Spannungsverhalten beim Motorstart R1200GS

[Darkover]

Moin Leute,

War gerade in der Garage und hab mal etwas gemessen. Dachte das koennte
den einen oder anderen interessieren.

Zunaechst aber mal ein aelteres Bild das ich schon 2-3x gezeigt habe:

Das Bild zeigt einen Start im Winter. Dabei habe ich die Spannung an der Batterie gemessen
und den Strom mit einem Shunt von Alieexpress. Man muss bei solchen Messungen also
immer mit einer gewissen Ungenauigkeit rechnen. So +/-10% wuerden mich nicht wundern.
Man sieht hier das die Spannung bis auf 7.5V zusammenbricht, der Strom etwa 230A betraegt.
Das sind akzeptable Werte die mich nicht wundern, aber nur noch wenig Reserve.
Ich weiss nicht genau mit welcher Spannung die MCU in der ECU laeuft, in der Industrie
sind seit 20Jahren 3.3V ueblich, Automotive ist manchmal etwas konservativ, kann also sein
das die 5V braucht. Dann sind noch 2.5V fuer den Spannungsregler da. Das passt, aber
grosse Reserven sind da nicht.

Zwischenzeitlich habe ich nun zwei Dinge gemacht:

1. Den Massekontakt des 10mm^2 Kabel am Motorblock gereinigt.
2. Ein zusatzliches Massekabel von 16mm^2 von der Batterie direkt
zum Anlasser verlegt.

Ich weiss also das ich die bestmoegliche Masse habe. Das ist im folgenden wichtig
weil ich nicht davon ausgehe dort noch nennenswerte Verluste zu haben.

Aktuelle habe ich gerade eine Intakt HVT-08 Batterie im Motorrad. Das ist aber erstmal
so irrelevant weil ich Probleme sowohl mit einer Original BMW, einer Yuasa, wie auch
der Intakt hatte. Da tut sich nicht viel! Die BMW-Batterie aus obiger Messung ist derzeit
in meiner R75/7 eingebaut und startet die problemlos. .-)

Ich hab gerade nun wieder gemessen. Das Motorrad stand jetzt so 2-3 Wochen,
ich hatte die Hoffnung das es vielleicht nicht anspringen wuerde, aber 'leider'
ist es problemlos angesprungen. Es ist derzeit mit 11Grad zu warm fuer Probleme.

Man siehst das die (gelbe) Spannung an der Batterie bis auf 5.28V zusammenbricht.
Das ist niedrig! Irgendwann da kommt der Punkt wo die MCU in der ECU sich reseten wird.
Aber man sieht das es noch geklappt hat.
Noch interessanter ist die (blaue) Spannung direkt am Anlasser von 4.48V. Also 0.8V
Verlust in dem dicken 10mm^2 Kabel von der Batterie zum Anlasser. Ich vernachlaessige
also eventuelle Verluste in 10+16mm^2 der GND-Anbindung des Anlassers.

Ich hab dieses Kabel mal mit 80cm Laenge geschaetzt. Dann sollte ein 10mm^2 Kabel
also 0.0014R haben. Bei 0.8V waeren das 570A. Das kann aber nicht stimmen weil
obige Messung im Winter so 230A gezeigt hat. Erwarten wuerde man irgendwas von
150A bis 200A. (es ist ja deutlich waermer)
Das Kabel wird also eher im Bereich 0.004R liegen. Das ist viel zu hoch.

Daraus schliesse ich erstmal folgendes:

1. Die Intaktbatterie ist nicht das dollste von der Welt.
2. Die Zuleitung zum Anlasser ist zu duenn oder zu schlecht.
Jedenfalls mache ich da auch noch 16mm^2 rein.
3. Das ist alles krass auf Kante genaeht, seufz.

Vielleicht ist mein Motor aber auch einfach zu gut und hat zuviel Kompression.

Olaf

 

[Darkover]

Noch was, die Ausgangsspannung von 12.0V vor der Messung finde ich eigentlich etwas
duerftig! Ich weiss aber das die Entladung durch das Motorrad unter 1mA liegt und hab
das sogar schonmal ueber 1Woche gemessen um gelegentliche Sucker auszuschliessen.

Trotzdem 12V sind IMHO zu niedrig. Ich schliesse mal mein Ladegeraet an und wiederhole den Spass heute Abend nochmal. Mal schauen was ich da messe.

Olaf

 

[teileklaus]

sehr schön gemacht, ich hatte auch schon mal mit einer dünnen Shido 4,5 oder 5 AH um die 7,5V gemessen, weiß aber nicht wie träge das Mulimeter ist. ob es nicht einen geschönten Mittelwert nimmt.
Mein Zangen A Meter zeigt auch 280 A als Peak.
Muss doch auch mal den alten Oszi ausgraben. aufzeichnen kann ich damit nicht nur sehen..

 

[Darkover]

So neue Messungen neues Glueck.

Ich hab die Batterie an mein Ladegeraet gehaengt und das auf 6A gestellt.
Nach 90min war ich wieder in der Garage und hab abgebrochen, es wurde
aber noch geladen.

