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Stromversorgungstechnik
Akku-Schnellader-Bausatz:
Basisplatine ECS 2011
Dr.-Ing. REINHARD HENNIG
Die Basisplatine ECS 2011 bildet als Ladeboard das Herzstück eines für
NiCd-, NiMh- und Pb-Akkus programmierbaren Universalladegerätes mit
ECS-Ladecharakteristik. Beginnend bei der Schnelladefähigkeit bis hin
zur Reaktivierung von Akkus werden bei dem Bausatz der Firma Neuhold-
Elektronik (Österreich) die Vorteile der ECS-Technologie voll ausgespielt.
Die ECS-2011-Platine ist in Mischtechnik
aufgebaut. Während der Anwender durch
die Bestückung mit konventionellen Bauelementen
die Schaltung frei nach seinen
speziellen Anwendungsbedürfnissen konfigurieren
kann, sind die SMD-Bauteile sowie
der komplett programmierte Chip bereits
herstellerseitig fertig bestückt (Bild 1).
■ Ladestrom für Akkupacks
Das System erlaubt die Ladung von Akkupacks
mit ein bis zwölf in Serie geschalteten
Zellen. Dabei kann die tatsächliche
Zellenzahl fest eingestellt oder über einen
zwölfstufigen externen Schalter vorgewählt
werden.
Die Ladecharakteristik für die verschiedenen
„chemischen Systeme“ der Akkus
(NiCd, NiMh und Pb) sind ebenfalls programmierbar.
Eine Ladestromeinstellung
(und -begrenzung) ist notwendig, um die
innere Akku-Verdrahtung nicht zu zerstören.
Als Richtlinie zur Ladestrombestimmung
sollte man beachten, daß der
Ladestrom für NiCd-Akkus etwa das einbis
sechsfache ihrer Nennkapazität pro
Stunde betragen sollte. NiMh-Akkus sollten
entsprechend mit dem 0,5- bis zweifachen,
Pb-Akkus mit dem 0,2- bis zweifachen
ihrer Stundenkapazität geladen
werden.
■ ECS-Technologien
der Erhaltungsladung
Die ECS-Batterieladetechnologie (Electrode
specific Charging System) paßt sich
optimal an die individuellen Bedürfnisse
des zu ladenden Akkus an und unterstützt
beim ECS-2011-Board zwei verschiedene
Modi der Erhaltungsladung. Beim Modus
A stellt sich der Erhaltungsladestrom je-
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weils auf die konkrete Aufnahmefähigkeit
des Akkus ein. Dies ergibt vor allem beim
Reaktivieren von Akkus deutlich höhere
Vorteile und wird für NiCd- und Pb-Akkus
empfohlen. Modus B bewirkt einen Erhaltungsladestrom
in Höhe von 1,2 % des
eingestellten Maximalstroms. Dieser Modus
ist besonders für NiMh-Akkus geeig-
Bild 2:
ECS-Ladeverhalten
am Beispiel eines
komplett entladenen
NiCd-Akkus
Bild 1:
Die Basisplatine
ECS 2011 enthält
bereits alle
SMD-Bauelemente
und den fertig
programmierten
Lade-Chip.
Im Bausatz sind
alle sonstigen
Bauteile enthalten.
100%
85%
50%
C [%] I [A] U [V]
net, da diese eine wesentlich größere Temperaturempfindlichkeit
aufweisen.
Bild 2 zeigt ein typisches ECS-Ladeprofil,
das sehr stark vom Akkuzustand beeinflußt
wird. Der momentane Zustand des
Akkus wird kontinuierlich vermessen, und
in Abhängigkeit von den so ermittelten
Zustandswerten wird der Ladeprozeß entsprechend
den Anforderungen exakt reguliert.
Im Beispiel handelte es sich um
einen komplett entladenen NiCd-Akku,
der dadurch entsprechend lange in Phase 1
mit dem Ladestrom I3 verblieben ist.
■ Temperatursensoren
Die ECS-Ladecharakteristik benötigt zur
Temperaturkompensation die Akkumulator-Temperatur.
Viele Akkus haben von
I3
I2
I1
U2b
U3b
U3a
U2a
U1
U=f(t)
Hause aus bereits einen Temperatursensor
integriert. Deshalb verfügt die Basisplatine
ECS 2011 über einen integrierten
Regelkreis, der für die Temperaturkompensation
und auch zur Sicherheitsüberwachung
mit verschiedenen Temperatursensoren
eingesetzt werden kann. Die
Platine läßt sich auf die jeweils verwendete
Art von Temperatursensoren (Heißleiter,
Kaltleiter) über einen Jumper abstimmen.
■ Anzeige des Ladevorgangs
Die Basisplatine ECS 2011 erlaubt den
Anschluß von drei verschiedenen Leuchtdioden
(LED), die der Anzeige des Ladevorganges
und auch der Signalisierung
von Fehlerzuständen am oder im Ladesystem
selbst dienen.
Die LEDs können über einen Jumperanschluß
auf der Platine nach außen geführt
werden, z. B., um an der Frontseite
eines extra zu bauenden Gehäuses ihren
Platz einzunehmen.
■ Tiefentladene Akkus
Die ECS-Technik nimmt nur Akkus mit
einer Restspannung von mindestens 0,4 V
pro Zelle an. Tiefentladene Akkus, die
diese Spannung nicht mehr aufweisen,
werden also auch nicht von der ECS-2011-
Baugruppe geladen. Deshalb gehört zum
I=f(u)
C=f(t)
U: Ladespannung
I: Ladestrom
C: Kapazität
T [min]
Lieferumfang des Bausatzes ein sogenannter
„Starttaster“, der mit den auf der Platine
vorgesehenen Anschlüssen verbunden werden
kann.
Durch ein einmaliges, nur wenige Sekunden
andauerndes Drücken dieses Tasters
wird der tiefentladene Akku zum Aufladen
angenommen, und die LED 3 für die Ladekontrolle
leuchtet auf. Wird der Akku dann
hingegen immer noch nicht angenommen,
ist er auf jeden Fall defekt und muß sachgerecht
entsorgt werden.
Literatur
[1] Neuhold: Bauanleitung zur Basisplatine ECS 2011
Bezugsquelle
Neuhold-Elektronik, Griesgasse 33, A-8020 Graz,
Tel.: 0316/91 12 45 ; Fax: 0316/91 74 19