Blei - Gel - Lader

Immer öfter werden im Modellflugbereich die  Dryfit - Akkus verwendet,  höheres Gewicht für Ladezwecke oder bei kleineren Winden (HLG-Winden) keine so große Rolle spielt, als im Versorgungsbereich der Flugmodellen oder Sendern.

Bleiakkumulatoren werden Spannungsdefiniert geladen d. h. , sie haben immer eine exakt gleichbleibende Ladeendspannung.
In der Regel beträgt sie pro Zelle  2,5 Volt bei den allen bekannten Starterbatterien.
Diese hohe Ladeschlußspannung ist auch bei den nicht ganz geschlossenen, nicht wartungsfreien Zellen möglich, wo aber auch durch die Elektrolyse entstehendes Gasen (2-Teile Wasserstoff, 1-Teil Sauerstoff), der sich verringernde Wassergehalt dann des öfteren mit destilliertes Wasser nachgefüllt werden kann und auch muss.
Im KFZ-Bereich wird der Regler bei einem 6-zelligen Akku aber auch nicht auf 15 Volt eingestellt, sondern etwas unterhalb, bei etwa 14,3 bis 14,5 Volt, denn liegt die Ladeendspannung etwas tiefer, findet kaum noch eine Elektrolyse, also Gasung statt.

Da der Gel-Akku völlig geschlossen ist und die Zellenwände keinen allzu hohen Druck widerstehen können, liegt die Ladeschlußspannung, laut Angaben der Hersteller exakt  bei 13,7 Volt, um keine Gasung zu haben. Diese sollte man auch einhalten, um keine dickbäuchigen Batterien zu bekommen, die dann durch den Gel-Elektrolyten, der dann nicht mehr fest an den Platten anliegt auch einen größeren Innenwiderstand [Ri] bekommt.

Die Halbleiterhersteller haben speziell für 12 V Gel-Akkus ein dreibeiniges Spannungsregler-IC entwickelt, was genau, wie die allgemeinen 5, 6, 8, 9. 12, 15... Volt-Regler ein 3-beiniges IC ist und temperaturstabil und bis 1,5 Amp. belastet werden kann. Auch kurzschlussfest soll es sein. Zur Verpolungssicherheit habe ich eine 1,6 A/M-Feinsicherung eingebaut.
Der Strom kann allerdings auch, wenn niedriger erwünscht mit einer Strombegrenzung, die sich durch einen leistungskleineren Trafo sich ergibt oder einer zusätzlichen vorgeschalteten Strombegrenzung gemacht werden. Allerdings darf sie nicht im Ladekreis, vom IC zur Batterie geschaltet sein, sondern vor dem IC!

Da sich der Strom durch die Annäherung zur Ladeschlußspannung selbst immer mehr bis nahe Null begrenzt, lade ich mit vollen 1,5 Amp.
Allerdings muss für eine ausreichende Kühlung am IC gesorgt werden, sonst erreicht man die 1,5 Amp. nur für wenige Sekunden oder Minuten und die Übertemperaturabschaltung tritt in Aktion.

Bleiakkus werden Spannungsbegrenzt geladen. Der gewöhnliche Autoakku hat eine Säuredichte nach einer Vollladung von etwa 1,27 ...1,28 und eine Ladeschlussspannung von 2,35 ... 2,5 V/Zelle.   Meine Automatiklader habe ich auf 14,5 V für 12 V Akkus eingestellt.

Der Blei-Gel-Akku hat bedingt durch die etwas geringere Säuredichte, den gelartigen Elektrolyten und die starke Kapselung der Zellen, eine etwas kleinere Ladeschlussspannung, sie liegt bei etwa 2,3 bis 2,38 V/Zelle.   Meine Abschalt- Begrenzungsspannungen liegen bei 2,38 V/Zelle.