Spannung bei angeklemmten Ladegeraet: 14.6V (also schon ziemlich voll)
Spannung kurz nach dem abklemmen: 13.3V

Ich hab dann erstmal 1h abgewartet damit sich die Spannung stabilisieren kann.

Batterie bei Zuendung aus: 12.9V (gute Spannung fuer eine geladene Batterie)

Bei eingeschalter Zuendung, ABS wird getestet, Auspuffklappe macht surr-klick
bricht die Spannung auf 12.5V zusammen. Finde ich in Ordnung.

Jetzt wieder Startversuch:

Kabelverluste sind gleich.
Die Spannungen finde ich immer noch sehr knapp. Wir haben hier jetzt laue 17Grad
und der Motor lief heute morgen schonmal fuer 1min. Bei 0Grad wuerde das nix werden.

Normalerweise wuerde ich jetzt sagen das die Batterie kacke ist. Aber drei Stueck mit denselben Symptomen?

Auf jedenfall war die Batterie aber auch nicht mehr richtig geladen. Das bringt mich fast noch mehr ins gruebeln weil ich die Entladespannung dutzende Male gemessen habe da eine zu hohe Entladung natuerlich vieles erklaeren wuerde.

Rechnen wir mal....

Batterie hat 14Ah. Gehen wir davon aus das sich das Motorrad mit 70% Ladung noch brauchbar starten laesst. Also koennen 4Ah verbraten werden. Nehmen wir ferner mal an das ich das Motorrad 3Wochen rumstehen hatte, also 504h. Damit koennten wir uns also eine Entladung von 8mA erlauben. Gemessen habe ich aber 0.61mA!
Jetzt hat die Batterie aber noch eine gewisse Selbstentladung, bei Kaelte reichen 70% vielleicht nicht, vor allem da mein Problem ja darin besteht das die ZVE das Relais abschaltet. Zusammen mit 1-2 Messungenauigkeiten kommt man langsam in Bereiche wo es Probleme geben kann.

Hm...also erstmal das Kabel zwischen Batterie und Anlasser verstaerken und schauen
was der naechste Winter bringt...

Interessant waere es natuerlich seinen inneren Schweinehund zu ueberwinden und morgen
auf eine andere Batterie umzubauen und eine Vergleichsmessung zu machen.

Olaf

 

[Darkover]

So, neuer Mess und Basteltag.

Zunächst mal eine Berichtigung. Ich hatte oben angenommen das die Intakt-Batterie 14Ah
hat. Das ist aber falsch. Ich hatte die gerade in der Hand. Es ist eine Intakt YTX14-BS mit 12Ah.

Ich habe nun gerade auf eine Yuasa YTX14H-BS mit 12Ah umgebaut.
Diese Batterie stand bei mir jetzt so 2Jahre in der Garage, allerdings hab ich sie zwischendurch
einmal am Ladegeraet gehabt. Keine Ahnung wie lange das jetzt her ist, aber sicher so 7-8Monate.

Die Batterie hatte erstmal so 12.25V wie sie auf der Werkbank stand. Also eher leer, aber nicht problematisch schlimm bezueglich Sulfatierung.
Beim einschalten der Zuendung bricht die Spannung auf 11.7V zusammen. Also hoffnungsvoll leer.

Jetzt startversuch wie gehabt, mein Finger also die ganze Zeit auf dem Startknopf.

Man sieht, der Motor macht eine halbe Umdrehung bis er auf Kompression kommt.
Die Spannung an der Batterie bricht dabei auf 4.8V zusammen und dann schaltet das
Steuergeraet das gelbe Relais an der ZVE ab. Die Spannung erholt sich, das Steuergeraet
wartet 380ms und wiederholt den Vorgang.
Hier mal eine Auschnittsvergroesserung:

Man sieht das diese Pausen immer genau gleich gross sind. Wenn man neben dem Motorrad
steht und das so hoert wuerde man beim tack-tack-tack naemlich zuerst an das typische
Geraeusch denken den ein Anlasser macht wenn eine Batterie leer ist, aber das wuerde wegen
leerer Batterie immer laenger werden. Das ist hier nicht so. Das Timing wird vom Steuergeraet uebernommen.
Deshalb kann ich die Kiste im Winter wenn ich diesen Fall habe starten indem ich das gelbe Relais bewusst von der Batterie fremd bestrome!

Interessant ist jetzt das ich oben mit 5.3V Minimalspannung an der Batterie noch starten konnte, und hier bei 4.8V nicht mehr. Man darf also mal vermuten das wohl so bei 5V die Grenze liegt.
Das heisst also wenn die Spannung auch nur fuer 1ms unter diese Grenze liegt dann bricht
das Steuergeraet ab. Man koennte jetzt einwenden, hey 5V das ist aber wenig. Ja, aber nur
sehr sehr kurz. Denn der Motor hat ja idealerweise schon etwas Schwung, also Energie in seiner Schwungmasse und wuerde von selber ueber den OT kommen. Oder halt dort verhungern wie das ueblicherweise bei aelteren Motoren passiert.
Wenn jetzt irgendwas den Innenwiderstand der Batterie soweit erhoeht das dieser Einbruch vorkommt dann war es das! Jedes 1/10V ist dabei wichtig.

