12V Power für grosse Montierungen im Feldeinsatz:

Grosse Montierungen mit leistungsstarken Motoren, vor allen solche mit Hybrid-Schrittmotoren, wie z.B. eine AZ-EQ6, benötigen gemäss Angaben einen sehr leistungsstarken 12V Akku. Nur was ist ein leistungsstarker Akku? Empfohlen wird ein 56 Ah Gel Akku. Eine grosse Ampèrestundenzahl heisst aber noch nicht, dass er leistungsstark genug ist, sondern nur dass viel Energie darin gespeichert ist, was in der Regel ein lange Betriebsdauer der Montierung ermöglicht. Leistungsstark ist ein Akku dann, wenn er auch noch sehr hohe Ströme liefern kann, ohne dass dabei seine Spannung einbricht. Dafür ist ein niedriger Innenwiderstand des Akkus nötig. Man bezeichnet diese speziellen Akkus auch als 'hochstromtauglich'. Damit der Akku bei tiefer Entladung keinen Schaden nimmt, sollte in jedem Fall ein tiefentladesicheres Modell gewählt werden.

Wir haben diese AZ-EQ6 auf ihren dynamischen Stromverbrauch mit entsprechendem technischen Gerät untersucht.
Dabei kamen folgende Geräte zum Einsatz:
Messaufbau:

Wir haben die Montierung AZ-EQ6 mit einem 11" Celestron SC Teleskop beladen und an meine 12V PowerBox mit 28Ah angeschlossen.
Mit der Strommesszange habe ich die +12V Leitung direkt nach dem Batterieanschluss umfasst.
Zur Messung des Stromes, welcher von der Strommesszange in eine Spannung umgewandelt wird, habe ich ein präzises DVM (Digitalvoltmeter) mit Spitzenwertspeicherung verwendet.
Zur Aufzeichnung des dynamischen  Stromverlaufes beim Starten und Bremsen, habe ich ein DSO (Digitales Speicheroszilloskop) eingesetzt, das ich bei meinem Arbeitgeber aus meiner Enteicklungsabteilung ausleihen durfte.




Elektronische Strommesszange:

Eine Strommesszange hat gegenüber einem Ampèremeter den Vorteil, dass der Strom ohne Unterbrechung und Dazwischenschalten eines Messgerätes den Strom via Magnetfeld um den Leiter messen kann. Dabei wird der Widerstand der zu messenden Leitung nicht verändert und der niedrige Innenwiderstand des Gel-Akkus nicht negativ durch den Messwiderstand eines Ampèremeters beeinflusst. Die elektronische Strommesszange wandelt den um den Leiter gemessenen Strom mit einer zeitlichen Auflösung von < 50us in eine proportionale Spannung um, so wird bei einem Strom von 1A eine Spannung von 0.1V erzeugt.




Digitales Voltmeter (DVM):

Mit dem digitalen Voltmeter haben wir den kontinuierlichen Strombedarf während verschiedenen Funktionen beobachtet.
Positionieren mit beiden Achsen gleichzeitig                ca. 4 A        Leistungsbedarf während 30 Sekunden = 0.033 Ah
Position nachführen  (Rektaszensionssachse)             ca. 1 A
Nachführung gestoppt  (beide Achsen im Stillstand)    ca. 1 A       Ttypisch bei Schrittmotoren wegen des Haltestroms


Digitales Speicheroszilloskop (DSO):

Ein digitales Speicheroszilloskop ermöglicht die bildliche Darstellung eines zeitlichen Spannungsverlaufes und gibt so eine genaue Auskunft über die Höhe und Dauer der auftretenden Stromspitzen.
Unten dargestellt ist der Stromverlauf,  wenn zum Positionieren mit der einen Achse auch noch die zweite Achse dazugeschaltet wird.
Dabei tritt der maximale Stromverbrauch von ca. 3.8A auf (Y-Raster CH1 100mV x 3.8 = 380mV entspricht 3.8A, Nullpunkt ist beim Marker 1►).
Der zeitliche Stromanstieg beträgt ca. 3ms (3 Tausendstel-Sekunden) und der Strombedarf bleibt während des ganzen Positioniervorgangs etwa gleich hoch.
Das Anfahren einer neuen Position ist aber nach ca. 30 Sekunden abgeschlossen. Dies entspricht allerdings nur einem Bedarf von ca. 0.033Ah !
(4A während 1 Stunde = 4Ah,  4A während 30 Sekunden = 4Ah / 3600 x 30  = 0.033333 Ah).