Geschieht eine weitere Ladung über die Ladeschlussspannungen hinaus, entsteht eine Elektrolyse ein (Wasserspaltung des Elektrolyten in Wasserstoff und Sauerstoff) und nachdem der Überdruck die Ventile geöffnet hat, entweichen die Gase und der Elektrolyt wird immer weniger. Auch geschieht eine Erwärmung der Zellen, die mit verantwortlich ist, das Sintermaterial aus den Bleigittern zu lösen und bei den Auotuakkus setzt sich der Bleischlamm unten ab und führt zu einer immer schnelleren Selbstentladung (Herabsetzung der Säuredichte und Verunreinigung des Elektrolyten), die bis zur völligen  Zerstörung führt. Deshalb haben auch die Platten einen Abstand von  bis zu 20 mm zum Boden um diesen Prozess hinaus zu zögern.
Auch bei den heutigen Autoakkus ist die Folge noch genau so wie vor vielen Jahren, die Betriebszeiten sind länger geworden, durch  Verbesserungen der Bleiplatten und des Sintermaterials, wo fast ständig einiges geschieht.



          Schaltbild für eine einfache Ausführung eines Ladegerätes mit dem speziell für Bl.-Gel-Lader entwickelte IC PB137
 
 
 
 


Hier ein Schaltbild mit optischer Ladekontrolle und Signalisierung bei defekter Sicherung
 
 


hier der Lader mit Schnurschalter

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
_________________________________________________________________________________________________________

Für eine Pufferung reicht völlig eine einfache Schaltung wie hier aus.

Da bei einer Pufferung in den meisten Fällen ein kleiner Ladestrom erforderlich ist, wirde durch den Speicherkondensator der Ladestrom bestimmt,

wobei das Tastverhältnis (Aus/Ein) verändert wird.  Der Ladestrom geht kontinuierlich nach Null bis zur Ladeschlussspannung.

So reicht meistens ein 3 VA-Trafo aus, der etwa maximal 200 mA bei einem Ladespannung von 12 V erreicht.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
____________________________________________________________________________________________________________________



Am 1k-Poti ist die Abschaltspannung  auf 13,8 V einzustellen!


Die Ladung wird nach dem Anschließen des Akku´s mit der Taste Start gestartet und kann bei noch nicht erreichter Vollladung
mit der Stoptaste unterbrochen werden. In die Stopstellung geht es ebenfalls automatisch bei einer Trennung des Akku´s vom Ladegerät
und muss bei einer Fortsetzung der Ladung neu gestartet werden.
Es ist wenig sinnvoll eine Erhaltensladung zu praktizieren, da die Selbstentladung bei einem Bleigelakku so gering ist, dass z. B. bei einem
Sonnenschein - Typ laut Werksangaben nach 2 Jahren noch 80% der Kapazität vorhanden ist.
Der Ladestrom ist bis zur Abschaltung  gleichbleibend und wird durch beiden LM317, die als Konstantstromregler geschaltet sind geregelt.
Wird nur ein Ladestrom bis 2 A benötigt, reicht ein LM317.

Die Einstellung der Abschaltung wird am besten wie folgt gemacht.
Wenn anstatt des zu ladenden Akkus ein Widerstand, z. B. eine 12V 5W Autolampe und ein Spannungsmesser angeschlossen wird,
kann mit dem Trimmpoti 1M der Abschaltpunkt von z. B. 13,8 oder 14V eingestellt werden.
Ist die eingestellte Spannung der Abschaltung erreicht, verlischt sie völlig und es fließt kein Ladestrom mehr.

(Beim Ladeakku wird im Spannungsendbereich etwas anders als bei der Lampe sich verhalten.
Der Akku wird immer weniger Strom aufnehmen, da die Differenzspannung vom Akku und der Ladespannung immer kleiner wird.)

Durch die Diode und den 1k Widerstand, entsteht eine Mitkopplung und verhindert ein Wiedereinschalten der Ladung.
Werden der 1k und die Diode entfernt, kommt es zu keiner Abschaltung,
es wird ein Reststrom weiter fließen, der dem Selbstentladestromes entspricht.
Dann sollte auch die Ladeendspannung auf  13,8 V eingestellt sein

==============================================


Hier Ladegeräte mit den Spannungsregler LM317 als Stromregler geschaltet
und zur Strombegrenzung eingesetzt.
von 0,5 bis 10 A in 16 Schritten einstellbares Automatikladegerät
für Blei- und Bleigel-Akkus als Beispiel.

Im oberen Schaltbild sind die Werte der Widerstände an den LM 317 für ein Lader bis 4,5A  dargestellt. Die Applikationen für die IC´s sind bei Reichelt Elektronik ladbar.


