Leicht OT: Tuning von Auto-Ladegerät

[MrWoofa]

Hallo,

habe ein Einhell-Ladegerät, welches allerdings ungeregelt und Grütze ist. Trafo selber ist für 10-15A konstant gut, mit eventuellem Lüfter sicher auch etwas mehr.

Jemand nen Plan für ne kleine Elektronik für Puls- und Erhaltungsladung? Konstantspannung auf 14,4V o.ä. ist ja kein Ding. Fette Kühlkörper für alles was nicht unbedingt TO-3 ist vorhanden (ca. 30x40cm, 5cm hoch oder 10x10cm mit Möglichkeit zur Innenbelüftung, 40cm lang)

Bevor man sich für teuer Geld nen neues Ladegerät kauft, warum nicht in Elektronik investieren?

Alternative wäre nen CTEK 3600 o.ä. als 'Antrieb' zu nehmen und per Leistungstransistoren den möglichen Ladestrom zu 'verstärken' aus dem anderen Trafo.

[SvenT]

ich weiß nicht, inwieweit sich blei-akkus einfach mittels konstant-spannung laden lassen,

aber wenn das geht, dann kann man recht einfach nach dem trafo einen brückengleichrichter plus paar sieb-elkos setzen und dahinter einen regelbaren spannungsregler (linearregler), den man mittels spannungsteiler-widerständen fest auf z.b. 14,3V oder sowas einstellt.

einige modelle lassen sich mit einem "fetten" transistor überbrücken (laut hersteller-datenblatt) und sind dann auch für ströme über 1A gut (je nachdem, was halt der transistor aushält)

um den strom zu begrenzen könnte man VOR den festpannungsregler eine einfache transistor-stromquelle schalten
(die besteht aus einem transistor und einem (oder mehreren) widerstand, also was ganz einfaches)

[Frank S]

Linear regeln würde ich nicht mehr. Ein einfacher TL494 + Drossel + Diode + FET erfüllt den Zweck nahezu verlustfrei.

Der TL494 hat 2 OPs integriert. es bietet sich an, einen davon als Spannungsregler laufen zu lassen, der auf die Gasungsspannung des Akkus eingestellt wird. Je nach Akkutyp ist die leicht unterschiedlich. Der zweite OP arbeitet als Stromregler und begrenzt bei leerem Akku den Ladestrom.

Über den Eingang DTC (Deadtime Control) kann mittels eines Transistors ein Verpolschutz realisiert werden. Liegt am Eingang des Ladegeräts eine negative Spannung an, sperrt sich das Ladegerät. Dann barucht man noch eine zweite Diode.

Bei Interesse kann ich eine ähnliche Schaltung zur Verfügung stellen. Gib mir dann einfach die e-Mail zum Empfang der Schaltpläne.

[antiasina]

Ein Bleiakku wird am besten in 3 Schritten geladen:
(ich beziehe mich auf 12V/63Ah)
1. Konstantstrom von 6A (tiefentladene Flüssigsäure; ansonsten so viel wie geht - im Auto wird tw mit über 100A geladen!) bis die Spannung 14.4V(flüssig)/15V(Gel) erreicht.
2. Konstante Spannung 14.4V(flüssig)/15V(Gel), bis der Strom unter ca. 0,2A sinkt.
Die Batterie ist jetzt voll.
3a (flüssig):
Konstantstrom vom 6A für 1 Stunde, egal wie hoch die Spannung steigt - damit alle Zellen wirklich voll sind. Die Batterie gast!
3b (beide Typen):
Konstantspannung 13.8V:
Erhaltungsladung.
4 (flüssig): Wasser nachfüllen.

