Bleiakku-Vitalisierer
Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2013 von Gerd Schmidt
Obwohl die Technik der Bleiakkumulatoren noch aus dem vorletzten Jahrhundert stammt, sind viele Millionen dieser Energiespeicher im Einsatz. Sie sind im täglichen Einsatz zuverlässig, spannungsstabil, hoch belastbar, über einen großen Temperaturbereich verwendbar und zudem preiswert. Wird ein Bleiakku allerdings über längere Zeit gelagert, wie es zum Beispiel bei den Starterbatterien von Oldtimern, den Energiezellen von Campingfahrzeugen oder den Stromspeichern von Garten- und Wochenendhäuschen der Fall ist, kann sich eine kristalline Bleisulfatschicht bilden, die die Kapazität des Akkumulators zunehmend verkleinert und sogar irreversibel werden kann. Die hier vorgeschlagene Schaltung belastet den Bleiakku für sehr kurze Zeit mit einem hohen Strom und verhindert so eine Sulfatisierung und kann sogar eine bereits gebildete Sulfatschicht abbauen. Dies verlängert die Lebensdauer eines Bleiakkus, und manchmal lässt sich sogar ein defekter Akku wiederbeleben.
Die Schaltung benötigt keine eigene Energieversorgung, sondern wird vom zu regenerierenden Akku selbst versorgt. Die positiven Flanken eines langsamen Taktgenerators triggern das zweite Gatter, dessen Ausgang einen kurzen, negativ gerichteten Puls erzeugt, der nach Invertierung durch zwei parallele Gatter einen Logic-Level-Kleinleistungsmosfet durchschaltet. In der Drainleitung zeigt eine Leuchtdiode den durchgeschalteten Zustand durch einen dementsprechend kurzen, aber gut wahrnehmbaren Lichtblitz an. Ein niederohmiger Leistungsmosfet, der mehr als 70A schalten könnte, legt einen 0,33Ω Leistungswiderstand parallel zum Akku, so dass für kurze Zeit ein hoher Strom fließt. Eine Z-Diode schützt den 4093, der maximal mit 18V betrieben werden darf.
Wird die Schaltung nachgebaut, so sollten die Leitungen zum Leistungsmosfet, zum Lastwiderstand und zum Akku dem Strom entsprechend dick ausgelegt und eventuelle Leiterbahnen stärker verzinnt sein. Die am Steckboard gemessene Periodendauer betrug 4 Sekunden, die Impulsbreite 0,6 ms. Bei einem Strom von rund 30 A verliert der Akku im Monat circa 3,2 Ah seiner Kapazität. Das hört sich zwar viel an, ist es aber nicht. Die typischen Kapazitäten von Kfz-, Camping- und Solarakkus liegen zwischen 44Ah und über 200Ah, so dass 3,2 Ah dagegen vernachlässigbar sind. Bei Akkus geringerer Kapazität kann der 1µF-Kondensator durch einen Elko bis zu 10µF ersetzt werden. Eine Kühlung der beiden Leistungsbauteile ist nicht notwendig, da deren thermische Belastung im Mittel gering ist.
Praxisbericht von Andreas Hinz
Achtung, die Pin-Nummern im Schaltbild passen zum 74LS132 und müssen für den 4093 angepasst werden. In der Praxis scheint sich das Konzept zu bewähren. Ich habe einen Blei-Gel-Akku, der wirklich tot ist, an die veröffentlichte Schaltung gehängt. Er wird nach einer Woche wieder minimal geladen (vorher 0 mA auch bei 30 V angelegter Spannung) mit etwa 30 mA. Der Ladestrom steigt aber stetig, wenn auch langsam. Dieses Projekt ziehe ich bis zum Ende durch. Zwischenzeitlich lade ich den Akku mit einer Spannung von 13.71 V. Nach spätestens 12 Stunden klemme ich ihn ab und überlasse ihn allein der Entladeschaltung. Nach etwa zwei Tagen beginne ich erneut mit der Ladung.