Viele Akkus laden mit Ladegerät Expander Schaltung

Magazinbeitrag: Ladeexpander



Für diese Menge an Akkus ist ein richtiger Ladeknecht notwendig. Tischladegeräte mit 230 V - Anschluß haben zwar bis zu 6 Ausgänge, leider nimmt aber der Ladestrom bei mehreren angeschlossenen Akkupacks sehr stark ab. An Schnellladevorgänge ist nicht zu denken.
Mehrere 12 V - Schnellladegeräte können beim Laden hilfreich sein, doch muss eine Stromversorgung der Ladegeräte vorhanden sein, die bei mehreren Akkus bis 20 A... 30 A bereitstellen kann.
Eine Lösung des Ladeproblems kann der von einem Kollegen aus der E- Heli-Zunft konstruierte Ladeexpander (LE) sein. Er wird an ein 12 V Schnellladegerät angeschlossen und lädt der Reihe nach bis zu 8 angeschlossene Akkupacks vollautomatisch, eventuell auch über Zeitschaltuhr gesteuert.

Hier ein Exemplar von Urs RCL:



Übersicht:

  • 1 Einleitung
  • 2 Baubeschreibung
  • 2.1 Platine
  • 2.2 Beschaffung der Bauteile
  • 2.3 Aufbau der Stromsensoreinheit
  • 2.4 Aufbau der Spannungsversorgung
  • 2.5 Ladepausenüberbrückungszeit festlegen
  • 2.6 Aufbau der Schrittschaltung
  • 2.6.1 Schmitt-Trigger IC
  • 2.6.2 Monoflop IC
  • 2.6.3 Schieberegister IC
  • 2.7 Vorbereitung für die Printrelais
  • 2.8 Ansteuerung der Leuchtdioden
  • 2.9 Einbau der Printrelais
  • 2.10 Gehäusebau
  • 2.11 Verdrahtung mit der Frontplatte
  • 3 Inbetriebnahme
  • 4 Funktionstests
  • 5 Schlußwort
  • 6 Quellenverzeichnis
  • 7 Restgefährdung
1 EinleitungDie Entwicklung des Lade-Expanders geht auf das Jahr 1994 zurück. Es werden ausschließlich preiswerte Standardbauelemente verwendet. Der Nachbau kann von jedem Bastler erledigt werden. Grundwissen in der E-Technik, Bauelementekenntnis und Erfahrungen beim Löten sind von Vorteil.
Allgemeines
Der Lade-Expander als Zusatzgerät für handelsübliche Computerlader im Modellbaubereich dient der Automatisierung des Akkuwechselns beim Auf-/Entladen mehrerer Akkupacks (bist zu 8 Stück). Vorraussetzung für die Verwendung ist die sogenannte Autostartfähigkeit des Ladegerätes, d.h. der Ladevorgang muss mit dem Anstecken des Akkupacks beginnen. Zur ordnungsgemäßen Funktion des Lade-Expanders ist ein Mindestladestrom erforderlich, der bei intakten und formierten Zellen immer gegeben ist. Schließlich benötigen NC-, bzw. NiMH-Zellen zur sicheren Erkennung der Vollladung nach der Delta-Peak-Methode einen Mindestladestrom. Unformierte oder verbrauchte Akkus (hoher Innenwiderstand) werden vom Lade-Expander abgewiesen.
Sollte aus irgend einem Grund ein Zweifel an der Vollladung aller angeschlossenen Akkupacks bestehen, so kann man durch Betätigen der Reset-Taste einen Schnelldurchlauf starten. Die Akkus schalten, sofern sie vollgeladen waren, nacheinander nach kurzer Zeit (je nach Ladestrom ca. 3min. pro Akku) ab. Dieses Verfahren eignet sich auch zum Pushen, kurz vor dem Einsatz. Einen erheblichen Komfort bietet der schaltuhrgesteuerte Betrieb des Lade-Expanders. So lässt sich nachts vor dem Flug-/Fahrtag der Akkubestand komplett aufladen. Entladeprogramme können ebenfalls mit dem Lade-Expander abgearbeitet werden.
Technischer Aufbau
Die Kanäle sind extrem niederohmig und galvanisch getrennt von der Lader-, bzw. Lade-Expander-Elektronik ausgelegt. Sie haben für den Lader den Charakter einer Drahtzuleitung, so dass die Vollerkennung (Delta-Peak) nicht beeinflusst wird. Der elektronische Relais-Schrittschalter wird von einem Stromdetektor getaktet. Eine Time-Out-Schaltung verhindert das Weiterschalten zum nächsten Ladekanal außerhalb des regulären Ladeendes (z.B. während der Zellenerkennungs- und Messphase). Das Gerät ist auf einfachste Handhabung ausgelegt und enthält als Bedienungselement lediglich eine Reset-Taste, die zum manuellen Umschalten auf Kanal 1 dient. Der jeweils aktive Kanal wird mittels LED-Diode angezeigt.
Funktion
Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung beginnt der Computerlader automatisch die Aufladung von Akkupack 1 an Ladestelle 1. Die Abschaltung bei Ladeende wird vom Lade-Expander erkannt und der Ladezweig auf Akkupack 2 umgeschaltet. Ist dieser aufgeladen, erfolgt eine Weiterschaltung auf Akku-Pack 3 usw. Unbelegte Ladekanäle werden übersprungen. Freie, noch nicht passierte Ladekanäle können während des Betriebes jederzeit belegt werden (Vereinsbetrieb).

