USV für besonderen Anwendungsfall: Packwagen

[ParcivalCardeni]

Hallo,

ich würde gerne einen Packwagen bauen. Ausgestattet werden soll dieser mit einem Raspberry PI 4, Monitor BenQ GW2480 (bereits vorhanden, sollen weiter genutzt werden) und einem Labeldrucker LabelIdent BP4x.

Der Wagen soll Autark etwa 8 Stunden durchhalten. Stromverbrauch der Geräte: Raspberry PI 4 (8 Watt), Monitor (28 Watt), Labeldrucker (1 Watt, beim drucken für etwa 0,4 Sekunden 40 Watt).

Mir geht es im Prinzip nicht um die Hardware oder die Gestaltung des Wagens, sondern rein um die Stromversorgung. Es wird eine passende USV benötigt, welche im Batteriebetrieb bei dieser Last möglichst ohne Lüfter auskommt und welche keine Warntöne (piepsen) von sich gibt. Alternativen zur USV wären natürlich ebenfalls Willkommen. Hatte hier bei APC mal geschaut, aber irgendwie überzeugt mich die Liste dort nicht wirklich und die Geräte sind mir auch irgendwie zu teuer. Einen Geräteschutz oder eine Art Versicherung spielt für meinen Fall hier absolut keine Rolle, sprich dafür möchte ich auch bei Anschaffung der USV eher nicht zahlen, sondern eher für die Leistung des Geräts (da wären zum Beispiel problemlose und viele Ladevorgänge wichtig, welche dann über Nacht stattfinden würden).

Was würdet ihr empfehlen?

PS: Habe nach einem passenden Forum geschaut, aber die anderen USV Themen, welche ich mir vorher angesehen habe sind auch quer über das Forum verteilt und ich konnte kein Muster erkennen. Leider habe ich kein Thema gefunden, welche die Lautstärke in den Vordergrund stellt (dies ist ja üblicherweise selten ein Problem).

 

[just_f]

Wie wärs mit einem Umwandler für den KFZ Strom?
https://www.amazon.de/-/en/BESTEK-M...r+12v+230v&qid=1661359258&s=automotive&sr=1-3

Hält bis die Autobatterie leer ist^^

 

[EmBee99999]

Was du suchst ist vom Sinn her keine USV sondern eher eine PowerBank mit 230V Ausgang.

Da gibt es eine große Auswahl. Hier ein Startpunkt:

Beispiel: Anker Powerbank 230V

 

[just_f]

Beispiel: Anker Powerbank 230V

Sachen gibts - auch eine gute Idee.

 

[Novocain]

Wenn nen bissel länger halten soll gibts auch sowas
https://de.ecoflow.com/products/delta-max-portable-power-station?variant=42386682511607

 

[ParcivalCardeni]

Hui, das geht hier immer so schnell mit den tollen Vorschlägen. Die Anker Powerbank müsste leider etwas größer sein. So käme man ja nur auf ~3-4 Stunden. Das reicht leider nicht.

Die Idee mit dem Wechselrichter wäre in Kombination mit einer Batterie und einem passenden Ladegerät vielleicht tatsächlich eine Idee. Ganz unten im Wagen wäre dafür sicherlich genügend Platz. Da hätte nicht zufälligerweise jemand eine Umrechnung für die nötige Dimensionierung des Akkus oder? Reichen da 50Ah bei 12V? Wenn ich da großzügig mit 60 Watt rechne, kommt man auf ca. 10 Stunden, oder?

Das Delta Max Ding ist ja auch ein schönes Komplettprodukt. Ist aber doch ein bisschen teuer fürchte ich und scheint auch etwas überdimensioniert.

Ergänzung (24. August 2022)

Ladegerät: https://www.amazon.de/dp/B01JRZTB6W/
Akku: https://www.amazon.de/dp/B09XB7XNHR/
Wechselrichter: https://www.amazon.de/dp/B09MGZ18SF/

Wäre das wohl eine taugliche Kombination? Ladegerät und Wechselrichter könnten einfach gleichzeitig an die Batterie geklemmt werden. Der Wechselrichter hat laut eigener Angaben eine gute Sinuswelle. Ich bin mir bei der Akku-Kapazität aber irgendwie völlig unsicher. Da der Akku das teuerste ist, wäre ein etwas kleinerer Akku natürlich preislich ganz schön.

