MOSFET-Schaltung für meine DryCell

[norwac]

Hallo,

ich bin in Sachen Elektronik ein ziemlicher Laie. Vor einigen Wochen habe ich mir eine DryCell gebaut und in einem Youtube-Clip gesehen, dass mittels einem Frequenzgenerator und einer einfachen MOSFET-Schaltung eine solcher HHO-Generator deutlich mehr Leistung bringt, ohne warm zu werden.

Da meine DryCell ein anderes Kaliber ist als in dem Video, wäre mir Hilfe bei der Berechnung der einzelnen Komponenten sehr willkommen.

Als Frequenzgenerator habe ich ein kleines Teil mit der Bezeichnung DDS-Frequenzgenerator mit diesen Eigenschaften

 LCD-Display 16x2 mit Hintergrundbeleuchtung
 1 – 5.000.000 Hz
 Tastatur zur Einstellung von Frequenz und Wellenform
 programmierbar in 1 Hz-Schritten; Grundgenauigkeit < 1 %
 5 V Spannung (sie benötigen eine Spannungsquelle zum Betrieb)
 Rechteck: TTL-kompatibel (5 V bei HIGH), keine spezielle Sicherung gegen Kurzschluss!!

Die DryCell wird über 48V LiFePo-Akkus versorgt und zieht vermutlich bis zu 20A im kalten Zustand. Ich habe bisher mit der DryCell zwei PWM-Regler gekillt. Aktuell takte ich die Anlage über ein Zeitrelais und 50A-Schütz, damit sie mir nicht überkocht.

Was ich benötige, sind die entsprechenden Werte für die Widerstände und das richtige N-MOSFET

Danke für die Hilfe.

Gruß

Norbert

[Alexander470815]

Die DryCell wird über 48V LiFePo-Akkus versorgt und zieht vermutlich bis zu 20A im kalten Zustand.

Den Betriebsstrom messen(statt zu schätzen) wäre wohl der erste Schritt zu einer sinnvollen Dimensionierung.
Vielleicht sind deswegen auch die PWM Regler kaputt gegangen da sie schlichtweg unterdimensioniert waren.

Wenn deine Zelle überkocht ist die Leistung für die Größe an Zelle einfach deutlich zu hoch.

[Bastl_r]

Zeig auch mal deine PWM-"Regler" und ggf den zugehörigen Schaltplan.
Hoffentlich hast Du Sicherungrn mit vorgesehen. Bei 48V Lipo fließen im Fehlerfall ganz ordentliche Ströme und die Lipos mögen das auch nicht so sonderlich.

bastl_r

[norwac]

Hallo,
danke für die Antworten. Hier ein Link zu dem letzten Regler: https://www.ebay.de/itm/185618378220.

Ich habe die DryCell mit einer 32A DC-Sicherung abgesichert. Die Zelle zieht als Dauerstrom 14A, getaktet bis zu 17A. Meine Akkus haben eine Gesamtkapazität von 500Ah.
Mir wäre an der Schaltung gelegen, da ich den Strom deutlich senken kann.

Gruß Norbert

[norwac]

Hier noch ein möglicher Schaltplan. Es gab leider kein N-MOSFET und wohin mit dem Minus vom Frequenzgenerator weiß ich auch nicht so genau.

[Alexander470815]

Also die Schaltung macht irgendwie überhaupt keinen Sinn so.
Schau dir mal die Grundlagen zu Mosfets an welcher Anschluss an denen was macht.
Bei den Leistungen wirst du vermutlich auch einen Gate-Treiber einsetzen müssen da die 5V von dem Signalgenerator nicht reichen werden um die größeren Mosfets sauber zu schalten.