Einfluss hat also:
1. Innenwiderstand, Zustand und Qualitaet der Batterie
2. Offensichtlich Umgebungstemperatur. Ich hab ja immer nur ab 5Grad und weniger ein Problem!
3. Innenwiderstand der Verkabelung

Letzeres muss man nochmal gesondert betrachten. Es gibt am Pluspol nur ein einziges
Kabel das man an die Batterie anschliesst. Dort wurde also das dicke 10mm^2 zum Anlasser und das 4mm^2 zur ZVE zusammengefasst. Wenn es dort einen erhoehten Uebergangswiderstand geben sollte dann wuerde das Steuergeraet eine geringere Spannung messen als wirklich vorhanden ist und vorzeitig abschalten. Denn ich kann ja den Motor im Winter mit meiner Zusatzkabelloesung starten, ich muss nur verhindern das mir das Steuergeraet dazwischen funkt.
Dem muss ich wohl noch mal weiter nachgehen.

Die Yuasa haengt jetzt am Ladegeraet. Die werde ich gleich auch nochmal messen.
Bin mal gespannt ob man dort einen Unterschied an der Batteriespannung unter Last zur Intakt sieht. Das ist ja eine ideale Vergleichmessung des Innenwiderstands. Dann sehe ich welche der beiden Batterien besser ist.

Olaf

 

[Darkover]

Neue Messung neues Glueck...

Hab die Batterie wieder 90min am Ladegeraet gehabt und dann 1h ruhen lassen.
Danach hatte ich bei ausgeschalteter Zuendung 12.58V an der Yuasa. Beim einschalten
der Zuendung bricht die Spannung auf 12.04V zusammen. Das ist eigentlich erstmal
ein schlechtes Zeichen. Die Intakt war hier besser.

Jetzt zur Messung:

Wie man sieht ist die Spannungslage deutlich hoeher wie bei der der Intakt (5.7V). Das deutet
auf einen kleineren Innenwiderstand hin. Also eine bessere Batterie. Aber wenn man mal
direkt mit dem Intakt-Bild vergleicht faellt auf das diese Minimum 250ms spaeter anliegt.
Der Motor stand "guenstiger" er hatte sozusagen mehr Zeit zu drehen und konnte
mehr Energie in seine Schwungmasse speichern. Darum laesst sich das vermutlich
nur schlecht vergleichen.
Sowas zu messen ist erstaunlich komplex...

Auffaellig sind hier noch zwei Dinge.

1. Bei beiden Batterien laesst das Steuergeraet den Anlasser erst mal 1.3s drehen bevor
es die Zuendung zuschaltet.

2. Die Minimalwerte der Spannung liegen bei gut geladener Batterie so bei 6V. Also
etwas die Haelfte von 12V. Das nennt man in der Etechnik Leistungsanpassung.
Damit kann man die meiste Energie aus der Batterie holen. Allerdings bei einem
lauschigen Fruehlingsmorgen von 13°C! Im Winter wird das deutlich schlechter
weil der Innenwiderstand der Batterie steigt und weil das Motoroel dann natuerlich
dicker ist. Da sieht man deutlich wie grenzwertig das alles designt ist.

Okay, naechste Idee. Ich hab jetzt einen Kanal wie immer direkt an der Batterie. Da habe
eine dicke Krokoklemme auf dem Schraubenkopf. Der andere Kanal habe ich an einer
Testnadel mit der ich 1cm nach der Vercrimpung am Plusspol durch die Isolierung gepiekst habe.
Ich messe also nun den Spannungsabfall im Crimpkontakt und wohl auch des Uebergangswiderstands zur Batterieklemme.

Okay, 0.16V Verlust. Da wuerde ich sagen das geht in Ordnung. Ich denke damit muss
die Vercrimpung okay sein. Die einzige Verbesserung die dann noch bleibt waere
ein besseres Kabel vom Pluspol zum Anlasser. Damit muesste man 0.8V-0.16V rausholen
koennen. Ob das reicht????

Hm...ich glaub ich muss jetzt bis zum Winter warten und das wiederholen und ueber
das Problem meditieren.

 

[Franz Gans]

Hm...ich glaub ich muss jetzt bis zum Winter warten und das wiederholen und ueber
das Problem meditieren.

Meditationsfördernd: Dem Anlasser als Elektromotor sind doch 0,8 Volt weniger als der ZFE gleichgültig. Entscheidend ist doch nur, daß die Spannung in der ZFE (F für Fahrgestellelektrik, -onik) nicht unter die für den eingebauten Prozessor nötigen 5 V fällt. Daß der Anlasser bei höherer Spannung besser jodelt, ist zwar für den Startvorgang vorteilhaft, aber nicht ausfallentscheidend.