Dieser Prozess ist kompliziert und in voller Länge nur nötig, wenn die Batterie regelmäßig tief entladen wird und schnell wieder geladen werden soll und danach auch am Ladegerät bleiben soll.
Wenn das nicht geforder ist können wir abspecken:
Schritt 1 kann entfallen, da der Trafo vom Autobatterieladegerät in der Regel so ausgelegt ist, dass er den Strom begrenzt.
Wenn die Batterie nicht immer am Ladegerät hängen soll, sondern danach wieder ins Auto kommt, kann Schritt 3b entfallen. Schritt 3a wird nur nach einer Tiefentladung oder bei einer älteren Batterie fällig und muss nicht jedes Mal gemacht werden. Ein Schalter zum Überbrücken der Spannungsbegrenzung (oder eine Gel-Batterie) löst dieses Problem.
Ebenso ist der Zeitpunkt für den Übergang zu Schritt 3 nich kritisch. hier kann ebenfalls ein Schalter aushelfen. Wenn die Rekordladezeit nicht erforderlich ist, kann auch gleich nur bis 13,8V geladen werden (in USVs üblich). Nach einer Tiefentladung oder vielen Teilentladungen sollte aber bis 14.4/15V geladen werden.
Summa summarum:
Mit einer Konstantspannungsquelle lässt sichs gut laden; man baut einen Umschalter 13,8/14,4/15/keine Begrenzung ein und evtl noch eine regelbare Strombegrenzung.
Ich verwende ein solches Ladegerät für 7,2Ah-Blei-Gel-Akkus ebenso wie für Autobatterien (verschiedene Größen), bisher ohne einen verstorbenen Akku (der jüngste ist 4 Jahre alt)
Böse wirds nur, wenn man den Schalter in der "Ohne Begrenzung"-Stellung stehen lässt.
Ich kann bei Bedarf den Schaltplan mal in den PC kloppen (muss ich eh irgendwann machen, sonst krieg ich nen Problem, wenn da mal was kaputt geht...)
Der Trafo sollte allerdings eine gewisse Spannungsreserve haben (15V Wechselspannung sind Minimum!) und die Leistungstransistoren sollten mindestens den 5fachen maximalstrom aushalten. (evtl könnte man hier MOSFETS einsetzen, habe ich aber nicht gemacht.) Wenn der Leistungstransistor durchbrennt, kriegt die Batterie bis zu 20V, was eine Flüssigsäurebatterie schnell ruiniert und bei einer Blei-Gel das Sichherheitsventil öffnet, und so das saure Gel in der Umgebung verteilt.
Außerdem entsteht dabei viel Wasserstoff, den ich auch nur ungerne in meiner Nähe habe.

[SvenT]

hört sich doch alles ganz vernünftig an.

probieren kann man es ja mal.
die teile dürften nicht die welt kosten.

[J.Ollig]

Eine Regelung mit LM317 + 1 oder 2 z.B. TIP2955 wäre sicher möglich allerding sehe ich die erwähnte Gefahr der Überspannung hier nicht abgesichert. Das müsste man zusätzlich machen, ein weiteres Problem sehe ich in der Stombelastung. Ein TIP 2955 kann 15A, eine Kaskade aus x TIP2955 entsprechend in etwa das x-Fache. Da sollte man dann schon den maximalen Ladestrom kennen um richtig zu dimensionieren. Eine Strombegrenzung wäre auch sinnvoll. Das wird recht aufwändig. Franks Vorschlag scheint mir da eventuell besser geeignet. Stelle den Schaltplan doch bitte mal ein.

Jürgen

[Frank S]

[Frank S]

Einige Anmerkungen zur Schaltung:

-Ein Studienkollege hat sie als Studienarbeit für ein mächtiges Labornetzteil entwickelt. Ich habe die Schaltung dann für meine Zwecke bauteilmäßig abgespeckt und in der Leistung reduziert.

-Es ist ein 2-Quadrantensteller, der bei positiven Spannungen Ströme in beiden Richtungen führen kann. Das heißt: stellt man die Ausgangsspannung niedriger ein als die eines angeschlossenen Akkus, so pumpt die Schaltung Ladung vom Akku in Richtung Niedervolteingang. Das führt dann zur Zerstörung der Ladeelkos! Die Stromregelung arbeitet ebenfalls nur in positiver Richtung begrenzend. Für den Betrieb als Ladegerät sollte daher ein negativer Stromfluß unterbunden werden. Das geht auf 2 Wegen:

a)Besser: eine zusätzliche Diode zwischen dem Ausgang und dem spannungsteiler am Ausgang verhindert, daß das Netzteil Strom aufnimmt. Zusätzlich schützt dies das Netzteil bei verpolt angeschlossener Batterie.

b)Schlechter: man ersetzt den einen FET durch die BYW29. Dann arbeitet die Schaltung nur noch in einem Quadranten als Stromquelle. Nachteil: klemmt man die Batterie verpolt an, ist die Schaltung ungeschützt. Da der Strom in der Drossel ohne den FET auch lücken kann, muß der PI Regler am TL494 angepaßt werden, damit er nicht schwingt.

-Für Ladeströme über etwa 5A sollte die Drossel durch eine stärkere Version ersetzt werden. Mein kollege hat einen mächtigen ETD49 eingebaut.

-Für das ladegerät kann man die ausgangsseitigen Elkos weitgehend enrfallen lassen. das gilt auch für die Z-Diode am Ausgang.

-Statt des TL431 kann die interne 5V referenz des TL494 an PIN14 genutzt werden.

