Akkuladegerät
für NiCd und NiMH
1996 baute ich dieses Akkuladegerät geeignet zum Laden
für
Nickel-Cadmium und Nickel Metallhydrid Akkus. Es verwendet den ICS
1702N Controller, der im Reflexladeverfahren arbeitet. Der Controller
bietet umfangreiche Möglichkeiten.
Er kann beispielsweise laden in 15min, 30min, 1h, 2h oder mit der
längeren 1/10C Standardladung. Er basiert auf dem Prinzip des
Erkennens, daß nach Erreichen der
Ladeschlußspannung die Akkuspannung wieder leicht absinkt, er
geht danach in einen Erhaltungsmodus über.
Während des Ladevorgangs steuert er externe Stromquellen an.
Er hat auch einen Modus bei dem der Akku wahlweise vor der Ladung
zuerst entladen wird, auch über eine externe Stromsenke. Nach
dem Start des Ladevorgangs beginnt er zuerst mit einer
Akkuprüfung und steigert danach den effektiven Ladestrom
über die Einschaltdauer. Er hat als
Besonderheit so weit ich mich erinnern kann kurze Entlade-Stromimpulse
während des Ladevorgangs, dies soll sich positiv auf den Akku
und das Ladeverhalten auswirken. Zusätzlich kann auch ein
Modus eingestellt werden in Kombination mittels der Temperaturmessung
des Akkus über einen anzubringenden Thermistor, diese Methode
wählte ich nicht.
Ich kann nicht sagen ob das alles richtig ist was ich da oben
geschrieben habe, mittlerweile sind 11 Jahre vergangen, aber
an
die genannten Details erinnere ich mich noch. Dem Interessierten sei
daher das Studium des umfangreichen Datenblattes empfohlen.
Insgesamt war der Controller zum Zeitpunkt der
Geräteentwicklung einer der modernsten Lade IC's die am Markt
erhältlich waren, manche Akku Experten lobten den IC sehr. Mit
dem heutigen Stand an Lade IC habe ich mich in den letzten Jahren kaum
beschäftigt, ich weiß daher nicht ob es
durchschlagend neues darüber zu berichten gibt. Jedenfalls hat
das Gerät über all die Jahre problemlos funktioniert
und immer treu und fleißig unzählige Akkus
aufgeladen, das es
mal würdig ist vorgestellt zu werden.
Die Beschaltung des Controllers ist relativ einfach zu realisieren, es
genügen Stromquellen, die aus überall
erhältlichen LMxxx Spannungsreglern aufgebaut
werden können, das Datenblatt gibt hierzu viele Hinweise.
Es können mit der gewählten Spannungsversorgung
maximal sieben in Reihe geschaltete Zellen geladen
werden, der Ladestrom ist von 220mA bis 2600mA in sechs Stufen
einstellbar, damit sind langsame Standard- als auch Schnellaufladungen
möglich. Die beiden Kippschalter stellen den
gewählten
Zeitmodus für die Aufladung ein. Momentan ist das
Gerät so konfiguriert, daß direkt geladen wird ohne
vorher zu entladen. Bei
neueren Akkus soll dies ja nicht mehr so wichtig sein wie bei
älteren, wegen nicht mehr existierenden Memory Effekten -
kenne mich dazu aber zu wenig aus
und möchte mich in diesen Bereichen nicht zu weit aus dem
Fenster
lehnen.
Die drei Leuchtdioden zeigen den Akkuzustand an, bei nicht
angeschlossenem Akku leuchtet die rote und wartet auf den
Anschluß. Nach Anschluß (je nach Jumperung des
Mode) blinkt
entweder die Grüne und der Akku wird zuerst entladen, danach
während des Ladevorgang leuchtet die Gelbe, nach Erreichen der
Vollladung leuchtet die Grüne ständig. Falls der
Modus des
Nicht-Voher-Entladens gewählt wurde geht der Lader
natürlich
sofort in den Ladebetrieb was er mit der Gelben anzeigt.
Man kann mit diesem Gerät je nach Akkutyp wählen, ob
die Langsam- oder die Schnellladung bevorzugt wird. Früher
war es nicht selbstverständlich, daß alle Akkus
schnellgeladen werden dürfen. Heutzutage sollen manche sogar
immer
mit höheren Strömen geladen werden, kenne mich zu
wenig damit aus.
Nicht zu sehen, auf der Rückseite befindet sich sogar ein
Anschluß um den Lader optional aus einer 12V Autobatterie zu
speisen. Das Gerät war damals ein Gemeinschaftsprojekt
zusammen
mit einem Kollegen, der diese Option für seine Modellbau
Ambitionen nutzen wollte, damit er seine Modellbauakkus unterwegs am
Auto neu aufladen konnte.
Das Gerät ist zugegebener Maßen keine
Schönheit mehr,
es hatte ein hartes Leben hinter sich, mal im Freien, mal im Keller,
mal in staubiger Umgebung, im Sommer wie im Winter - aber es geht immer
noch.
Das linke Bild zeigt, daß als Kühlkörper
einfach eine
dicke Aluplatte verwendet worden ist, sowas funktioniert, die
Fläche ist recht groß, extrem viel Verlustleistung
entsteht
auch nicht. Das rechte Bild zeigt zwei übereinander gestapelte
Leiterplatten. Zu sehen die Widerstände der Stromquellen und
Senken. Leider ist das Foto nicht besonders gut, Entschuldigung. Wollte
auch die Beinchen der Spannungsregler nicht noch weiter hochbiegen.