[ 01. Juli 2003, 22:12: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 

milu

User
1055533129.jpg

Hier der kleine LE mit "nur" 4 Ausgängen.

Grüße
Milan

P.S.
Leider habe ich mit Bild was falsch gemacht!Was?

[ 13. Juni 2003, 21:45: Beitrag editiert von: milu ]
 

milu

User
Hallo Gerhard,
eigentlich habe ich es nicht für "unten ohne"
gebaut, da viel rumgelötet und experimentiert...
na ja, funktionieren tut es super...
Heute wird nicht mehr aufgemacht, nämlich muß meine Geburtstagsgeschänke auspacken und feiern!

Also bis bald
Milan
 
Danke Milan
Wieviele Windungen hat deine Spule um den Reedkontakt ?
Wieviele Wdg sind beim Graupner Ultra Contest notwendig (Ausmessen der Akkus mit 300mA)?
 
2 Baubeschreibung

2.1 Platine

Bestückungsseite der Leiterplatine:



Lötseite:


Bestellung hier:

mastermail@gmx.net

Die Platine ist sauber geäzt und gebohrt. Kein Lötauge ist bis jetzt weggebrochen.
Es sind auch einige Lötungen auf der Bestückungsseite notwendig. Sie sind an den von den Lötaugen weggehenden Leiterbahnen auf der Bestückungsseite zu erkennen.

[ 24. Juni 2003, 12:46: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 
2.2 Beschaffung der Bauteile

Über jeden Elektronikladen können die Standartbauteile für ca. 32 € , Gehäuse ca. 10 €, Platine 15 € über Jürgen mastermail@gmx.net ,Buchsen je nach Qualität ca.10 - 25 € und Kleinteile für ca. 3 € besorgt werden.
Gesamtkosten ca.70 - 90 €.

Bezugsquellen:
>>Conrad<<
>>Reichelt<<
>>ELV<<
>>Zucker-Elektronik<<
>>Lauermann<<

Auf die schwieriger werdende Beschaffungssituation des 74 LS 95 wird in Punkt 2.6.3 näher eingegangen.

