Preiswertes Automatikladegerät für 12V-Blei-Gel-Akkus

Günther Hager

Hier stelle ich zunächst mein 12V-Ladegerät vor, das für knapp 13,00€ bei LIDL verkauft wird und das ich mit wenigen Bauteilen in ein Automatikladegerät für 12V-Blei-Gel-Akkus umgebaut habe.

Vorab einiges Grundsätzliche über 12V-Bleiakkus. Sie sollten bis zu einer maximalen Ladeschlußspannung von 14,4V geladen werden, da bei einer Ladung darüber hinaus eine verstärkte Elektrolyse einsetzt, die bekanntlich das im Elektrolyt enthaltene Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, was das sehr explosive Knallgas ergibt. Deshalb ist immer eine gute Raumbelüftung beim Laden von Bleiakkus erforderlich.
Im KFZ wird die Ladung der Autobatterie durch einen Regler begrenzt. Dabei werden der Ist- (am Akku) und Sollwert (beim Regler eingestellte Referenzspannung) verglichen und bei 14,4V wird die Ladung abgeschaltet und bei einem Absinken der Akkuspannung unter diese 14,4V wieder eingeschaltet.

Doch nun zu den Blei-Gel-Akkus. Die, wie „Gel“ schon sagt, den im KFZ-Akku vorhandenen Elektrolyt, der dort in Form einer etwa 1,24 ... 1,28 Schwefelsäure enthalten ist, im Blei-Gel-Akku durch einen Elektrolyt mit einer etwas geringeren Säuredichte in einer gelierten, festeren Konsistenz, also gelartig, ersetzt wird.
Da diese Akkus gasdicht gebaut sind und durch den Gel-Elektrolyten in jeder Lage (absolut kippsicher) betreibbar sind, muss die Spannungsabschaltung bereits bei 13.8V ...13,9V erfolgen, andernfalls ist die lange Lebensdauer dieser Akkus nicht erreichbar. Auch kann sich das Gehäuse durch den bei Überladung entstehenden hohen Druck verformen und undicht werden. Bei einer guten Pflege dieser Akkus (keine Entladung unter 11V und keine Überladung) garantieren die Hersteller eine mindestens 10jährige Lebensdauer. Natürlich sind die technischen Hinweise in Bezug auf Lade- und Entladeströme der unterschiedlichen Hersteller zu beachten. Der große Vorteil dieser Akkus ist neben ihrer Langlebigkeit die sehr geringe Selbstentladung, die bei den KFZ-Akkus doch sehr groß ist. So kann ein solcher Akku bereits nach 2 .. 3 Monaten ganz leer sein. Dagegen ist bei meinen Dryfit-Akkus bei einer Vollladung nach zwei Jahren noch eine 80%ige Ladung/Kapazität vorhanden. Es empfiehlt sich also, die technischen Daten und Gebrauchsanweisungen der jeweiligen Hersteller zu beachten.

Da ich kein Automatikladegerät für meine Blei-Gel-Akkus besitze und selbst mein neues ULTRA DUO PLUS 30 nur einen Modus für Blei-Akkus mit einer Spannungsbegrenzung von 14,4V hat, habe ich mir in einem Großmarkt ein Ladegerät für weniger als 13,00 € gekauft, und wie in den Schaltbildern dargestellt, umgebaut.

Die Vorteile des Umbaus: Die Akkus werden bis kurz vor Erreichen der Spannung von 13,8V fast mit dem Maximalstrom geladen, der erst bei etwa 13,6V durch eine Anschnittsteuerung (ähnlich wie bei einem Dimmer) reduziert wird. Ab 13,8V findet durch das ständige Aus- und Einschalten nur noch eine Erhaltungsladung statt.
Mit dem für Gel-Akkus entwickelten Lade-IC 137 oder ein mit einem Spannungsregler z. B. LM 317 o. ä. aufgebauten Ladegerät ergibt sich eine weitaus längere Ladezeit (siehe hier). Durch die Spannungsbegrenzung folgt die Ladezeit einer e-Funktion, wodurch die Strombegrenzung bereits sehr früh einsetzt. Da bei der von mir verwendeten Abschaltung, wie bereits erwähnt, der Ladevorgang erst abgeschaltet wird, wenn die Ladeschlussspannung erreicht ist und dann die Strombegrenzung einsetzt, die (wie bereits erwähnt) den Strom soweit reduziert, bis er dem Strom für die Erhaltungsladung entspricht!