Ich bin aber immer noch offen für völlig andere Alternativen oder geeignete USVs.

 

[DJMadMax]

Eine USV ist hier tatsächlich fehl am Platz. Sie ist weder dafür konzipiert, dauerhaft und lange anhaltend Strom für angeschlossene Geräte zu liefern, noch dafür, jeden Tag auf's neue ent- und beladen zu werden. Die USV hat die Aufgabe, die angeschlossenen Geräte a) vor Überstrom/Überspannung zu schützen, b) Spannungsschwankungen abzufangen und zu glätten, c) kurze Stromausfälle wegzupuffern und letzten Endes d) bei längerem Ausbleiben des Stroms (Schwellwert überschritten) die angeschlossene Hardware, in der Regel Server, sauber herunterzufahren.

Was du brauchst, ist hingegen eine zumindest vom Packwagen aus kabellose und möglichst lang anhaltende Stromversorgung. Wenn du hier nicht gewillt bist, die durchaus teuren Lösungen von @EmBee99999 oder gar von @Novocain umzusetzen, so ist die Idee von @just_f überhaupt keine schlechte Idee. Eine ordentliche und leistungsstarke Autobatterie (z.B. Banner Unibull oder Exide Premium Carbon) bekommst du für unter 100 Euro mit richtig viel Saft. 70 Ah und aufwärts, das sollte für dein Konstrukt locker zwei Arbeitstage lang reichen.

Kurze Rechnung:
8w + 28w + 40w -> wir gehen vom praxisfernen Worst Case des "Dauerdruckens" aus.
Somit landen wir bei 76 Watt. Jetzt nehmen wir noch einen furchtbar schlechten Wirkungsgrad des Wechselrichters, der von 12V auf 230V wandelt und sagen mal, dass wir tatsächlich bei 100 Watt landen, die aus der Autobatterie genommen werden.

100 Watt bei einer 100 Ah Batterie bei 12,8 Volt (gängige Spannung bei ordentlicher Ladung und auch bei geringer Last) bedeuten dann folgende Dauerlast:

12,8V bei 100 Ah = 1280 Watt, die eine Stunde lang gezogen werden können, bis die Batterie leer ist.
1280 Watt / 100 Watt (in deinem Fall) = 12,8 Stunden Betrieb (easy zu rechnen)

Hinzu kommt: bei geringerer Last steigt die Dauerleistung und somit auch die effektive Kapazität einer Batterie.

Erneut: selbst in diesem Worst Case-Szenario mit 100 Watt Dauerlast (was in deinem Fall nicht anliegt), kommst du knappe 13 Stunden über die Runden.

Mein Setup sähe wie folgt aus:
1x Exide Premium Carbon Boost 100 Ah
1x 12V zu 230v DC-AC-Wandler mit 150 Watt und modifizierter Sinuswelle
1x 12V Spannungsanzeige und Ladestandsanzeige mit Warnton
1x Paar Batteriepolklemmen
1x 12V KFZ-Buchse mit Ringkabelschuhen, Sicherungshalter und 20A Sicherung, 14 AWG (ca. 2mm²)

Das wäre meine Bestellung, damit bist du bei unter 200 Euro inkl. Versand - die größte Eigenleistung, das ordentliche Verdrahten und Verbauen, liegt dann allerdings bei dir.

PS: du kannst die letzte Position (die 12V KFZ-Buchse) sowie die Spannungsanzeige auch weglassen, die sind optional. Dann müsstest du jedoch das Kabel des DC-AC-Wandlers zerschnippeln und hättest ausserdem keinerlei Warn- und Kontrollmöglichkeit für den Ladestand der Batterie. Wenn die Spannung z.B. 12V unterschreitet, würde ich sofortig aufladen.

Achja, du kannst auch mehrere Batterien parallel schalten, um die Kapazität entsprechend zu erhöhen. Denke in dem Fall aber bitte daran, auch die passende Anzahl an Polklemmen zu kaufen - UND du solltest hier einen ordentlichen Kabelquerschnitt zur Verbindung zwischen den Batterien verwenden, um bei eventuell auftretenden, hohen Ausgleichsströmen nicht die Kabel durchzuschmoren - hier können nämlich schnell mal knapp 1000 Ampere fließen (eben der angegebene Kaltstartstrom der jeweiligen Batterie). 16mm² würde ich daher nicht unterschreiten - und selbstverständlich ordentliche Ringkabelschuhe als Verbindung verwenden.