Positionierung Deklinationsachse:
Unten dargestellt ist der Stromverlauf, wenn ein Positioniervorgang mit der Deklinationsachse startet.
Dabei tritt eine maximale Stromspitze von ca. 3.0A auf (Y-Raster CH1 100mV x 3.0 = 300mV entspricht 3.0A, Nullpunkt ist beim Marker 1►).
Der zeitliche Stromanstieg beträgt ca. 4ms (t-Raster M 5ms) und sinkt dann nach weiteren 5ms wieder etwas ab auf den normalen Betriebswert dieser Achse.

 Strombedarf


Positionierung Rektaszensionsachse:
Unten dargestellt ist der Stromverlauf, wenn ein Positioniervorgang mit der Rektaszensionsachse startet.
Dabei tritt eine maximale Stromspitze von ca. 3.0A auf (Y-Raster CH1 100mV x 3.0 = 300mV entspricht 3.0A, Nullpunkt ist beim Marker 1►).
Der zeitliche Stromanstieg beträgt ebenfalls ca. 4ms und sinkt dann nach weiteren 5ms wieder etwas ab auf den normalen Betriebswert dieser Achse.




Berechnungen:

Betriebsdauer Berechnung für meine PowerBox mit  hochstromfesten 12V 28Ah Gel Akku von Panasonic Modell LC-X1228AP bis zu einer Schlussspannung von 10.8V gemäss der Entladekurve (Discharge characteristics) und der Stromtabelle (Ampere Table).



Dieser Akku kann kurzzeitig (ca. 4 Minuten) mit >80A belastet werden.
Gemäss dieser Entladekurven hält der Akku bei Dauerbezug von 1.4A  ca. 20 Stunden durch.
Bei Dauerbezug von 2.8A  sind es immerhin noch. 9 Stunden.



Gemäss dieser Ampèretabelle hält der Akku bei einer Dauerbelastung von 1 A ganze 24 Stunden durch (24Ah = 85% Kapazitätsauschöpfung).
Bei einer Dauerbelastung von 2.65A hält er es immerhin noch 10 Stunden durch (Beobachtungsnächte sind in der Regel auch nicht länger).

Nutzungsdauerabschätzung für eine Beobachtungsnacht:
Nur den reinen Nachführbetrieb mit ca. 1A ohne zusätzliche Belastungen am Akku                     > 24 Stunden (wow!)
Nachführbetrieb mit ca. 1A und zusätzlicher Belastung 1.8A (z.B. Taukappenheizung) = 2.8A         9 Stunden (reicht)
Zusätzlich 30 Positionierungen mit 4A in einer Beobachtungsnacht  = 30 x 0,033Ah = 1 .0 Ah   ca.8 Stunden Akkupower verfügbar!

Diese Nutzungsdauer wird allerdings bei sehr tiefen Temperaturen noch reduziert, das ist aber bei allen Batterien der Fall.
Gemäss der  Temperaturkurve hält der Akku bei Dauerbezug von 1.4A  und 0°C noch ca. 16 Stunden durch (statt 20 Stunden).



Fazit:

Warum soll man (Frau) einen 22kg schweren 56Ah Gel Akku durch die Gegend schleppen, wenn ein guter hochstromfester, tiefentladesicherer 28Ah Gel Akku mit sehr niedrigem Innenwiderstand  (0.008 Ohm bei Vollladung) für eine Beobachtungsnacht auch genügt und gerade mal die Hälfte wiegt (ca. 11kg)?

Folgendes ist grundsätzlich aber immer zu beachten:
 Und nun viel Vergnügen im Gelände......................und Saft für die ganze Nacht.


04.02.2021   Nachtrag PowerBank

Ich habe mir inzwischen bei Pearl im Internet schon mal so eine neue PowerBank gekauft und habe sie im Einsatz unter verschiedenen Bedingungen getestet. Funktioniert super bei einem Gewicht von nur noch 2.2kg.
Ich denke das ist die richtige Stromversorung für Astronominnen.