SB 1

Hier das Schaltbild SB 1 des Originalgerätes, das einerseits durch seine Einfachheit und die geringe Zahl an Bauteilen besticht, andererseits aber durch die Dimensionierung der Bauteile für die Ladungen von Blei-Säure-Akkus optimiert ist.

Allerdings hat man, um nicht so eine lange Ladezeit zu haben, eine relativ hohe Erhaltungsladung, die man deshalb bei Akkus mit kleineren Kapazitäten beim Abfallen des Stromes (ablesbar am Amperemeter) unterbrechen sollte. Der Ladezustand ist am Messgerät ablesbar, das den Effektivwert anzeigt, da die Ladung durch einen pulsierenden Gleichstrom ohne Pufferung erfolgt. Da es ein Weicheiseninstrument ist, wird der Ladestrom im unteren Bereich etwas gedehnt.

Diese pulsierende Ladung ist für die Akkuzellen ein Vorteil, da damit die Kristallbildung vermindert wird, die den Ri des Akkus erhöhen und die Kapazität verringern würde. Das Gerät ist in der Originalform verwendbar, wenn eine hochbelastbare (10 ... 15A) Siliziumdiode in den Ladekreis geschaltet wird, da ihre Schwellenspannung von 0,7V die Ladespannung entsprechend herabsetzt.

SB 2

Schaltbild SB 2 zeigt unter Verwendung des fertig gekauften Ladegerätes meinen Ausbau zu einem 12V Blei-Gel-Ladegerät mit automatischer Spannungsabschaltung, welche die Ladeschlussspannung des Akkus nicht über 13,8V ansteigen lässt. Verwendet wurde, wie bei anderen Abschaltungen (z.B. bei den LIPOs) das ICL 7665 und als Schalter der PNP-Sipmos-Transistor IRF 5305. Wie bereits weiter oben in der Einführung erklärt, erfolgt durch das ständige Aus- und Einschalten im 13,8V-Bereich eine Erhaltungsladung, deren Strom vom Ri abhängig ist, der wiederum von der Kapazität des Akkus bestimmt wird. So hat ein Akku mit einer geringeren Kapazität auch einen kleineren Erhaltungsladungsstrom. Der Ladezustand ist außer am Messgerät auch an den LEDs (besser) erkennbar. Befindet sich die Ladung im Endbereich, leuchten beide LEDs, wobei das Leuchtverhältnis die Größe des Erhaltungsstroms signalisiert.

ZUm Laden von Blei-Säure-Akkus habe ich eine separate Buchse auf der Rückseite des Gerätes für den Pluspol angebracht, die, wie bei der Originalversion, direkt am Pluspol der Gleichrichterbrücke angeschlossen ist. Außerdem habe ich nach alter deutscher Sitte (nach der alten VDI-100–Norm) das Metallgehäuse und den Deckel mit der Schutzerde verbunden, was ein 3-adriges Anschlusskabel mit Schukostecker erfordert. Sicher ist sicher, dachte ich mir, da ist schließlich ein Blechgehäuse mit vielen Lüftungsschlitzen und mit 220V-Netzbauteilen, (auch wenn der Trafo mit getrennten Wicklungen als Schutztrafo gilt), zumal das Gerät vorwiegend im Keller und in ähnlichen Räumen genutzt wird.

Bild 1

Hier in Bild 1 das fertig ausgebaute Ladegerät.