Hast du solch ein Gebastel denn schonmal gemacht? Generell besteht bei den 12V der Autobatterie zwar keine Lebensgefahr, da der Innenwiderstand des menschlichen Körpers zu groß ist, als dass dir Strom von der einen Hand zur nächsten (und somit über die Brust hinweg) fließen könnte, aber dafür kannst du dir mit dem enorm hohen Kurzschlussstrom ordentlich die Finger verbrutzeln, wenn du was falsch anschließt - oder dir ne Batterie um die Ohren fliegt, das ist auch nicht so schön.

Für mich wäre das hingegen ein relativ simples Bastelprojekt - habe so etwas zur wilden Car HiFi-Zeit ständig betrieben, da war es eigentlich normal, permanent mit mehreren hunderten Amperestunden an Batteriekapazität herumzufahren - getrennt durch nen Master-Schalter, alles mit Spannungsanzeigen kontrollierbar und so weiter.

Ich will damit einfach sagen:
dein Projekt ist generell und einfach durchzuführen, aber man sollte auch wissen, was man da tut und vor sich hat.

EDIT:
Das Ladegerät habe ich ganz unterschlagen - vorausgesetzt, du hast noch keins:
1x CTEK MXS 5.0 (oder größer)

Schlechteres lasse ich definitiv nicht an meine KFZ-Batterien. Seit nun über 15 Jahren nutze ich CTEK-Ladegeräte und hatte noch nie Probleme damit - oder mit den dadurch geladenen Batterien.

 

[ParcivalCardeni]

Okay, wow, das ist mal eine echt ausführliche Antwort. Ich denke, dann ist klar, was ich machen werde. Die Idee mit der normalen Autobatterie gefällt mir glaube ich aus Kapazitäts- und Kostengründen echt gut. Die Idee mit der Ladestandsanzeige ist auch Top. Beim Wechselrichter werde ich aber noch mal nach einem passenderen Modell mit richtiger Sinuswelle schauen, auch wenn das noch ein paar Euro mehr kostet. Ich denke das hilft später Probleme zu vermeiden. Das Ladegerät würde ich aber fest anschließen wollen. Es sollte doch grundsätzlich kein Problem sein, wenn man das Ladegerät im laufenden Betrieb dann in die Steckdose steckt, oder?

Ich denke nicht, dass die Umsetzung für mich schwierig ist. Ich traue mir da schon eine Menge zu und habe da keine Bedenken. Ich war mir nur bei der Umrechnung der Batteriekapazität unsicher.

Ich danke dir ganz herzlich für deine Antwort und das Teilen deines Wissens. :-)

 

[TomH22]

1280 Watt / 100 Watt (in deinem Fall) = 12,8 Stunden Betrieb (easy zu rechnen)

Akkus dürfen aber nicht zu 100% entladen werden, wenn man sie nicht schädigen will. Normale Autobatterien, wie die oben verlinkte, darf man zu höchstens 20% entladen, die sind für diese Anwendung komplett ungeeignet. Zyklenfeste Bleiakkus, wie sie z.B. in Wohnwagen und Booten eingesetzt werden können, kann man zu 50% entladen.

D.h. die Rechnung müsste man halbieren. Eine gute Alternative können auch LiFe Batterien sein, die sind nicht nur viel leichter, sondern können zu 20% entladen werden. Man braucht aber darauf angepasste Ladegeräte.
In jedem Fall sollte ein Akkumanagement vorgesehen werden, um eine Entladung unter die genannten Grenzen zu vermeiden.

 

[ParcivalCardeni]

@TomH22 LiFe Batterien sind deutlich teurer, oder? Hättest du mal ein Beispiel für eine geeignete Batterie?