[Multi-kv]

Wie groß ist denn deine Drycell, d.h. wie groß ist die aktive Plattenfläche, wie ist die Entfernung zwischen den Platten und welchen Elektrolyt nutzt du?
Damit das Ganze effizient läuft, sollte die aktive Plattenfläche groß, die Abstände möglichst klein und als Elektrolyt vorzugsweise KOH (20-25%) genutzt werden.
Das Ganze wird umso effizienter je geringer die Stromdichte (A/cm2) ist, ich würde nicht über 0,1 A/cm2 gehen, besser sogar unter 0,05 A/cm2 bleiben - dann kocht da auch nichts.
Die Stromstärke stellst Du normalerweise über die Spannung ein, da würde sich ein DC-Buckconverter o.ä. eignen. Du speist das Ganze aus LiFePO-Akkus?
Was ist der Sinn dabei? Entweder den Strom direkt aus einer PV-Anlage oder aus dem Netz und dann mit Variac + Trafo + Gleichrichter in DC umwandeln. Über den Variac kannst Du dann die Spannung beliebig einstellen und damit den Strom durch die Zellen!
Dann brauchst Du kein Puls-Schnickschnack oder sonstigen Hokus-Pokus

[Wladimir]

in einem Youtube-Clip gesehen, dass mittels einem Frequenzgenerator und einer einfachen MOSFET-Schaltung eine solcher HHO-Generator deutlich mehr Leistung bringt, ohne warm zu werden.

Das wird so nicht klappen, der einzige Weg die Menge an Verlustwärme zu senken ist es die Spannung pro Zelle zu senken, das hängt aber direkt mit der Leistung der Zelle zusammen und meistens einigt man sich auf den sweet spot, der bei 80% Wirkungsgrad liegt in Industriellen Anlagen.
Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades lässt sich nur erreichen indem man die Elektroden immer weiter zusammen bringt und das verweilen von Gasblasen verhindert. Daran wird aktuell geforscht und erste Laboranlage erreichen 95% Wirkungsgrad.

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28953-x

[axonf]

Hallo und einen schönen guten Morgen, in Sachen Elektrolysezellen würde mich mal dem Wladimir, Multi KV anschließen. Ich denke ein großes Optimierungspotential bietet hier die Ultraschalltechnik, denn wo schon ne Gasblase sitzt, kann keine neue gebildet werden. Wie sieht eigentlich dein Stack aus, Plexiglas - O Ring - Abstandshalter - Edelstahl, Titan und so weiter. Bei Wasserstoff sollte man die einschlägigen Sicherheitsstandards einhalten, nur draußen den Aufbau betreiben, Waschflasche Bubbler und Rückschlageinrichtung, sonst macht es bummm. Nachbau auf eigene Gefahr viele Grüße von axonf.

[norwac]

Das Bild für den Signalgenerator ist nur ein Symbolbild. Masse wusste ich nicht genau anzuschließen. Ansonsten habe ich das Schema von einer Zeichnung aus dem Netz abgezeichnet. Wie zu Anfang beschrieben, ich bin in dieser Hinsicht vollkommener Laie.

[Alexander470815]

Dann zeig doch mal die Schaltung nach der du gegangen bist.
Lies dir eben mal die Grundlagen zu Mosfets durch.

[norwac]

Hallo,
danke für die bisherigen Antworten. Sorry, es ist aber nicht dass was ich wissen wollte.

#Multi-kv
Natürlich läuft das ganze über Photovoltaik, schließlich schrieb ich von einer Inselanlage ohne Stromanschluss. Selbst wenn ein 2kW- Wechselrichter nur 20 W/h verbraucht, sind das in 24 Std fast 0,5kW. Im Sommer kein Problem, im Winter ein großes. Der Weg über Wechselrichter ist in diesem Fall Energievernichtung, aber das ist auch nicht das Thema.


Wäre es einfach möglich, mir bei dieser kleinen Schaltung zu helfen? Der Frequenzgenerator als Schalter und das MOSFET als Relais.

