Akku-Ladegerät

 

Ausgangssituation

Akkus zu laden scheint nicht trivial zu sein. Ich habe schon diverse Ladegeräte ausprobiert und war mit keinem so richtig zufrieden. Die meisten haben mir schon mal einen Akku platzen lassen. Die Ladeendeerkennung funktionierte also nicht.  

  Wenn man Akkus aber nicht in 14 Stunden, sondern in maximal 1 Stunde vollknallen will, ist eine präzise Erkennung, ob der Akku voll ist, ausschlaggebend für die Lebensdauer der Akkus.  

  Ich habe den Verdacht, für Akku-Ladegeräte inzwischen mehr ausgegeben zu haben, als für die Akkus. Ausgemustert habe ich inzwischen ein MLE6-Plus von ELV, den Akku-Trainer von Conrad, diverse primitiv Stecker-Ladegeräte incl. dem FiF Universalladegerät vom Aldi.  

  Die meisten Geräte verwenden das Delta-U Verfahren, um zu erkennen, ob ein Akku voll ist. Legt man versehentlich einen vollen Akku in solch ein Gerät, wird es den Akku mächtig quälen, bevor es den Ladevorgang abbricht.  

   

Meine Lösung

Zufällig bin ich auf das CCS-Ladeverfahren gestoßen (Computer-Charge-System) . Auf den Webseiten vom BTI kann man jede Menge dazu nachlesen (z.B. unter Articles and Publications )  

  Das CCS-Ladeverfahren misst auf raffinierte Weise die Impedanz der Elektroden und kann damit erkennen, ob ein Akku voll ist. Bemerkenswerterweise geht das für alle Akku Typen. Also für NiCd, NiMh, Li-Ion und Blei. Dabei ist es unwichtig, wie voll der Akku gerade ist.
Klingt echt schlau!  

  Leider ist das Ladeverfahren patentrechtlich geschützt. Deshalb bekommt man das Know-how nur in Form eines Ladeprozessors.
Den Prozessor gibt's fertig mit Platine für ca. 45 Euro bei Conrad (LADEPROZESSORPLATINE CCS9620 EB EV3, Artikel-Nr.: 150065 - 62 ) oder auch als nackter Chip für etwa 13 Euros (CCS9620SL LADEPROZESSOR DIL 18, Artikel-Nr.: 150051 - 62)  

  Natürlich hab ich ein Ladegerät mit dem Chip als Basis gebaut.  

 

  Als Gehäuse dient das Blechkleid eines defekten PC-Netzteils. Damit hat man neben dem Kasten auch schon eine Kaltgeräte-Buchse für das Netzkabel und eine Sicherung. Schwarz übergespritzt ist es ganz ansehnlich.  

Aufgeschraubt sieht man folgendes:  

Im unteren Teil sitzt ein Ringkerntrafo mit 9V und 16V Anzapfungen (für die 16V hab ich einfach ein paar Windungen auf den 9V Trafo draufgewickelt), der Leistungstransistor mit Kühlkörper und ein Gleichrichter.
Trafo und Leistungstransistor sind für maximal 3A ausgelegt.  

  Die Elektronik in der oberen Etage entspricht weitestgehend dem Schaltungsvorschlag (Seite 6), den man auch von Conrad bekommt. Lediglich den Temperaturfühler-Eingang (der an den 3. Kontakt der meisten Akkuschrauber-Akkus gehört) hab ich weggelassen.
Dummerweise erwies sich die Schaltung als störempfindlich. Sobald ich in der Nähe des Ladegerätes z.B. eine Lampe eingeschaltet habe, begann das Ding zu Piepsen und startete den Ladevorgang von vorn. Ein kleines Netzfilter am Eingang hat dann aber Abhilfe geschaffen.  

  Die Akkus müssen je nach Typ mit unterschiedlichem Strom und je nach Zellenzahl mit unterschiedlicher Spannung geladen werden. Nun könnte man ja 2 Drehschalter für Strom und Spannung einbauen - und dann Kästchen für die unterschiedlichen Batteriebauformen machen. Bei falscher Einstellung gefährde ich dann aber die Akkus. Wenn eins meiner Kinder den Stromschalter auf volle Pulle dreht - und dann auch noch eine zu geringe Zellspannung einstellt, dürften die Akkus wieder mal platzen!  

  In das Gehäuse hab ich daher eine 9-polige Sub-D Buchse eingebaut. Daran wird nun je nach Batterie ein entsprechender Batteriehalter mit Stecker angeschlossen. Im Steckergehäuse sind Widerstände eingebaut, mit denen Strom und Spannung fest eingestellt sind. Auch kann dort über eine Drahtbrücke konfiguriert werden, ob die 9V oder die 16V Anzapfung des Trafos benutzt werden soll. Damit lassen sich die Verlustleistungen bei niedriger Zellenzahl gering halten.  

  Zur Berechnung der Widerstände im Steckergehäuse dient der Perl-Script ccs_ladegeraet_r_calc.pl .  

  Bei Abzug des Steckers ist das Ladegerät bis auf den Trafo stromlos und der Trafo braucht dann nur noch ca. 0,1 Watt!  

  Am Ladegerät gibt es also nix einzustellen. Man muss nur den passenden Batteriehalter anschließen - und schon startet der Ladevorgang. Zwei LEDs zeigen dabei den Betriebszustand an. Zusätzlich ist noch ein Piezo-Lautsprecher eingebaut, der informativ piepst. Da Tonfolge und LED-geblinke nicht selbsterklärend sind, klebt eine Legende auf dem Gehäuse:  

 

  Irgendwann will ich den Aldi-Lader mal als Universalladeschale umbauen, um mal schnell ein paar fremde Akkus laden zu können.  

Bis dahin hab ich erstmal ein paar auf die hauptsächlichen Ladeaufgaben spezialisierte Batteriehalterungen realisiert.  

  Die Akkuschrauber-Füllstation (9.6V, 1.2A) bei der Arbeit:  

Hier noch ein paar der etwas interessanteren Varianten:  

  Der "sanfte" 4-Mignon-Zellen Lader (4.8V, 830mA):  

Auch die Kinder finden Akkus toll. Hier ihre Ladestation für die 2 AAA-Zellen des MP3-Sticks:  

 

  Bisher hat sich noch kein Akku über das Ladeverfahren beschwert. Sie bleiben beim Laden erstaunlich kalt, was auf eine lange Lebensdauer hoffen lässt.
Ob die Akkus wirklich viel länger halten, muss die Zeit zeigen...