Akku-Ladegerät mitCCS-Lademodul

  Ni-MH-Akkus und CCS-Ladeverfahren




NiMH-Akkus, 9,0 V / 250 mAh

Lade-/Entladezyklen mit 250 / 100 mA

Camelion, € 4,99 (bei ebay)
1. 190 mAh
2. 242 mAh

Conrad, € 9,95
1. 117 mAh
2. 133 mAh
3. 158 mAh

Geladen wurden die Akkus mit 250mA nach demCCS-Ladeverfahren (dazu weiterunten mehr). Enladen wurden sie mit konstantem Strom von 100mA mitAbschaltungbei 75% der Zellenspannung zu Beginn der Entladung. Angegeben istjeweilsder Wert für die Ladekapazität, da die Werte für LadungundEntladung sich nach meiner Beobachtung nur um +-5% unterscheiden - einZeichendafür, dass das CCS-Ladeverfahren (wie in den Datenblätternangegeben)die Akkus tatsächlich recht genau auf 100% aufläd und nichtüberläd.

Selbst nach dem 3. Lade-/Entladezyklus hatte derConrad-Akkunoch deutlich geringere Kapazität.

Nachtrag Januar 2007
nach ca. 1 1/2 Jahren undgeschätzten weiteren 30 Ladezyklen unter gleichen Bedingungen:
Camelion: 265mAh
Conrad: 175mAh

M.E. ist es nicht möglich, dass der Conrad-Akkutatsächlich seineNennkapazität erreicht, auch wenn er entsprechend Aufdruck 12-15Stundenmit 25mA geladen würde. Doch das werde ich nicht testen, denn meinVertrauen zum CCS-Verfahren wurde auch durch vorstehendes Ergebnisse(>30 Ladezyklen und kein Nachlassen der Kapazität) weiterbetätigt. Für die o.a. (leeren) Batterien ergeben sichLadezeiten von ca. 64 bzw. 42 Minuten. Bei 14-stündigerNormalladung  wäre der Conrad-Akku sicher überladen und - wenn auch nur geringfügig -geschädigt worden. Dafür spricht auch Folgendes:




Bei Conrad hatte ich auch 4 NiMH-Akkus der Größe D (Mono) bestellt, angegeben war die Kapazität mit 5Ah, gemäß Aufdruck sollten sie aber 8000mAh haben.
Diese schnelladefähigen Zellen habe ich mit 3A geladen und musste nach 90 Minuten feststellen, dass die Zellen schon heiß waren, die heißeste hatte 40°C, die anderen wenig darunter.
Das ist ein Zeichen dafür, dass die Zellen schon überladen waren. Nach Abkühlung wurden die Zellen mit 2,5A entladen.
Es ergab sich eine entnehmbare Kapazität von 3,68Ah.
Danach wurden die Zellen mit dem CCS-Gerät und 1A (leider gibt das nicht mehr her) geladen.
Die Ladekapazität betrug 4,72Ah. Wenn man diese Zellen entsprechend Aufdruck 12-15 Stunden mit 800 mA geladen hätte, wären sie sicher überladen und geschädigt worden.
Dafür spricht sowohl die Erhitzung nach der o.a. geladenen Kapazität von 1,5h * 3A = 4,5Ah als auch die etwa entsprechende Beendigung des Ladens durch das CCS-Gerät bei 4,72Ah.

Nachtrag Sept. 2010

Drei dieser 4 Zellen von Conrad sind bereits entsorgt. Dieverbliebenehat noch eine Entladekapazität von 3,60Ah, zieht aber 5,07Ah beiLadung mit dem CCS-Lader. Somit benötigt diese Zelle bei derLadung also ca. das 1,4-fache ihrer Kapazität! O.a. Beobachtung,dass sich die Werte für LadungundEntladung  nur um +-5% unterscheiden, trifft also für diese -offenbar geschädigte - Zelle nicht zu. 

Um sicher zu sein, keine Messfehler gemacht zu haben, wurden zweineueund frisch geladene eneloop AA unter genau den gleichen Bedingungengetestet. Ergebnisse:
Entladekapazität 1,83Ah und danach geladeneKapazität 1,90Ah und
Entladekapazität 1,85Ah und danach geladeneKapazität 1,86Ah.

Bei zwei älteren Zellen der Größe D von Panasonicmit 4400mAh Nennkapazität konnte ich hingegen ebenfalls einenschlechteren Ladewirkungsgrad beobachten:
Entladekapazität 3,21Ah und danach geladeneKapazität 3,56Ah (die zwei Zellen wurden gemeinsam geladen).

Das CCS-Ladeverfahren

Hier also meine Brettschaltung des CCS-Ladegerätes. Es basiertauf demCCS-Lademodul, der bei Conrad für ca.50,- Euro erhältlichist.Infos gibt es bei

http://www.bticcs.com.

Geladen wird gerade einer meiner beiden uralten 9V-Blockakkus (90mAh, mehrals 30 Jahre alt!). Ich hatte Bedenken, diese "Schätzchen" demStresseiner Schnelladung mit 80mA auszusetzen, zumal das CCS-Ladegerätzuvorbei vier meiner inzwischen vierzehn 9V-Blockakkus bei diesem LadestromeinenFehler "Akku defekt" gemeldet hatte. Aber beide Uralt-Akkus haben dieProzedurgut (d.h. ohne merkliche Erwärmung) überstanden, dasCCS-Gerätmeldete "Akku voll". Allerdings betrug die eingeladene Kapazitätnurknapp 20% der ursprünglichen 90mAh.