Die 4 LM 317 die als Konstantstromregler geschaltet sind, wie der Sipmostransistor  müssen  auf ausreichend dimensionierten Kühlkörpern aufgebaut werden! Durch kombinieren der Stromeinstellschalter ist eine große Stromvariabilität erreichbar. Durch den Einbau von Analogmessgeräten ist die Kontrolle des jeweiligen Ladezustandes erkennbar. Zum Ende hin reduziert sich der Strom durch die Begrenzung des 12V-Trafos.  Durch die starke Mitkopplung des 1k Widerstandes muss für eine weitere Ladung neu die Starttaste betätigt werden. Mit dem Trimmpoti wird der Abgleich für die Abschaltspannung für den Blei/Gel-Typ eingestellt, wobei der Überbrückungsschalter für den 1k Widerstand geschlossen sein muss.
Das zusätzliche M an den Widerständen steht für Metallfilmwiderstände, da diese einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten besitzen und somit für exakte Spannungsabschaltungen sorgen.
Die rote LED  leuchtet und zeigt die Ladebereitschaft sowie dieLadung an. Das Ladeende wird besser angezeigt, indem der Gegenkopplungswiderstand verkleinert wird, was eine größere Hysterese erbringt. Bei den R-Werten der Schaltung  ist eine Pufferung vorhanden, was die Ladeendspannung nicht überschreitet und der Akku somit für längere Zeiten am Ladegerät bleiben kann, wobei  er immer den vollen Ladezustand behält.

Mai  2004  Hg
=========================================================

Unten eine etwas abgespeckte Version, für weniger versierte Bastler.
Allerdings sollten schon einige Grundkenntnisse vorhanden sein,
um sich bei einem Verschaltung und Verwechseln der Anschlussbeine auch helfen zu können!

 

Diese Version hat keine so große variable Stromeinstellung, die auch meist nicht erforderlich ist und startet automatisch nach dem Anschluss des AKKUs und beendet die Ladung nach erreichen der eingestellten Ladeendspannung.  Wie bereits bei der vorherigen Schaltung, entsteht eine Mitkopplung durch den Widerstand Rx, die eine Schalthysterese ergibt, deren Spannungsdifferenz von der Größe des Widerstandes abhängt. Der Widerstand sollte nicht zu klein gewählt werden, da sonst die Start- und Wiedereinschaltspannung  unter 12V liegt und somit es zu überhaupt keinen Ladung kommz. Er sollte sich im Bereich von etwa 100k bis 1M bewegen.

Da hier keine Mitkopplung stattfindet besteht  eine Pufferung, wobei die Ladeendspannung nicht überschritten wird und sich in etwa der Ladestrom dem Selbstentladestrom des Akkus liegt. Der Akku kann somit für längere Zeiten am Ladegerät bleiben,  wobei  er immer den vollen Ladezustand behält.
Einfacher ist die Ladung mit einem Trafo mit einer sekundären 12V  Spannung und dem Wegfall der strombegrenzenden LM317.
Die Spannung begrenzt sich dann automatisch im Ladeendbereich und die Pufferung durch die Ein- und Abschaltung der Elektronik, was dann, wenn überhaupt,
 eine geringere Gasung verhindert.
Dieses habe ich bei dem Ladegerät im folgenden Nachtrag gemacht!


Juli 2004  Hg

====================================

Nachtrag und Hinweis:
Der Aufbau, Preis und die Möglichkeiten des Einzelnen den Selbstbau vom grundauf zu machen erscheinen mir zu groß,
 nachdem ich für unter 13.-Euro ein Ladegerät für 12V-Blei-Säure-Akkus in einem Großmarkt kaufte und
für wenige Euros und Aufwand zu einem 12V-Blei-Gel-Automatiklader umgebaut habe!!!!!!!!!!
schau mal hier

======================================================================

zum Nachbau kann ich die Seiten von Jürgen Zier empfehlen,
er hat nach diesem Schaltungsprinziep, mit einigen Erweiterungen
 auch ein Layout mit dem dazugehörigen Bestückungsplan erstellt.

hier geht es zu der Seite von Jürgen Zier!

Die Modellflug Technikseite

E-Mail
Homepage Modellflug Technik LiPo Unterspannungsabschaltung hier als PDF zum downloaden


ZURÜCK