Camper batterij opladen

Deze laadautomaat is speciaal ontworpen voor de mensen met een caravan of motorhome. Hoe kan ik de batterij van de motorhome automatisch opladen zonder de startbatterij leeg te halen?

Het probleem is eenvoudig: de camperbatterij moet opgeladen worden van zodra de motor draait en de startbatterij voldoende geladen is. Tijdens het laden van de camperbatterij is het niet de bedoeling dat de startbatterij ontladen zou worden. De camperbatterij wordt enkel opgeladen van zodra de startbatterij een voldoende lading heeft (met de "reststroom" van de alternator)

Als camperbatterij wordt meestal een loodbatterij gebruikt van het type "deep discharge": deze hebben een wat hogere capaciteit maar kunnen de hoge startstroom van een startbatterij niet leveren. Het enig voordeel van tweemaal dezelfde technologie te gebruiken is dat de laadspanningen van beide batterijen identiek zijn, maar verder heeft een dergelijke batterij tegenwoordig geen enkel voordeel, behalve misschien de prijs.

Wat is er op de markt?

Er bestaan betere schakelingen die de spanning monitoren en de batterijen koppelen van zodra de motor draait, maar hier ook kan de startbatterij ontladen worden in de camperbatterij. Er is ook geen beveiliging, een volledig lege camperbatterij (van 100Ah op 120Ah) kan de startbatterij (van bijvoorbeeld 60 of 80Ah) leegtrekken, zelfs met draaiende motor. En ik heb het nog niet gehad over de hoge egalisatiestromen die een zware relais noodzakelijk maken.

Een ander systeem werkt met een scheidingsrelais (of koppelrelais) die gestuurd wordt via de D+ aansluiting van de alternator (de D+ aansluiting dient normaal om de laadcontrole lampje te voeden). Beide batterijen worden hier ook met elkaar gekoppeld van zodra de motor loopt.

Er bestaan ook duurdere electronische systemen die met een prioriteitsregeling werken zoals mijn systeem. De kostprijs van zo'n schakeling is minimaal 300€.

Alle systemen met diodes (behalve speciale schakelingen met mosfet transistoren die als diodes gebruikt worden) zijn waardeloos omdat er een spanningsval is over de diode. Daardoor kunnen de batterijen nooit helemaal geladen worden.

Eigen schakeling

Het schakelen van de camperbatterij gebeurt dus intermitterend, enkel als de boordspanning boven de 14V komt. Een smoorspoel en vrijloopdiode zorgt dat de intermitterende stroom omgezet wordt in een continue stroom.

De nodige componenten kosten een paar euros en waarschijnlijk heeft u ze liggen in uw electronikakast. Als u tot nu toe postzegelverzamelaar was, zou ik u aanraden om van hobby te veranderen en u verdiepen in de wondere wereld van de electronica. Alle hoop is nog niet verloren.

Schakeling 1
Voor het schakelen gebruik ik een zware MOSFET transistor. Omdat voertuigen het min aan de massa hebben moet ik een P-channel mosfet gebruiken. Deze zijn duurder en hebben een lagere betrouwbaarheid.

De schakeling wordt in werking gesteld door een schakelaar (het eigen verbruik van de schakeling in rust is ongeveer 3mA). Door de schakelaar loopt er dus slechts een heel lage stroom. Is de schakelaar open, dan wordt de camperbatterij niet opgeladen, zelfs als de boordspanning voldoende hoog is (bijvoorbeeld omdat de batterij defekt is).

Van zodra de spanning van het boordnet boven een limiet komt gaat de eerste transistor in geleiding. De tweede transistor wordt dan ook in geleiding gezet, die op zijn beurt de MOSFET in geleiding trekt. Het schakelen wordt versneld door de meekoppeling (condensator van 1nF).

De schakeling is gebaseerd op de stopschakeling, en eigenlijk is de bedoeling identiek: de stroom naar een apparaat onderbreken als de batterijspanning beneden een zekere waarde komt. Hier is "het apparaat" de batterij van de camper en wordt de spanning naar het apparaat ingeschakeld als de voedingsspanning boven een zekere waarde komt.

