Optimiertes Laden einer Powerstation in einen Fahrzeug mit 12V Bordspannung
Die meisten auf dem Markt befindlichen Powerstationen verfügen über die Möglichkeit den internen Akku über ein Adapterkabel am Zigarettenanzünder nachzuladen.
Gerade bei größeren Modellen mit mehr wie 1000Wh würde dies über den normalen Zigarettenanzünderstecker unverhältnismäßig lagen dauern und durch die thermische Belastung des hohen Dauerstroms könnte der Stecker mit der Zeit beschädigt werden.
Dazu ein kurzes Rechenbeispiel:
Die Bordspannung eines PKW schwankt im Fahrbetrieb zwischen etwa 12,8-14,4V. Wenn der Ladestrom seitens der Powerstation auf z.B. 8A begrenzt ist so ergibt sich
12,8 Volt*8 Ampere = 102,4 Watt
14,4 Volt * 8 Ampere = 115,2 Watt
Berücksichtigt man also den Spannungsfall auf der Leitung zur Powerstation kann mit ca. 100 Watt geladen werden, was pro Stunde 100 Wattstunde (Wh) entspricht.
Wenn der in der Powerstation verbaute Akku 2000Wh hat, so würde es also circa 20h dauern, bis dieser bei kompletter vorheriger Entladung über den Zigarettenanzünder wieder geladen wäre.
Um dies zu beschleunigen kann man sich eines Tricks behelfen. Die meisten Powerstationen sind auch für die Nutzung im LKW geeignet und können so auch mit der im LKW üblichen Bordspannung von 24V (24-28V DC) geladen werden.
Man muss also nur über eine ausreichend dimensionierte zusätzliche Leitung einen Spannungswandler versorgen, der die 12-14V zu 24-28V umwandelt und kann dann mit etwa der doppelten Leistung laden
24Volt*8 Ampere = 192 Watt
28 Volt * 8 Ampere = 224 Watt
Bei 210Wh würde sich so rechnerisch die Ladezeit auf etwa 9,5h verkürzen, was während einer Urlaubsreise noch relaistisch ist, zumal in den seltensten Fällen die Powerstationen wirklich komplett entladen werden dürften.
Da nun auf der 12V Seite ein doppelt so hoher Strom (zzgl. Eigenverbrauch des Spannungswandlers) muss die Leitung entsprechend dimensioniert sein, auch um den Spannungsfall zwischen der Batterie und den Spannungswandler möglichst gering zu halten.
Beträgt z.B. der Leitungsweg 5m so beträgt der Spannungsfall bei 12 Volt und einen fließenden Strom von 25A 0,6V , was einer Verlustleistung von 15 Watt entspricht. Es wäre also hier schon ein Querschnitt von mind. 10mm² zu empfehlen.
Schaltplan:
Um zu verhindern, das wenn man unterwegs z.B. auf einer Fähre, im Stau oder an einen Bahnübergang mit angeschalteten Motor längere Zeit steht und die Powerstation über den DC-DC Wandler die Fahrzeugbatterie entlädt, sollte der DC-DC Wandler nur bei laufenden Motor zugeschaltet werden.
Um dies zu realisieren kann entweder je nach Fahrzeug das sogenannte D+ Signal von der Lichtmaschine abgegriffen werden (bei Campingfahrzeugen ist dies oftmals schon im Aufbau vorhanden z.B. am EBL Block oder bei Absorberkühlschränken an deren Steuerung (Umschaltung Gasbetrieb/ 230V/ 12V).
Sollte bei neueren Fahrzeugen kein D+Signal mehr verfügbar sein, oder eine Leitungsverlegung unmöglich sein, bietet der Caravanbedarf sogenannte D+ Simulatoren an, welche entweder über die Höhe der Bordspannung oder über die Vibrationen des Motors eine Kontakt schalten.
Dieser Kontakt oder das D+ Signal kann dann von geeigneten DC-DC Wandlern ausgewertet werden. Verfügt der DC-DC Wandler über keinen solchen Schalteingang gäbe es noch die Möglichkeit mit einen ausreichend dimensionierten KFZ Relais die Spannungsversorgung zum Spannungswandler zu unterbrechen.
Gerade bei modernen Fahrzeugen mit sogenannten intelligenten Lichtmaschinen kann die Bordspannung so stark schwanken, dass die D+ Simulatoren die spannungsgesteuert arbeiten nicht funktionieren
Schaltplan mit fahrzeugseitigen D+ Signal
Schaltplan mit D+ Simulator Pro der Firma Votronic
Hinweis
Als Leitungsschutz müssen die +12Volt Leitung welche vom Fahrzeug zum Spannungswandler geht , sowie ggf. der Spannungsabgang zum D+ Simulator abgesichert werden.
Dabei ist der Leitungsquerschnitt zu berücksichtigen und die Sicherungen den fließenden Strömen anzupassen. Wenn möglich sollten die Leitungen in Kabelschutzwellrohren (z.B. Wellrohr Profil Mono-flex der Firma Fränkische ) eingezogen werden um ein Aufscheuern während der Fahrt vorzubeugen.