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:
- Meine PowerBox mit einem 28Ah Gel-Akku
- Elektronische Strommesszange für dynamische Messungen bis 20kHz (100mV/A)
- Digital Multimeter mit Spitzenwertspeicher (Minimum/Maximum)
- Digitales Speicheroszilloskop (DSO)
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:
- Querschnitt: Die Anschlusskabel zum Akku müssen einen genügend grossen Querschnitt (z.B.
2.5mm2) aufweisen, um Widerstände in den Zuleitungen zu vermeiden.
Dabei ist mir völlig unklar, weshalb ausgerechnet die Hersteller
von stromfressenden Montierungen (wie die AZ-EQ6) zu ihren Geräten
so dünne Anschlusskabel mitliefern!
- Überstromschutzschalter: Der Anschluss am Akku muss mit einem richtig dimensionierten Überstromschutzschalter ausgerüstet
sein. Ich verwende dazu einen 6A Stotzen in der + Leitung, welcher
gleichzeitig auch als Schalter benutzt werden darf. ACHTUNG: Ohne Überstromschutzschalter
kann bei einem Kurzschluss der Akku explodieren oder die Leitungen
werden glühend (bei einem Innenwiderstand von 0.008 Ohm!).
- Belastbarkeit der Stecker: Bei
der Verwendung von 12V-Verteilern (Zigarettenanzünder
Mehrfachsteckdosen) sollten ausschliesslich Typen mit einer
Belastbarkeit bis 10A und integrierter Sicherung
eingesetzt werden, denn diese verfügen über genügend
Kabelquerschnitt und entsprechend niederohmige Anschlüsse (siehe PowerBox).
- Spannungsüberwachungsanzeige: Eine Spannungsüberwachungsanzeige ist empfehlenswert, damit man jederzeit sieht, wieviel Saft noch im Akku ist (siehe PowerBox).
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.