Akku-Ladegerät
von Wolfgang Schmidt
ELO 2009
Geräte zum Aufladen von kleinen Akkumulatoren werden vom Handel in
einer großen Vielfalt in allen Preislagen angeboten. Lohnt sich da
überhaupt ein Selbstbau? Ich sehe nur einen Grund, der dafür spricht:
Die Freude am selbstgeschaffenen Miniprojekt und der den Selbstbau
begleitende Lerneffekt. Grund genug, es zu tun!
Natürlich begnügen wir uns nicht mit einem ganz einfachen Gerät. Einige
Ansprüche wollen wir schon erfüllen. Das ist gar nicht so schwierig, da
eine Reihe leistungsfähiger Lade-Controller von verschiedenen
Chip-Herstellern angeboten wird. Eine gute Wahl ist der MAX713 von
Maxim. Er besitzt hervorragende Eigenschaften und ist vor allem leicht
beschaffbar (z. B. bei Reichelt Elektronik).
Die wichtigsten Eigenschaften dieses Controllers sind:
• Schnellladebetrieb von NiCd- oder NiMH-Batterien
• Drei Kriterien zur Ladestromabschaltung:
- Die Ladespannung hat ihren höchsten Wert erreicht und beginnt zu sinken
(„negative voltage-slope detection“)
- Die Temperatur der Zelle(n) hat eine festgelegte Höhe erreicht (wird in diesem
Projekt nicht genutzt)
- Die festgesetzte maximale Ladezeit ist erreicht
• Aufladung von 1 bis 16 in Reihe geschalteten Zellen
• Automatische Umschaltung von Schnellladung auf Erhaltungsladung
• Linear- oder Schaltreglerbetrieb möglich
Das Datenblatt des MAX712/713 enthält bereits Applikationsschaltungen
sowohl für Linear- als auch für Schaltreglerbetrieb. Die dort
angegebene Schaltung für Schaltreglerbetrieb bildet die Grundlage für
unser Projekt.
Zur Erläuterung der Schaltung:
• Die Speisung des Lade-Controllers erfolgt durch ein
externes Steckernetzteil. Da der Controller im Schaltreglerbetrieb
arbeitet, kann die Eingangsspannung unabhängig von der Anzahl der zu
ladenden Zellen in weitem Bereich schwanken. Wichtig ist nur, dass die
Speisespannung noch etwas über der Ladeendspannung des Akkus liegt
(abhängig von der Anzahl der Zellen). Bei unserem Projekt mit maximal 4
Zellen kann die Eingangsspannung 8...15V betragen. Ein unstabilisiertes
Steckernetzteil mit 12V Nennspannung ist demnach ausreichend.
• Mit den Programmiereingängen PGM0 und PGM1 wird die
Anzahl der Zellen festgelegt. Mit dem Schalter S1 wird zwischen 1 Zelle
und 4 Zellen umgeschaltet, die weiteren Möglichkeiten werden hier nicht
genutzt. Im Datenblatt des MAX712/713 gibt es eine Tabelle, wo die
erforderlichen Verbindungen der Programmiereingänge für die
Zellenanzahl 1 bis 16 beschrieben sind.
• Die Programmiereingänge PGM2 und PGM3 dienen zur
Festlegung der maximalen Ladezeit. Sie wurde hier auf 264 min
festgelegt, wobei gleichzeitig die „voltage-slope detection“ aktiviert
ist. Die komplette Liste der Einstellmöglichkeiten ist ebenfalls im
Datenblatt enthalten.
• Der Ladestrom wird mit dem Widerstand R6
festgelegt. Er wird berechnet nach IL = 0,25V / R6 und beträgt in
unserem Fall ca. 0,5A.
• Die Temperaturüberwachung wird in dieser Schaltung nicht genutzt.
• Die LED VD3 zeigt den Zustand der Schnellladung an.
Nach Erreichen des Ladeendzustandes (Timer- oder
Voltage-Slope-Termination) erlöscht sie und der Controller schaltet auf
Erhaltungsladung um. Die LED kann ein beliebiger Low-Current-Typ sein.
• Mit dem Schalter S1 werden neben den
Programmiereingängen auch die Zellen selbst umgeschaltet. Für eine
einzelne Zelle ist je eine Halterung für eine Micro- und eine
Mignonzelle (parallel geschaltet) direkt am Gehäuse des Ladegerätes
angebracht, während 4 Zellen als getrennter Akku-Pack über 2 Buchsen
angeschlossen werden.
Achtung! Micro- und Mignonzelle nicht gleichzeitig einsetzen!
Für die Schaltung habe ich ein Layout entworfen, das Mustergerät wurde
entsprechend diesem Layout auf einem Stück Lochrasterplatte aufgebaut.
Das Ganze passt in ein kleines Kunststoffgehäuse (z. B. Reichelt Best.-Nr. SD 10 SW).