjänat in sig själv ganska snabbt!

Allra viktigast är dock att solladdregulatorn arbetar med rätt spänningar för de olika laddfaserna, att dessa spänningar är korrekt temperaturkompenserade samt att regulator har en effektiv 4-stegs laddningsstyrning (Bulk / Absorption / Float / Equalizing). Synd bara att allt detta alltför ofta inte är angivet för de olika solladdregulatorerna på marknaden.

I stort alla verkar överens om att en automatisk regelbunden s.k. equalizing charge skall ingå i en solladdregulators laddningsfaser, för att dels jämna ut laddningsnivån mellan de enskilda cellerna, dels röra runt elektrolyten så den får jämn koncentration samt dels för att bryta ned blysulfatkristaller för att motverka en sulfatering. Allt för att få en bättre livslängd på blybatterierna. Laddspänningen för equalizing charge i solladdregulatorer brukar vara 14,8V för öppna blybatterier och 14,6V för AGM-batterier samt görs inte på GEL-batterier.

 ↑ 

WAECO Battery Refresher MBR100 12 V:
Uppdaterad: 2013-12-28 (skapad 2013-12-28)

WAECO Battery Refresher pulsar med en frekvens på ca 9kHz och drar en låg ström en stund först ur batteriet och skickar sedan tillbaka den mesta strömmängden som en snabb kraftig strömstöt in i batteriet igen. På så sätt återanvänds hela tiden den ström som WAECO Battery Refresher pulsar med, så strömförbrukningen motsvarar bara de förluster som uppstår i elektroniken. Detta trots en aktiv strömpulsning på flera Ampere runt 9000 ggr/s!
Strömförbrukningen är enligt manualen 60-70mA i aktiv pulsdrift och <0,2mA i standby läge. Växling av driftsläge sker vid 12,7V, där aktiv pulsning sker över 12,7V batterispänning.

Jag har inte hittat någon annan produkt som pulskonditionerar batteriet liknande som WAECO Battery Refresher, så är därför jag bara pratar om den - är inte som jag gör reklam.
PowerPulse 12-Volt Battery Maintenance System PP-12-L (Product Specifications) (FAQ) verkar pulskonditionera på liknande sätt som WAECO Batterys Refresher gör. 2014-01-10

WAECO skriver så här om sin Battery Refresher:
Förläng livslängden på dina batterier:
Så fort du börjar använda dina nya blybatterier startar en åldringsprocess [sulfatering]. Den kapacitet som anges på batteriet går stadigt nedåt tills batteriet blir så dåligt att det inte fyller sin funktion. WAECO PerfectBattery BR motverkar åldrandet (sulfateringen) och håller batteriernas kapacitet uppe. Den arbetar bara när spänningen överstiger 12,7 volt och det innebär att en laddare är ansluten eller att motorn är igång. Vintertid bör man ansluta en WAECO PerfectBattery BC laddare [eller solcellsladdning] så att spänningen når den nivån. Ett fantastiskt tillbehör som verkligen gör underverk. 10 000 nöjda kunder!

De flesta blyackumulatorerna slutar "livet" för tidigt på grund av den så kallade sulfateringen: Blysulfat utvecklar sig med tiden till släta, stora kristaller. Därmed försvinner den amorfa, porösa strukturen. Laddningsförmågan och därmed laddningskapaciteten sjunker systematiskt, batteriet åldras.
Battery Refresher tar energi från batteriet och ger tillbaka den som en kraftig strömstöt. På så vis stimuleras kristallerna till vibrationer i deras egenfrekvens. De sönderfaller därigenom igen till deras amorfa struktur. Dessa molekyler kan återigen integreras i laddningsprocessen och få batterikapaciteten tillbaka till nominella värden.
Laddspänning, köldprovström och kapacitet ökas igen.
Gamla batterier kan därmed återigen väckas till liv och nya batterier hindras från att åldras för snabbt.

• Förlänger livslängden avsevärt på dina batterier genom minskad sulfatbildning
• Batteriernas kapacitet (ursprungliga Ah) bibehålls i åratal
• Motverkar kristallbildning [blysulfatkristaller] genom strömstötar
• För batterigrupper upp till 300 Ah
• Återhämtar åldrade batterier (ej defekta)
• Enkel installation – sköter sig själv
• Eliminerar kallstartsproblem
• 10 000 sålda exemplar


All denna beskrivning stämmer väl överens med det man kan läsa om Pulsladdning tidigare här ovanför. Stämmer även med erfarenheter jag gjort med pulsad ström till batterier - men jag kan ju inte säga om WAECO Battery Refreshers pulsande är tillräckligt likt de strömpulsande mina erfarenheter bygger på.


Oscilloskopbild
Oscilloskopbild: WAECO Battery Refresher MBR100 12 V strömpulser.
Horisontella linjen är 0A, över är urladdning, under är iladdning, ≈1A/div.