[norwac]

Hallo Multi-kv

ich danke für die Hinweise:

Wie groß ist denn deine Drycell, d.h. wie groß ist die aktive Plattenfläche, wie ist die Entfernung zwischen den Platten und welchen Elektrolyt nutzt du?
Damit das Ganze effizient läuft, sollte die aktive Plattenfläche groß, die Abstände möglichst klein und als Elektrolyt vorzugsweise KOH (20-25%) genutzt werden.
Das Ganze wird umso effizienter je geringer die Stromdichte (A/cm2) ist, ich würde nicht über 0,1 A/cm2 gehen, besser sogar unter 0,05 A/cm2 bleiben - dann kocht da auch nichts.

Meine Zelle hat eine Netto- Fläche von 23x23cm= 529m². Dichtungen aus 1mm-EPDM, Elektrolyt ca 20% KOH-Lösung.

= 529cm² x 0,05A= 26,45A. Ich habe einen Strom weiter oben von 14-17A angegeben, also weit unter deinem Wert. Natürlich kocht die Zelle nicht wirklich, aber sie produziert ab 50°C vermehrt Wasserdampf, was zur Leistungsminderung führt.

Ein Stepdown-Converter möchte ich ausschließen, da die Zelle kalt viel Strom braucht und warm weniger. Unter 45V nimmt zudem die Leistung wieder ab.

Was ist der Sinn dabei? Entweder den Strom direkt aus einer PV-Anlage oder aus dem Netz und dann mit Variac + Trafo + Gleichrichter in DC umwandeln. Über den Variac kannst Du dann die Spannung beliebig einstellen und damit den Strom durch die Zellen!
Dann brauchst Du kein Puls-Schnickschnack oder sonstigen Hokus-Pokus

Es gibt ein Verfahren, dass auf Basis von Resonanzen HHO erzeugt, mit einem deutlich geringerem Energieeinsatz als bei DryCells. Ist nur komplizierter. Die gewünschte Schaltung geht vermutlich in die Richtung.

[Alexander470815]

Je nach Konstruktion ist die Stromdichte aber deutlich höher wenn sich durch Gasblasen die aktive Fläche reduziert.

Ein Stepdown-Converter möchte ich ausschließen, da die Zelle kalt viel Strom braucht und warm weniger.

Das wird aber vermutlich effizienter als eine PWM sein.
Einfach aus dem Grund da man mit PWM die Zelle einfach nur eine gewisse Zeit mit "Vollgas" betreibt, also hoher Stromdichte und hoher Spannung -> ineffizient
Mit einem Abwärtswandler ist die Spannung reduziert, der mittlere Strom ggf. auch die Effizienz damit besser.

[Multi-kv]

Also, ehrlich gesagt, habe ich mich schon viele Jahre und seit Jahrzehnten mit Wasserelektrolyse, Zellenbau etc. beschäftigt und natürlich auch von den ominösen 'Resonanzfrequenzen' gelesen. Ich halte das aber, offen gesagt, mehr für esoterischen Hokus-Pokus, denn die Elektrochemie ist seit Jahrzehnten ausgereizt und da gibt es ein klares Gesetz was den Zusammenhang an produziertem H2 und O2 mit dem geflossenen Strom erklärt - und da spielt eine bestimmte Frequenz keinerlei Rolle! Das sog. Pulsen spielt bestenfalls beim Wiederbeleben alter Bleibatterien eine Rolle, wenn diese an harter Sulfatierung leiden (durch zu langes Stehenlassen im entleerten Zustand).
Das Effizienteste was ich mir hier vorstellen kann, ist einfach die Spannung soweit anzupassen, dass die Zelle im Dauerbetrieb vernünftig läuft. Und es gibt gute Buck-Converter die einen Wirkungsgrad von deutlich über 90% und bis zu 95...96% erreichen können.

Die 23x23 cm Plattenfläche ist wirklich die aktive Fläche, die an der Elektrolyse teilnimmt, oder die Gesamtfläche der Platten?
Da geht ja noch der Rand ab und oben ist sicherlich etwas 'Luft' - so dass die aktive Fläche vermutlich deutlich geringer ist.
Wie ist es mit dem Plattenabstand? Und welchen Separator nutzt Du um H2 von O2 zu trennen? Oder produzierst Du direkt Knallgas - was relativ gefährlich ist...