Grundsätzlich macht eine Überwachung des Ladestand sicherlich sinn. Die 8 Stunden wären aber die Maximaldauer. Danach kommt das System immer an die Ladestation. Da die abgerufene Strommenge ja immer gleich ist, müsste man doch hier mit ausreichendem Sicherheitszuschlag im Prinzip immer hinkommen. Dabei müsste man auch die Kapazitätsabnahme irgendwie berücksichtigen. Grundsätzlich würde keine der Komponenten der plötzliche Stromausfall stören. Der Raspberry PI würde ohnehin nur Readonly laufen, da er keine Daten lokal speichern muss. Dem Drucker und dem Monitor ist das auch völlig egal.

 

[Binalog]

Wie kommt eigentlich der Akku zum Aufladen an die Steckdose?

Ist das ein weiter Weg? Spielt eventuell auch das Gewicht des Equipments eine Rolle?

 

[TomH22]

Hättest du mal ein Beispiel für eine geeignete Batterie?

Googeln oder bei Amazon schauen kannst Du sicher selber
Es gibt halt riesige Preisunterschiede zwischen Markenware und China Import von AliExpress. Erfahrung habe ich damit leider nicht. Ich bin seid Jahren „technischer Verantwortlicher“ für eine Insel Solaranlage in einem Vereinsheim. Da Platzbedarf und Gewicht bei dieser Anwendung egal sind, sind wir bisher bei Blei geblieben. Problem ist auch, das unsere Anlage mit 24V läuft, und zwei Pb Akkus kann man problemlos in Reihe schalten, bei den LiFe mit ihrem BMS (Batterie Management System) geht das leider fürs Laden nicht. Ist aber bei 12V Auslegung kein Problem. Das BMS sorgt dafür, das die Batterie mit normalen Ladegeräten für Pb Batterien geladen werden kann. In der Regel enthält es auch einen Tiefentladeschutz. Aber Achtung: Nicht alle Pb Ladegeräte sind geeignet.

Da die abgerufene Strommenge ja immer gleich ist, müsste man doch hier mit ausreichendem Sicherheitszuschlag im Prinzip immer hinkommen

Das kann man grundsätzlich in Deinem Fall machen, sofern die Batterie mit etwas Reserve geplant ist. Ein spannungsgesteuerter Tiefentladeschutz (bei LiFe eh integriert) reicht dann aus für Notfälle

 

[ParcivalCardeni]

@Binalog Der Akku wäre unten im Packwagen. Dieser kann direkt neben eine Steckdose gerollt werden. Dann muss nur der Stecker in die Steckdose. Deswegen die Frage, ob man das Ladegerät dran lassen kann.

@TomH22 Ja googeln kann ich natürlich. Trotzdem gibt es verschiedene Varianten von LiFe. Ich dachte du könntest kurz zeigen, was du genau meinst. Aber kein Problem.

Gewicht ist eigentlich kein Problem, mehr Gewicht führt natürlich zu mehr Trägheit des Wagens, aber ich denke das ist zu vernachlässigen.

 

[TomH22]

@ParcivalCardeni: Es ging mir mehr darum, das ich mangels praktischer Erfahrung keine Empfehlung abgeben kann.
Das wäre eines der ersten Ergebnisse wenn man bei Amazon LiFePo 100 Ah eingibt:https://amzn.eu/d/a4K9Kay

Sowas in der Art meine ich. Aber ob der verlinkte Akku sich wirklich eignet, musst Du selber prüfen.

 

[DJMadMax]

Da die abgerufene Strommenge ja immer gleich ist, müsste man doch hier mit ausreichendem Sicherheitszuschlag im Prinzip immer hinkommen.

This. @TomH22 hat zwar generell recht mit dem, was er zuvor geschrieben hat bezüglich der Tiefentladung einer gängigen Autobatterie, vergisst dabei aber ganz, dass es auch so etwas wie AGM-Batterien gibt, die sehr wohl tiefentladefähig sind, trotz Bleitechnik - Beispiel Optima Yellow Top.

Tut hier aber weiterhin nichts zur Sache - meine Rechnung war ein Extrembeispiel und wie du schon selbst richtig erkennst: mit ein wenig Overhead - gerne eben auch zwei Batterien parallel - kommst du dicke hin. Ab und an mal destilliertes Wasser nachfüllen und das Setup hält dir viele Jahre. Bleiakkus gibt es nicht erst seit gestern. Schau dir z.B. mal an, wie lange Bleiakkus, die einzelnen 2 Volt-Zellen, in Elektro-Staplern halten. Die werden tagtäglich aufs Übelste runtergerockt.