 
Jag undersökte mitt inköpta exemplar (via vinterrea 299kr + fraktfritt december 2013 hos Marinaman) med oscilloskop, för jag ville se hur den arbetar!
Hade inget lämplig shuntmotstånd hemma, så använde en 12V 55W glödlampa som har ca 0,7ohm motstånd (osäkert) i kallt tillstånd. Så ansluten till blybatteriet blir sannolikt strömpulserna större. Ska senare göra en mätning med oscilloskopet i husvagnen också, över en riktigt lågomig strömshunt där.
De kraftiga strömpulserna blev grovt uppmätta till runt 5A, men är osäker på glödlampans motstånd. Bör bli högre anslutet till blybatteriet. Frekvensen är ca 9kHz. (Se ny mätning nedan!)
Vad jag förstått är en viktig del i att bryta ned blysulfatkristaller till aktivt material att strömpulsens stigtid är snabb, och här är den extremt snabb, i det närmaste momentan till att uppnå max strömstöt in i batteriet (kollade det vid mycket snabbare sveptid för oscilloskpoet)!
PulseTech´s Pulse Technology beskriver den här sågtandspulsformen, som WAECO Battery Refresher också har en liknande, som mer effektiv än fyrkantpulserna från PWM-pulsladdning.



2015-05-21
Puls current measure
WAECO Battery Refresher: Peak Strömpulsmätning.
Mätt peak mV spänningsfall över 100A/50mV strömshunt.

Jag mätte peak mV-spänningsfallet över Nasa BM1s 100A/50mV strömshunt för att få ett värde på pulsströmmen från WAECO Battery Refresher. Blir då att 1mV motsvar 2A.
Jag använde min nya 5-siffriga pro DMM, som är väldigt kapabel. Mätspetsarna råkade jag ansluta i omvänd polaritet, vilket medför att ett negativt mV-mätvärde motsvarar en strömpuls in i batteriet (laddning).
Den uppmätta 22,5mV peak-spänningen på fotot motsvarar då 45A strömpuls in i batteriet.
Jag gjorde flera min/max-peak-mätningar över strömshunten vars värden jag låste med Hold-funktionen för lätt avläsning. Snittet pekar på runt 50A strömpulskonditionerande (peak) in i batteriet med 9kHz från WAECO Battery Refresher, vilket jag tycker låter övertygande att det aktivt kan påverka blybatteriena.
Dock vet jag inte vilken precision dessa mätningar har.
OBS! För att denna strömpulskonditionering ska komma batteriet till del får det inte finnas någon elektronik med stora kondensatorer mot batterianslutningen, vilka annars "kortsluter" strömpulsandet! Läs mer här.



Epoxiingjutning
WAECO Battery Refresher: ingjuten i epoxi

Jag installerade min WAECO Battery Refresher i husvagnen 2013-12-28 vid 15:30-tiden. Batterispänning var då 13,5V efter en dag med svag solladdning vid fulladdat batteri. Under den halvtimmen jag var i husvagnen sjönk batterispänningen till 13,3V under aktivt strömpulsande från enheten. Tidigare mätte jag upp att triggnivå för on/off var 12,7V på mitt exemplar.

Klockan 22:00 samma kväll var jag ner i husvagnen och checkade, och då pulskonditionerade fortfarande WAECO Battery Refresher enheten batteriet! Batterspänningen hade sjunkit till 12,7V, så alldeles snart skulle (antagligen) enheten gå in i standby läge. Men det innebär ju att den pulskonditionerat >6,5hr efter att solpanelerna slutat ladda batterierna för dagen!
Där min husvagn är parkerad och den här årstiden får jag maxmalt ihop 1,5hr PWM-laddpulsning/dag soliga dagar, så det här blir en stor ökning av batteriets pulskonditionering. Och även mulna dagar nu runt vintersolståndet kommer räcka till för att aktivera WEACO Battery Refresher enheten, då strömmen i övrigt från solpanelerna inte räcker till för att uppnå pulsladdning från PWM-regulatorn de gråmulna dagarna nu runt midvinter.

Morgonen efter (29 Dec) klockan 08:00 (= ännu mörkt dvs ingen solel än) så LED-indikerade fortfarande WAECO Battery Refresher aktiv pulskonditionering av blybatterierna. Batterimonitorn visade då fortfarande 12,7V batterispänning.
Kanske får man dygnet runt pulskonditionering vid fulladdade batterier och med en rimlig solströmsladdning under dagen? Med 65mA förbrukning drar enheten så ifall 1,6Ah/dygn, vilket ändå känns acceptabelt för min solelanläggning med 250W solpanel. För en anläggning med mindre solpaneleffekt kanske det kan vara på gränsen för mycket. Men går ju ned i standby läge vid batterispänning <12,7V och drar då i stort ingen ström (<0,2mA).
Ska bli spännande att följa detta! Rapporter kommer framöver...
En delrapport ovan högre upp här:
Resultat, WAECO Battery Refresher + MPPT.

 ↑ 

BesöksStatistik

Här kommer statistik när jag kodat färdigt...

 Besöksstatistik per vecka för FrittLiv på SIS-index
FrittLiv, version: 4.5
Sidan senast uppdaterad: 2015-05-24, 11:37
Copyright © 2003-2015 Bosse at frittliv.autonomtech.se
Valid XHTML 1.0 Strict   
Webpage: server time: 311 ms, (incl. log: 4.4 ms) ||  Liten husvagn = Stora upplevelser längs vägen!