Zum Abschluß noch zwei Oszillogramme während des
Ladevorgangs.
Aufgezeichnet wurde mit einem 4035
Oszilloskop. Der oberer Kanal zeigt die Spannung an einer einzelnen
Zelle (500mV/DIV, GND bei Mittellinie Linie 5) und im unteren
Kanal wurde mit einer Stromzange P6042
aufgezeichnet (1A/DIV, GND bei Linie 9 die zweitunterste). Die
Zeitablenkung beträgt im linken Oszillogramm etwa
1Sekunde/DIV, rechts
gezoomt, allerdings zu einem späteren Zeitpunkt des
Ladevorgangs. Links sieht man im Strom
neben längeren Aufladezeit den kurzen Entladeimpuls unterhalb
der
Nullinie. Rechts zu einem späteren Zeitpunkt lädt er
anscheinend nur noch auf. In den Momenten des Stromflusses steigt die
Spannung am Akku immer ein klein wenig an.
Digitalspeicher Oszilloskope und DC taugliche Stromzangen sind
hierfür nützliche Instrumente, Beispielsweise sich
nur auf
DMM zu verlassen wäre falsch, man weiß dann weder
die
richtigen Momentan Werte und was noch viel schlimmer ist, man
würde beispielsweise mögliche Oszillationen in den
Stromquellen
gar nicht erkennen. So etwas ist durchaus möglich, da
Stromquellen geregelte
Gebilde sind. Bauen sollte man solche Geräte nicht ohne ein
Oszilloskop und eine Stromzange zur Verfügung zu haben, diese
Kontrollfunktion ist wichtig.
Für die angeschlossene Schaltung könnte so etwas
fatale
Folgen haben. Für die Akkus wahrscheinlich weniger, aber man
stelle sich beispielsweise vor, das Ladegerät wäre
direkt in
ein Gerät mit eingebautem Akku angeschlossen und man
würde direkt hinein laden, entnimmt man dann z.B. den Akku
ohne
den Lader zuvor abzuklemmen kann es gefährlich werden
für die
daran angeschlossene Elektronik.
Ein intakter Akku mit seinem niedrigen Innenwiderstand verhindert zwar
schlimmeres, fehlt er aber, so kann die angeschlossene Schaltung defekt
gehen, das ist sehr wichtig das zu verstehen. Daher mit sollte einem
Gerät niemals geladen wenn die Akkus irgendwo zusammen mit
empfindlicher Elektronik eingebaut sind, diese immer zuerst
herausnehmen und mit externen Battieriehaltern laden.
Ausnahmen bilden Ladegeräte bei denen ein solcher Modus
ausdrücklich dafür spezifiert ist, bei
Nickelladegeräten ist das seltener der Fall.
Außnahmen bilden z.B. ordentliche Bleiakkuladegerät,
sie sind prinzipbedingt durch ihr kontrolliertes
Konstantspannungsverfahren im Vorteil, wobei es auch bei diesen viel
Schrott am Markt gibt - daher aufpassen was man kauft. Ein schlechter
Lader z.B. an einer sehr schwachen Autobatterie kann dahinter liegende
Elektroniken zerstören, im Zweifelsfall Batterie abklemmen vo
den Laden. Das Internet ist voll mit Informationen darüber.
Hersteller Informationen beachten!
Manche Generationen neuer Akkus fordern ihre eigenen speziellen Ladegeräte.
Die Stromquellen bei diesem Lader beispielsweise reagieren
prinzipbedingt
äußerst übel im Zusammenspiel mit
angeschlossenen
Elektroniken, fehlt ihnen ohne angeschlossenen Akku die nötige
Last, können sie ihren Strom nirgends reinschicken, sie
reagieren
dadurch mit dem Ansteigen bis zu ihrer maximalen Ausgangsspannung. Im Fall
dieses
Gerätes bis zur etwa 7fachen Einzelzellenspannung, also ca
7*1.2V
ungefähr 10 Volt - eine daran angeschlossene zwei Zellen
Elektronik von ca. 3V
Volt würde sowas ganz und gar nicht mögen und kann für die
dahinter
liegende Schaltungen ein Ausfall bedeuten. Ältere
Ladeschaltungen ohne aktive Stromquellen, haben diese Problematik nicht,
deren Ladeverfahren ist zwar einfacher in der schaltungstechnischen
Realisierung aber für Nickel Technologien nicht so geeignet wie geregelte Verfahren..
Ältere Verfahren werden meist in Geräten verwendet in
denen die Akkus fest eingebaut sind.
Es
ist dann meist eine Transformator mit nachgeschalteter AC
Gleichrichterschaltung und über einen entsprechend dimensionierten
Vorwiderstand fließt dann ein kleinerer Strom (oft ca. 1/10
der
Kapazität) in den Akku. Diese Verfahren sind ungeregelt und
prinzipbedingt ungenau, sie funktionieren aber ausreichend, da die
meisten Nickeltechnologien gegen Überladung mit kleineren
Strömen in gewissen Grenzen tolerant reagieren. Nur irgendwann
ist
da auch Schluß, deswegen findet man an Geräten oft
z.B. den
Hinweis: Ladung für 16 Stunden, jedoch nicht länger
als
maximal 72 Stunden laden. Diese Ladeverfahren sind nach heutigen
Maßstäben kostengünstige Lösungen waren aber
früher eine verbreitete Standardlösung als es die modernen
Ladecontroller
einfach noch nicht gegeben hat.