 

[TomH22]

This. @TomH22 hat zwar generell recht mit dem, was er zuvor geschrieben hat bezüglich der Tiefentladung einer gängigen Autobatterie, vergisst dabei aber ganz, dass es auch so etwas wie AGM-Batterien gib

AGM hat erst mal nichts mit Zyklenfest zu tun, sondern ist erst mal ein verbesserter Aufbau der Elektroden. Aber auch AGM Batterien kann man als Starterbatterien und als zyklenfeste Batterien (oft „Solarbatterien“ genannt) auslegen. Starterbatterien haben verstärkte Elektroden, um die hohen Ströme beim Starten eines Motors auszuhalten. Das dicke Elektrodenmaterial hat aber den Nachteil, das es sich nach tieferer Entladung nicht mehr vollständig regeneriert. Eine Autobatterie ist im normalen Betrieb immer fast voll, die paar Prozent Kapazität vom Start sind nach wenigen Minuten Fahrt wieder reingeladen. Batterien für Fahrzeuge mit Start/Stop Automatik kann man etwas mehr entladen, aber auch nicht viel. Daher haben alle Fahrzeuge damit ein State-of-Charge Management. Kennt jeder Fahrer eines solchen Fahrzeuges, das nach kurzer Zeit Stop-and-Go Verkehr der Motor nicht mehr ausgeht.

Zyklenfeste Batterien habe ein feineres Elektrodengitter, das sich beim Laden besser regeneriert. Trotzdem sollte man auch die nicht regelmäßig unter 50% entladen. Auch diese Batterien gibt es konventionell und als AGM, wartungsfrei und oder mit Verschlüssen zum nachfüllen, usw.

Das „Kaputtgehen“ von Akkus ist auch eine subtile Sache. Der Verschleiß erhöht erst mal den Innenwiderstand. Das führt dazu, das, - lastabhängig - die Spannung früher auf unbrauchbare Werte einbricht. Niedrige Lasten kann auch eine erheblich geschwächte Batterie noch eine Weile liefern, bei höherer Last ist es dann vorbei.

Die erwähnte Insel Solaranlage war von meinem Vorgänger mit einer Autobatterie und ohne Entladeschutz aufgebaut worden. Die Anlage war über die Woche nur gering belastet (da lief nur ein Kühlschrank), am Wochenende wurden die Akkus jedes mal zwischen 20-100% entladen. Nach ca einem Jahr (also 52 Ladezyklen) waren die Batterien Schrott.

Ich habe das dann umgebaut, mit zyklenfesten Akkus der doppelten Kapazität des Maximalbedarfs und einem State-of-Charge Management (Solarregler und Wechselrichter von Stecca/Studer). Das war 2012. Dieses Jahr (also 10 Jahre später) haben wir die Batterien das erste mal erneuert.

Ergänzung (25. August 2022)

@DJMadMax :
Habe mir die Yellow Top mal angeschaut. Der Hersteller verspricht das sie als Starter- und Versorgerbatterie taugt. So ein bisschen wie Ganzjahresreifen
Auf jeden Fall ein interessantes Produkt wenn man den entsprechenden Anwendungsfall hat, werde ich mir merken.
Ist aber auch recht teuer, in diesem Preisbereich würde ich beim Problem des TE dann eher zu LiFe greifen.

 

[PHuV]

Mein Setup sähe wie folgt aus:
1x Exide Premium Carbon Boost 100 Ah
1x 12V zu 230v DC-AC-Wandler mit 150 Watt und modifizierter Sinuswelle
1x 12V Spannungsanzeige und Ladestandsanzeige mit Warnton
1x Paar Batteriepolklemmen
1x 12V KFZ-Buchse mit Ringkabelschuhen, Sicherungshalter und 20A Sicherung, 14 AWG (ca. 2mm²)

EDIT:
Das Ladegerät habe ich ganz unterschlagen - vorausgesetzt, du hast noch keins:
1x CTEK MXS 5.0 (oder größer)

Aber wenn man das mal zusammenrechnet und das Gebastle, zusätzlich das Risiko von zig Adaptern und Steckverbindungen ist doch ein kompaktes Gerät, wo man das Teil auch man für anderes verwenden kann, doch die bessere Lösung.
https://www.amazon.de/-/en/Portable-Station-Inverter-Lithium-Generator/dp/B09LQ94C99/

 

[ParcivalCardeni]

Hey ja, theoretisch stimmt das. Ich habe aber auch nach dem Hinweis aus den anderen beiden Antworten keine solche bezahlbare 230V Powerbank gefunden, welche genügend Leistung hat.