-Und statt des L6384 kam in der Ursprungsschaltung ein IR2111 zum Einsatz. Ich hab es nur auf den L6384 umgebaut, weil ich mit der Totzeit spielen wollte. Die ICs haben versch. PIN-Belegung, sind funktionell aber kompatibel. Beim IR2111 braucht man eine extermne Schottkydiode.

[antiasina]

Daraus könnte man sicher was machen. Ein umschaltbarer Referenzspannungsteiler ist überhaupt kein Problem.
Bestehen bleibt:
a) Strombegrenzung: ich kenne den TL494 nicht genau und weiß nicht, wie groß der Gleichtaktbereich des 2. OP ist. hier ließe sich aber mit einer kreativen Brückenschaltung was machen. Hier müsste man experimentieren.
b) Verpolschutz: Selbst wenn die Ansteuerung abgeschaltet ist, kann ein SEHR HOHER Strom rückwärts durch die Kanaldiode vom unteren FET fließen! Eine Einfache Lösung habe ich nicht, man braucht eine Schaltung um sicher festzustellen, dass eine Batterie angeklemmt ist, weil die 13,8V ja auch nach dem Abklemmen der Batterie stehenbleiben, der Ausgang nicht abgeklemmt wird, und in dem Moment, in dem die Batterie dranhängt, ists zu spät zum abschalten. Evtl kann man auch den kurzen moment bis zum Abschalten mit einer linearen Strombegrenzung überbrücken. Der Linearregler hat hier den Vorteil, dass sein Ausgang ohne Schaden negativ werden kann (sofern der Transistor ausreichend dimensioniert ist...).
PS: Aufpassen ist der beste Verpolschutz und auch Kurzschlüsse am Akku kann man so vermeiden.

[Frank S]

Die BYW29 statt des FETs verhindert nur den Rückstrom im negativen Quadranten, nicht aber eine Beschädigung durch Verpolung. Als Verpolschutz eignet sich nur eine zusätzliche Schottky-Diode am Ausgang. Den Spannungsteiler würde ich hinter die Diode schalten - dann regelt der Spannungsregler den Spannungsfall auch noch aus.

Der Gleichtaktbereich reicht von Masse bis ca. 2V unter die Betriebsspannung. Die Anpassung der Stromstärke geht am einfachsten über den Widerstand 5K1 zwischen PIN14 und PIN15. Der OP begrenzt den Strom so, daß an PIN 15 0V anliegen. Man könnte natürlich auch die Verbindung von PIN16 nach Masse trennen und hier eine variable Spannung vorgeben. Damit ist das Teil dann auch per Microcontroller steuerbar.

[antiasina]

Als Verpolschutz eignet sich nur eine zusätzliche Schottky-Diode am Ausgang.

Eben nicht!
Der Strom bei Verpolung fließt in die gleiche Richtung wie der Ladestrom!
Und du willst doch wohl nicht versuchen eine Autobatterie mit ner Diode kurzzuschließen?!

[MrWoofa]

Jo,

das ist doch schonmal was

@FrankS: Wie müßte den die Schaltung dimensioniert sein für etwa 20-25A Ladestrom? Du schriebst was von 3-5A.

@Antiasina: Ich denke Frank will die Diode in Reihe zum Ausgang schalten (deswegen Schottky wegen weniger Verlustspannung). Alles andere wäre denke nicht gut

[antiasina]

@Antiasina: Ich denke Frank will die Diode in Reihe zum Ausgang schalten (deswegen Schottky wegen weniger Verlustspannung). Alles andere wäre denke nicht gut

Ich auch. Aber das hilft nix:
Beim Laden ist der Ladegerätausgang positiv gegenüber der Batterie. Die Anode kommt also ans Ladegerät, Kathode an die Batterie.
Wenn jetzt die Batterie verpolt angeschlossen wird, fließt negative Spannung rein (an der Kathode). Die Diode öffnet!

[Frank S]

Es stimmt schon, der Verpolschutz per Diode reicht nicht. Es muß ein FET eingesetzt werden, der Stromfluß nur bei korrekter Spannung erlaubt. Der ist so zu schalten, daß die Inversdiode im Normalfall sperrend ist. Das gate sollte man per Widerstand und Z-Diode schützen.

Für 20A braucht es eine stärkere Drossel, z.B. auf dem ETD49 Kern. Und die Anzahl der Shuntwiderstände ist entsprechend zu erhöhen bzw. diese in ihrem Wert zu reduzieren.

Bei 25A sind auch besserere FETs einzusetzen, z.B. IRF1310N. Mit je 2 FETs parallel (jeder hat einen eigenen Gate-Widerstand) reicht dann auch ein kleines Kühlblech aus.