Hier die Stückliste:

Stück Teil.Nr. Bezeichn. Bemerkung

8x A1...8, Bu rot 4mm
8x B1...8, Bu schw 4mm
8x RE1...8, Relais, Bezug z.B. Conrad Best.Nr.: 504870-41
1x IC2A,IC2B,IC2C, IC 74LS14 Schmitt-Tigger
2x IC3,IC4, IC 74LS95 4-bit-Schieberegister
1x IC5A, IC 74LS123 Monoflop
1x IC1, IC 78L05 (oder 7805 leistungsfähiger 1A) Spannungsregler
10x T1...9, Tr BC547C npn, Universaltyp
12x D1...D12, Diode 1N4148 100mA Universaltyp
8x LE1...8, LED ge, 25mA Universaltyp
1x TA1, Taste, Schließer
1x R14, Wi 10 Ohm 0,25W Metallschicht
10x R1...9,15, Wi 1K 0,25W Metallschicht
2x R10,11, Wi 47K 0,25W Metallschicht
1x R12, Wi 100K 0,25W Metallschicht
1x R16, Wi 220K 0,25W Metallschicht
1x R13, Wi 390K 0,25W Metallschicht
3x C4;6;16, Ko 47n, Keramik
2x C1,10, Ko 100n, Keramik
1x C5, Elko 1µ 16V
5x C2;3;7;8;9 Elko 100µ 16V
1x MDSR7, Reedkontakt, Bezug z.B. Bürklin, Best.Nr.: 30G2036

sonstiges:
1 Platine, geätzt und gebohrt
1 Gehäuse für Europakarte
2m Cu-Lackdraht 1,5mm
div. Schaltdraht 0,5mm, Bandkabel
2-Adr.Leitung, 2 Kabelschuhe
Material für 8 Ladekabel (je 2 Büschelstecker 4mm, Litzenleitung 2,5mm², Akkustecker nach Bedarf)

[ 01. September 2003, 18:14: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 
2.3 Bau der Stromsensoreinheit

Der Stromsensor besteht aus eine Luftspule mit 3 Lagen zu je ca. 12 Windungen, gewickelt mit 1,5 mm (Durchmesser) Kupferlackdraht.
Hier wird gerade die 3.Lage um einen Bohrer mit 2,5 mm Durchmesser gewickelt.



Die 3.Lage ist gewickelt



Mit der 3. Lage ergeben sich knapp über 30 Wdg.
Die Spulenenden werden vom Isolierlack befreit und verzinnt.



Die Spulenenden werden mit Stecker und Buchse versehen, damit sie in den Ladestromkreis eingeschaltet werden können.



Die Drähte des Reedkontakts werden verlängert und mit Schrumpfschlauch isoliert.



Der Reedkontakt wird in die Spule eingebracht und an ein Ohmmeter angeschlossen. Die Spule wird in den Ladestromkreis auf der Akkuseite eingeschaltet.
Nun kann man erkennen, bei welchem Ladestrom das Magnetfeld stark genug ist, um den Reedkontakt zu schließen.


Bei der vorgestellten Spule und einem Ladestrom des Ultra Contset (Graupner/Schulze) von ca. 1A schließt der Reedkontakt. Dadurch erkennt die Schaltung, dass ein Akku geladen wird.
Beim Konstantstromladen mit mehr als ca. 1A ist das ausreichend.
Beim Automatikladen sollte der Reedkontakt aber bei 300 mA schließen, da der Schulzelader mit 300 mA die Akkus vermisst.

[ 22. Juni 2003, 17:33: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 
Die Schaltschwelle des Ladestromsensors kann auch mit einem Netzgerät geprüft werden. Die Spule wird an das Netzgerät angeschlossen und über die Strombegrenzung der Strom bestimmt, bei dem der Reedkontakt schließt.





Hier schließt der Reedkontakt bei 1,5 A. Bei einem anderen ausgewechselten Reedkontakt schließt der Schalter bei ca. 1 A. Die Reedkontakte streuen bei ihrer Schaltschwelle recht starkt. Selektieren aus mehreren Reedkontakten kann nützlich sein.

Der hier vorgestellte LE wird mit dem Ladegerät im Konstantstrommodus zwischen 2 und 6 A verwendet. Deshalb genügt die Empfindlichkeit des Stromsensors mit einer Einschaltschwelle von ca. 1 A.
Der Automatikmodus verbietet sich oft, da manche Ladegeräte bei niederohmigen Zellen schnell ungewollt auf
8 A hochladen und damit die Zellen schädigen können (z.B. TS 1700 AUP).

