Wie funktioniert eine Ladeschale für Ni-MH-Akkus? Drucken E-Mail
Samstag, den 18. Oktober 2014 um 11:53 Uhr

Wie funktioniert eigentlich eine Ladeschale für Ni-MH-Akkus?

Zwei Ni-MH-Akkupacks für PMR-Funkgeräte waren nach sechs Jahren defekt, nachdem sie über eine Ladeschale permanent geladen wurden. Nun wollte ich wissen, wie diese Ladeschale funktioniert.

Wie einfach macht es sich eigentlich die Industrie Ni-MH-Akkus zu laden? Dieser Frage ging ich auf den Grund, in dem ich die Ladeschale öffnete und die darin enthaltene Schaltung untersuchte. Nachfolgend ist die Geschichte in kommentierten Bildern erzählt:


Die beiden PMR-Funkgeräte sind immer betriebsbereit, da ihre Akkus in der Ladeschale ständig aufgeladen werden. Das haben die Akkus 6 Jahre lange im Dauerbetrieb überlebt.


Die Ladeschale: Für jedes Funkgeräte gibt es zwei Kontakte. Die LEDs leuchten nur, wenn das jeweilige Funkgerät eingesteckt ist.


In jedem Funkgerät sitzt ein 600-mAh-Akkupack mit jeweils 4 AAA-NiMH-Akkus in Serie, was eine Gesamtspannung von 1,2 Volt * 4 = 4,8  Volt ergibt.


Über die beiden Platten wird der Akku geladen. In Serie dazu ist noch eine kleine Silizium-Diode angebracht. Sie ist ganz wichtig, denn sie verhindert, dass sich der Akku entladen kann, falls die Ladeschale keine Spannung erhält. Dem Akku wird der Strom direkt am Minus- und Plus-Anschluss der Serienschaltung entnommen. Dann hat die Diode keine Funktion.


Die Ladeschaltung wird über ein kurzschlussfestes DC-Steckernetzteil für 9 Volt Gleichspannung und 200 mA gespeist. Im Leerlauf liefert es fast 14 Volt.


Aufkleber auf der Unterseite der Ladeschale.


Die beiden selbsklebenden Kunststoffauflagen können leicht entfernt werden. Darunter kommen dann die Schrauben zum Vorschein, die wir ebenfalls entfernen. Dann können wir die Ladeschale öffnen.


Innenansicht der Ladeschale von unten.


Nahaufnahme der Leiterplatte.


Kupferseite der Leiterplatte.


Und so sieht die Schaltung aus, die doppelt vorhanden ist. Nicht eingezeichnet ist die Schutzdiode in Serie zum Akkupack, die ein Entladen verhindert, wenn vom Steckernetzteil keine Spannung erfolgt. Wird de Akku geladen, dann leuchtet die LED. Sie leuchtet auch bei der Erhaltungsladung.

Wie funktioniert die Ladeschaltung? Sie ist in diesem Falle so einfach wie nur möglich aufgebaut und vollkommen ausreichend, wenn es auf eine Schnellladung nicht ankommt. Das 9-Volt-DC-Steckernetzteil liefert unter Last etwa 12 Volt. Durch den 100-Ohm-Widerstand fließen etwa 39 mA. Parallel zu diesem Widerstand ist noch eine rote LED mit einem 1kOhm-Vorwiderstand angebracht, so dass etwa 40 mA in einen Akkupack hineinfließen, wobei es keine große Rolle spielt, ob der Akkupack voll geladen ist oder fast leer. Der hier verwendete Akkupack hat 600 mAh bei 4,8  Volt. Der Ladestrom wurde also nach der Faustformel 600 mA * 0,66 = 40 mA eingestellt. Dabei wurde angenommen, dass beim Laden pro Zelle etwa 1,7 Volt abfallen. Wir müssen ja noch berücksichtigen, dass an der Diode für den Entladeschutz etwa 0,7 Volt abfallen (1,7 Volt * 4 + 0,7 Volt = 7,5 Volt)  Mit diesen Angaben können wir sehr leicht selbst den Vorwiderstand berechnen.

Ein Berechnungsbeispiel: Ein Ni-MH-Akku von 1000 mAh und 1,2 Volt (also eine Zelle) soll über einen Vorwiderstand geladen werden, wobei das Netzteil konstant 5 Volt abgibt. Geladen wird dann mit einem Strom von etwa 1000 mA * 0,66 = 66 mA. An diesem Widerstand fallen beim Laden 5 Volt - 1,7  Volt - 0,7 Volt = 2,6 Volt ab. Nach R = U / I hat der Widerstand 3,1 Volt / 66 mA = 40 Ohm. Wir wählen einen 42 Ohm-Widerstand und können - wenn wir wollen - zu diesem Widerstand parallel eine LED mit ihrem Vorwiderstand schalten. Bei der Berechnung wurde der Spannungsabfall von etwa 0.7 Volt an der Schutzdiode für den Akku angenommen. Wenn durch die LED 5 mA fließen sollen, dann hat der Vorwiderstand der LED etwa R = U / I = (2,6 Volt - 2 Volt) / 5 mA = 120 Ohm. Es wurde angenommen, dass an der LED 2 Volt abfallen. Alle Berechnungen ohne Gewähr.

Zuletzt aktualisiert am Samstag, den 07. März 2015 um 08:27 Uhr
 

3. Februar 2017

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