Regler für Lichtmaschine

Das war ein recht kurzfristige Geschichte, wir waren unterwegs von Tonga nach Savusavu in Fiji, also uns ca. 80 Meilen vor dem Landfall die Lichtmaschine ausgefallen ist. Wir haben den Motor angemacht, da wir die Nacht durch den Autopiloten laufen hatten und die Batteriespannung langsam das anzeigte was man eigentlich vermeiden sollte - und jetzt war es plötzlich nix mit dem Strom aus dem Motorraum. Eine kurze Suche hat den Schuldigen auch bald entlarvt, unser alter Balmar Regler hat den Geist aufgegeben - den haben wir schon mit dem Boot mit gekauft und hat bei uns auch 8 Jahre lang gut gearbeitet, deswegen verlieren wir hier kein böses Wort über Balmar.
Kurzfristig war das Problem auch leicht zu lösen, ich habe einfach den Regler überbrückt - bei unserer großen Batteriebank ist die Gefahr einer Überhitzung der Batterien nicht leicht gegeben und ich hatte ein scharfes Auge auf die Batteriespannung. So sind wir denn auch gut nach Savusavu gekommen, dort war guter Rat aber erst mal teuer: Der Balmar war nicht zu reparieren da er mit Kunststoff ausgegossen war. Einen neuen bootstauglichen Regler in Savusavu aufzutreiben war auch illusorisch, also haben wir den Selbstbau begonnen. Die meisten Teile hatte ich zum Glück am Boot, aber zwei große Vorwiderstände zur Begrenzung des Ankerstroms hatte ich dann doch nicht. Nachdem ich am nächsten Tag alle Elektronikhändler und Bastelshops erfolglos abgeklappert hatte war es Zeit für Plan C – 12V Glühbirnen! Die bekommt man überall wo es Autos gibt, sind günstig und in vielen verschiedenen Leistungen erhältlich – außerdem haben wir jetzt einen Motorraum mit Weihnachtsbeleuchtung sobald die Maschine an ist (da sieht man auch gleich ob alles funktioniert).

Der Regler ist dreistufig aufgebaut, dass heißt er arbeitet mit zwei Grenzspannungen (beide individuell einstellbar), die erste etwa bei 12,8V, die zweite bei etwa 14,3V. Unter der ersten Grenze ladet die LiMa mit voller Leistung, über der ersten Grenze aber unter der zweiten wird der Ladestrom auf etwa 80% der maximalen Leistung begrenzt. Diese 80% haben sich bei meiner LiMa durch vorschalten einer 100W Birne für einen Autoscheinwerfer (H4) ergeben, je nach LiMa und gewünschten Ladestrom kann man da aber auch andere 12V Glühbirnen verwenden. Generell gilt immer, je geringer die Watt-zahl, desto größer der Widerstand der Birne und desto geringer der Ladestrom der aus der LiMa in die Batterien fließt. Für Werte für die man keine passenden Glühbirnen bekommen kann kann man sich auch durch Parallel- oder Serienschaltung von Glühbirnen behelfen.
Für den Bereich über der höheren Grenzspannung wird der Ladestrom dann auf etwa 5% geregelt. Warum nicht auf Null? Weil ohne eine arbeitende LiMa bei den meisten Motoren die Drehzahlmessung nicht mehr funktioniert. Die 5% stören auch nicht, das sind bei mir ca. 5A und die braucht der Laufende Motor schon alleine für sich selbst (Motorinstrumente, LiMa Regler, ….), die Batterie wird da nicht mehr wirklich geladen.
In der Praxis schaut das Ganze bei mir dann so aus, dass sobald die Batteriespannung die obere Grenzspannung erreicht hat und der Regler auf 5% Ladeleistung reduziert, sinkt die Batteriespannung wieder und der Regler schaltet wieder zurück auf 80% Leistung. So wird also ständig zwischen den 80% und den 5% hin und her geschaltet und die Spannung der Batterien bleibt immer im Bereich der oberen Grenzspannung, bei mir also 14,3V.

Der Aufbau der Schaltung ist recht einfach, beim Einschalten der Zündung schaltet das Relais und die Batteriespannung kommt auf die Spannungsteiler der beiden OPVs. Gleichzeitig wird mittels der Z-Diode (ZD1) eine Referenzspannung erzeugt welche mit den heruntergeteilten Batteriespannung verglichen wird.

Bei einer Batteriespannung unter der ersten Schaltschwelle gibt der IC1A auf deinem Ausgangspin 1 ein LOW Signal aus. Dadurch leuchtet die rote LED, der FET Q1 wird durchgeschaltet und es fließt der Erregerstrom der LiMa ohne zusätzliche Widerstände.
Nach überschreiten der ersten Schaltschwelle wechselt der Ausgang von IC1A auf HIGH, der Ausgang von IC1B (Pin 7) bleibt aber auf LOW. Dadurch leuchtet die gelbe LED, der FET Q1 sperrt, der FET Q2 ist aber immer noch durchgeschaltet und der Erregerstrom der LiMa fließt über den Vorwiderstand (unsere 100W Glühbirne) und wird dadurch etwas reduziert.
Nach erreichen der zweiten Schaltschwelle (ca. 14,3V) wechselt auch der Ausgang von IC1B auf HIGH, die weiße LED leuchtet und beide FETs (Q1 & Q2) sperren. Der Erregerstrom der LiMa muß jetzt über den hochohmigeren Vorwiderstand (die 5W Birne) fließen und wird dadurch nochmals deutlich reduziert.

Die beiden FETs sollten nicht allzu heiß werden, das ist aber abhängig von der jeweiligen LiMa und deren Erregerwicklung – die sind mitunter recht unterschiedlich. Zur Sicherheit empfehle ich auf alle Fälle ein kleines Kühlblech, das schadet nie.
Die Bauteile sind alles Stanardbauteile, da ist nix exotisches verbaut. Es können auch ähnliche Teile verwendet werden, zum Beispiel statt der BY255 kann man auch irgeneine 1N4002 oder 1N5408 verwenden. Auch die FETs und der OPV können durch vergleichbare Typen ersetzt werden.
Der Regler funktioniert nur wenn die Feldspule auf Masse hängt (was für ca. 95% aller Lichtmaschinen zutrifft). Wenn die Erregerwickung auf Plus hängt, ist dieser Regler nicht geeignet
Wie hoch der maximale Ladestrom sein soll ist nicht leicht zu beantworten – das hängt unter anderem von der Größe der Batteriebank und dem Batterietyp zusammen. Als konservative Faustregel gilt aber immer noch dass der max. Ladestrom 10% der Batteriekapazität betragen soll und daß der Ladestrom mit steigender Ladung immer geringer werden soll.
Wenn ihr das Ding nachbauen wollt, habe ich kein Problem damit – aber natürlich auf eigene Gefahr und ohne Gewähr von meiner Seite, ihr müsst selber wissen was ihr tut.
Hier sind noch die Links zu den Eagle Dateien des Projekts. Einmal der Schaltplan und einmal das Layout der Platine.