Ich habe nun die Kombination aus folgenden Komponenten gekauft:

1. GEL Batterie 12v 140Ah Electronicx Caravan Extreme Edition Solarbatterie 12v Akku 12v Solar Batterien Versorgungsbatterie 12v gel Wohnwagen Batterie Wohnmobil Gelbatterie 12v 140ah Solar Akku mover
2. Green Cell® 300W/600W 12V auf 230V Reiner Sinus Volt kfz Spannungswandler Wechselrichter Konverter Pure Sine Wave Power Solar Inverter DC AC Umwandler Stromwandler Zigarettenanzünder Steckdose
3. ECO-WORTHY 5A Lithium Batterieladegerät 12v mit Intelligente Erkennung und SAE-Anschluss ist Plug-and-Play Laden und warten Sie Autos, Motorräder, Rasenmäher, Wasserfahrzeuge und mehr

Dazu noch Pol Klemmen und die Ladeanzeige. Hab mich für die Batterie entschieden für Leistungsreserve und die wird garantiert nie leer, ist zudem für deutlich mehr Ladezyklen ausgelegt als eine normale Blei Säure Batterie. Der Wechselrichter gefällt mir wegen der reinen Sinuswelle und das Ladegerät bietet die Möglichkeit den Akku auch einmal zu tauschen, weil er auch für LiPo geeignet wäre.

Ich denke durch die verschraubten Pol Klemmen und die Möglichkeit sowohl beim Ladegerät als auch bei Wechselrichter vorkonfektionierte Kabelschuhe verwenden zu können, dürfte das ziemlich simpel werden mit der Verkabelung.

 

[TomH22]

Eigentlich braucht man auch noch eine Sicherung die möglichst nah am Pluspol der Batterie montiert wird.

 

[DJMadMax]

Aber wenn man das mal zusammenrechnet und das Gebastle, zusätzlich das Risiko von zig Adaptern und Steckverbindungen ist doch ein kompaktes Gerät, wo man das Teil auch man für anderes verwenden kann, doch die bessere Lösung.
https://www.amazon.de/-/en/Portable-Station-Inverter-Lithium-Generator/dp/B09LQ94C99/

Und jetzt rechne uns allen doch bitte mal vor, wie lange der von dir verlinkte Lithium-Akku vermutlich beim geplanten Einsatzzweck halten wird

Ergänzung (26. August 2022)

Eigentlich braucht man auch noch eine Sicherung die möglichst nah am Pluspol der Batterie montiert wird.

Das ist im KFZ-Bereich Vorgabe, nicht jedoch bei privatem Gebastel. Zumal man auch ohne Sicherung an der Batterie im KFZ-Bereich arbeiten kann. Im Brandfall (egal, wo der im Auto stattfindet) musst du nur mit der Versicherung umherlamentieren.

Ergänzung (26. August 2022)

Ich denke durch die verschraubten Pol Klemmen und die Möglichkeit sowohl beim Ladegerät als auch bei Wechselrichter vorkonfektionierte Kabelschuhe verwenden zu können, dürfte das ziemlich simpel werden mit der Verkabelung.

Wenn man so etwas aus dem KFZ-Bereich kennt und früher Car HiFi betrieben hat (oder heute noch ), dann ist das ein Kinderspiel und funktioniert wie im Schlaf.

Wenn man generell nicht auf den Kopf gefallen ist und geringste Kenntnisse im elektrotechnischen Bereich -> auch dann ist es ein No Brainer.

Ich bin gespannt auf dein Ergebnis und würde mich hier über ein Update freuen - ich abonniere mal den Thread

PS: Bei der Batterie hast du auf jeden Fall Vollgas gegeben, da wirst du keinerlei Kapazitätsprobleme haben.