[ 23. Juni 2003, 21:13: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 

Gerd Giese

Moderator
Teammitglied
Hi Gerhard,
da ich Reed-Kontakterfahrung habe (Autom. Enladebox -> Home-Page) kann ich Dir 0,5mm^2/50Wdg. (0,5mm^2 ~ D=0,8mm) empfehlen. Diese ergeben eine Wickellänge von ca. 80cm. Diese Spule hat dann einen Widerstand von 29mOhm! Glaube mir, der beeinflußt nicht das Ladeverhalten der Akkus!
Um aber einen Wärmestau vorzubeugen, begrenze den Ladestrom auf <5A! Bei 5A wären das 140mV und bei 3A sind es 90mV Spannungsverlust.
Diese Kombination schaltet sicher - bei mir - ab 300mA!

[ 18. Juni 2003, 16:59: Beitrag editiert von: gegie ]
 
Gerd, den ersten Reedkontakt hab ich durch meine groben Finger schon zerlegt. Der zweite ist etwas empfindlicher. Bei Speißung der felderzeugenden Spule über das Netzgerät und auch über das Ladegerät, schaltet der Reedkontakt bei 1,1 A.
So lass ich das mal, denn der LE wird mit dem Ladegerät im Konstantstrommodus zwischen 2 und 6 A verwendet. Automatikmodus verbietet sich, da schaltet der Schulze schnell ungewollt auf 8 A.
 
Einbau des Stromsensors in die Platine





Verstärkung der Plusleiterbahn vom Ladegerät mit 2 Silberdrähten D = 1 mm und reichlich Lötsinn.



[ 20. Juni 2003, 14:51: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 
2.4 Aufbau der Spannungsversorgung

Die Spannungsversorgung der LE-Schaltung wird über einen Festspannungsregler 78L05 mit entsprechenden Stützelkos realisiert. Hier wird ein 7805 im TO 220 Gehäuse verwendet, um keine allzu hohen Temperaturen am Festspannungsregler zu erhalten. Das linke und rechte Füßchen des Festspannungsreglers gehen senkrecht nach unten, das mittlere Füßchen wird etwas gebogen. Die Füßchen überkreuzen sich nicht. Nun passen die Füßchen polungsrichtig in die Lötaugen für den 78L05.
Durch die Diode am Eingang ist die Schaltung verpolgeschützt. Die Eingangsspannung sollte ca. 12 V betragen.
Manche Ladegeräte haben einen 12 V Ausgang, der hier bequem als Spannungsversorgung für den LE verwendet werden kann.



[ 29. August 2003, 08:35: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 
2.5 Ladepausenüberbrückungszeit festlegen

Ladepausen, in denen der Akku vermessen wird und der Reedkontakt öffnet, dürfen vom LE nicht als Vollerkennung des Akkus ausgewertet werden. Die Ladepausenüberbrückungszeit wird durch C7, R13 und R16 festgelegt. Mit den Standartbauteilen beträgt die Ladepausenüberbrückungszeit ca. 25 s.
Diese Zeit kann vergrößert werden, indem C7 und (oder) R16 (R13) vergrößert wird, weil dadurch die Entladezeit des C7 größer wird. R 16 kann auch als 1 Megaohm Drehwiderstand ausgeführt werden, um so die Ladepausenüberbrückungszeit individuell an den Lader anpassen zu können.



[ 23. Juni 2003, 21:17: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 
2.6 Aufbau der Schrittschaltung

2.6.1 Schmitt-Trigger IC
Auf 4 Lötstellen auf der Bestückungsseite achten.



Auf der Lötseite aufpassen, hier ist der Abstand zwischen Lötpunkten und Leiterbahn gering. Schnell gibt es ungewollt Lötbrücken. Beim roten Pfeil war eine.



[ 01. Juli 2003, 17:39: Beitrag editiert von: Gerhard_Hanssmann ]
 
Oben Unten