Er is nog een kleine toevoeging: de camperbatterij wordt pulserend geladen (de MOSFET gaat alternerend in geleiding en uit geleiding). Door een extra smoorspoel beperken we de maximale laadstroom. De inwendige weerstand van de smoorspoel van 220µH bedraagt 0.1Ω en samen met de ON-weerstand van de mosfet (0.01Ω als die volledig open gestuurd wordt) beperken we de ogenblikkelijke laadstroom tot ongeveer 100A.

De vrijloopdiode is eigenlijk een spaardiode. Als de transistor uit geleiding wordt getrokken, dan kan de stroom door de smoorspoel (die niet ogenblikkelijk wegvalt) door de vrijloopdiode lopen. De camperbatterij wordt nu kortstondig geladen door de stroom door de smoorspoel, zonder dat het boordnet belast wordt.

De P-channel mosfet is echter moelijker te verkrijgen, is duurder en heeft in het algemeen minder goede specifikaties dan een N-channel mosfet. Maar we kunnen toch een N-channel mosfet gebruiken als we de gatespanning 5V boven de sourcespanning kunnen krijgen. Dit kunnen we bereiken door een hulpspanning die een 10-tal volts boven de positieve batterijspanning zit.

Schakeling 2
De hulpspanning genereren we met een astabiele multivibrator (we kunnen eventueel een kant-en-klare DC-DC omvormer gebruiken). De transistoren die we in de multivibrator gebruiken moeten minstens 100mA kunnen schakelen. Er is niet veel stroom nodig, maximaal 10mA als de mosfet in geleiding is en de spanning moet niet gestabiliseerd zijn (de spanning zakt trouwens in elkaar maar dat vormt geen probleem). De astabiele oscillator trekt zelf een kleine 15mA. De schakelaar was niet echt nodig bij de eerste schakeling, hier is die wel nodig omdat de schakeling nu permanent minstens 15mA trekt.

Schakeling 3
De schakeling kan natuurlijk nog verder verbeterd worden, ons doel is de schakelaar volledig te vermijden. Wat we moeten doen:

• We moeten de stroom door de eerste kring beperken (instelstroom van de zenerdiode en weerstandskring). Dit kan heel eenvoudig door alle weerstandswaarden met een faktor 10 te verhogen. De stroom door de eerste kring wordt beperkt tot ongeveer 300µA, wat veel minder is dan de eigen ontlading van de startbatterij.

• Maar ons doel is de eindtransistor snel te doen schakelen (om de verliezen te beperken), en dat kan enkel als die met een voldoende hoge stroom aangestuurd wordt (de mosfet heeft een hoge inwendige capaciteit). Daarom is er een extra versterkertrap nodig, want om gegarandeerd correct te schakelen laten we iedere trap de stroom slechts 10× versterken. De extra trap trekt enkel stroom als de eerste transistor in geleiding is, dus als de boordspanning voldoende hoog is.

• Met die extra transistor die we als tussenversterker gebruiken kunnen we er ook voor zorgen dat onze multivibrator pas in werking wordt gezet als het nodig is, dus als de spanning hoog genoeg is om de mosfet effektief te doen werken.

De derde transistor schakelt de astabiele multivibrator in via de kleine mosfet, waardoor de voeding van de derde transistor opgevoerd wordt. Daardoor kan ook de vermogen mosfet in geleiding gaan. Daardoor zakt de boordspanning wat, waardoor de hele schakeling omklapt. Het omklappen wordt in de hand gewerkt door de kleine condensator (meekoppeling tussen de twee transistoren). De vermogen mosfet mag immers niet in zijn lineair gebied werken, maar moet constant aan- en uitschakelen.

Als de camperbatterij opgeladen wordt waardoor zijn spanning hoger wordt, wordt de belasting van het boordnet ook minder. Dee vermogen mosfet blijft dan permanent in geleiding, en dit zolang de boordspanning boven de 14V zit.

-