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Akku-Ladegerät

Von Wolfgang Schmidt

Geräte zum Aufladen von kleinen Akkumulatoren werden vom Handel in einer großen Vielfalt in allen Preislagen angeboten. Lohnt sich da überhaupt ein Selbstbau? Ich sehe nur einen Grund, der dafür spricht: Die Freude am selbstgeschaffenen Miniprojekt und der den Selbstbau begleitende Lerneffekt. Grund genug, es zu tun!

Natürlich begnügen wir uns nicht mit einem ganz einfachen Gerät. Einige Ansprüche wollen wir schon erfüllen. Das ist gar nicht so schwierig, da eine Reihe leistungsfähiger Lade-Controller von verschiedenen Chip-Herstellern angeboten wird. Eine gute Wahl ist der MAX713 von Maxim. Er besitzt hervorragende Eigenschaften und ist vor allem leicht beschaffbar (z. B. bei Reichelt Elektronik).

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Die wichtigsten Eigenschaften dieses Controllers sind:
- Schnellladebetrieb von NiCd- oder NiMH-Batterien
- Drei Kriterien zur Ladestromabschaltung:
- Die Ladespannung hat ihren höchsten Wert erreicht und beginnt zu sinken („negative voltage-slope detection")
- Die Temperatur der Zelle(n) hat eine festgelegte Höhe erreicht (wird in diesem Projekt nicht genutzt)
- Die festgesetzte maximale Ladezeit ist erreicht
- Aufladung von 1 bis 16 in Reihe geschalteten Zellen
- Automatische Umschaltung von Schnellladung auf Erhaltungsladung
- Linear- oder Schaltreglerbetrieb möglich

Das Datenblatt des MAX712/713 enthält bereits Applikationsschaltungen sowohl für Linear- als auch für Schaltreglerbetrieb. Die dort angegebene Schaltung für Schaltreglerbetrieb bildet die Grundlage für unser Projekt.

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Zur Erläuterung der Schaltung:
- Die Speisung des Lade-Controllers erfolgt durch ein externes Steckernetzteil. Da der Controller im Schaltreglerbetrieb arbeitet, kann die Eingangsspannung unabhängig von der Anzahl der zu ladenden Zellen in weitem Bereich schwanken. Wichtig ist nur, dass die Speisespannung noch etwas über der Ladeendspannung des Akkus liegt (abhängig von der Anzahl der Zellen). Bei unserem Projekt mit maximal 4 Zellen kann die Eingangsspannung 8...15V betragen. Ein unstabilisiertes Steckernetzteil mit 12V Nennspannung ist demnach ausreichend.

- Mit den Programmiereingängen PGM0 und PGM1 wird die Anzahl der Zellen festgelegt. Mit dem Schalter S1 wird zwischen 1 Zelle und 4 Zellen umgeschaltet, die weiteren Möglichkeiten werden hier nicht genutzt. Im Datenblatt des MAX712/713 gibt es eine Tabelle, wo die erforderlichen Verbindungen der Programmiereingänge für die Zellenanzahl 1 bis 16 beschrieben sind.

- Die Programmiereingänge PGM2 und PGM3 dienen zur Festlegung der maximalen Ladezeit. Sie wurde hier auf 264 min festgelegt, wobei gleichzeitig die „voltage-slope detection" aktiviert ist. Die komplette Liste der Einstellmöglichkeiten ist ebenfalls im Datenblatt enthalten.
- Der Ladestrom wird mit dem Widerstand R6 festgelegt. Er wird berechnet nach IL = 0,25V / R6 und beträgt in unserem Fall ca. 0,5A.
- Die Temperaturüberwachung wird in dieser Schaltung nicht genutzt.
- Die LED VD3 zeigt den Zustand der Schnellladung an. Nach Erreichen des Ladeendzustandes (Timer- oder Voltage-Slope-Termination) erlöscht sie und der Controller schaltet auf Erhaltungsladung um. Die LED kann ein beliebiger Low-Current-Typ sein.
- Mit dem Schalter S1 werden neben den Programmiereingängen auch die Zellen selbst umgeschaltet. Für eine einzelne Zelle ist je eine Halterung für eine Micro- und eine Mignonzelle (parallel geschaltet) direkt am Gehäuse des Ladegerätes angebracht, während 4 Zellen als getrennter Akku-Pack über 2 Buchsen angeschlossen werden.

Achtung! Micro- und Mignonzelle nicht gleichzeitig einsetzen!

Für die Schaltung habe ich ein Layout entworfen, das Mustergerät wurde entsprechend diesem Layout auf einem Stück Lochrasterplatte aufgebaut.