Die beobachtete Ladekapazität von älteren Akkus ist gutreproduzierbar,es zeigten sich Unterschiede von <4%. Bei neuen Akkus steigt dieLadekapazität bei den ersten Zyklen noch mehr oder weniger an.

Im übrigen hat das Gerät keinen einzigen Akku beim Ladengehimmelt. Die maximalebeobachtete Erwärmung eines Akkus betrug 39°C, es handeltesichdabei um vier Rundzellen, ausgebaut aus einem defekten 9V-Blockmit140mAh (FIFF von Aldi), die mit 0,5A (!) geladen wurden. Nach der "Akkuvoll"-Meldung und Abkühlung ergab sich bei Entladung mit100mAeine Kapazität von 130 mAh.

Eine Macke hat mein CCS-Ladegerät: Wenn höhereAkkuspannungen bzw.kleinere Ladeströme eingestellt werden, wird das An- und AbklemmenderAkkus nicht erkannt. Ich habe bei o.a. 9V-Blocks das Gerät daherjeweilskurz vor dem Anklemmen des Akkus einschaltet. Das Ende des Ladevorgangsistaber eindeutig erkennbar: Die Ladelampe erlischt (Akku voll) bzw.blinkt(Akku defekt) und der Buzzer hört auf zu ticken.

29.04.2005

Nachtrag 23.07.2005

Die o.a. 4 NiMH-Akkus der Größe D (Mono) von Conradhatten nach 2bis 5individuellen Ladezyklen Ladeapazitäten zwischen 6,3Ah und8,0Ah.erreicht. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Zellen sind geringergewordenals bei der Erstladung. Bei Schnellladegeräten mitDelta-Peak-Abschaltungkönnen diese Unterschiede aber für die schwächste (d.h.kapazitätsärmste) Zelle zerstörerisch sein, fallsmehrereZellen in Reihenschaltung geladen werden:

Die Prozentzahlen beziehen sich auf die geladene Kapazität derschwächeren (magenta Kurve) von zwei Zellen, die hier nur 80% derbesseren (blaue Kurve) hat. Die gelbe Summenkurve zeigt dieSummenspannung/2beider Zellen. Delta-Peak-Ladegeräte beenden die Ladung kurz nachAbfallder Summenspannung, hier wäre der schwächere Akku bereits mitca.160% seine Kapazität geladen - also deutlich überladen undgeschädigt.

Beim z.T. üblichen Entladen vor dem Laden derBatterien, die aus in Reihe  geschalteten Zellen bestehen,bestehtdie Gefahr, dass die schwächste Zelle umgepolt und wiederumgeschädigt wird. Besser ist es m.E. deshalb, nachderSchnellladephase eine Nivellierungsphase anschließen, bei der mitgeringemStrom (z.B. C/30) noch mehrere Stunden nachgeladen wird. Dadurch liegendiePeeks aller  Zellen beim nächsten Laden dann zeilich besserbeieinander. Noch besser ist es - sofern möglich, -zunächst auch diese Zellen einzelnd zu laden.

So eine Nivellierungsphase solltem.E. bei neuen Akkupacks 2bis 3mal angewandtwerden (einigermaßen gleiche Kapazitäten der neuen Akkusvorausgesetzt, was aber offenbar bei den oben genannten 4 NiMH-AkkusderGröße D nicht der Fall war!). Später genügt es,schätzungsweise so eine Phase jeweils nach 8 bis 12 Wocheneinzufügen.Alternativ kämen auch Normalladungen mit C/10 und 14 Stunden inBetracht,allerdings habe ich mit diesem Ladeverfahren bei 9V-Blockakkus schonetlicheAusfälle erlebt, s. hier. Vermutlichtrat hierbeischon - wie eingangs beschreiben - eine Schädigung einzelnerZellendurch Überladung bereits bei der ersten Ladung auf; ich diesesVerfahrennicht empfehlen.

Nachtrag 09.11.2005

Zwischenzeitlich habe ich ein weiteresAkku-Ladegerät mitCCS-Lademodul gebaut, dasmit höheren Strömen lädt. Nunmehr lade ichalle meine NiCd- und NiMH-Akkus mit diesemGerät,und zwar Zellen der Größe AAA (Micro) mit 2A und derGrößeAA (Mignon) und größere mit 4A*).BishergabesdabeikeineProbleme.NatürlicherwärmensichdieZellen- bedingt durch die Verlustleistung am inneren Widerstand(P=I*I*Ri)- dabei stärker als beim Laden mit geringeren Strömen, aberbisherblieb die Temperatur zumeist unter 40°C.  Auch müssendabeidie Zellen bei Beginn der Ladung kalt (Raumtemperatur) sein. Es zeigtsich,dass der maximal applizierbare Ladestrom durch den inneren WiderstandderZellen begrenzt wird:  Der Ladestrom sollte so gewähltwerden,dass die Temperatur der Zellen 45°C - wie in den ApplikationeneinigerHersteller genannt -  keinesfalls überschreitet!

Z.T. ließen sich sogar einige meiner Zellen mit höheremStormsauber laden, die beim Laden mit geringerem Strom Fehlermeldungenbrachten.Beim Laden von Akku-Packs sollte aber u.a. Nachtrag vom 23.07.2005Beitragberücksichtigt werden.

*) Ichbin vondiesem Ultraschnelladen wieder abgekommen: Je öfter man es beieinerZelle anwendet, desto früher beendet das CCS-Ladegerät dasLadenund meldet "Zelle voll". Es scheint so, als ob die Akkuzellen einGedächtnis hätten: Nach einigen Lade- Entlade-Zyklenbeträgtdie eingeladene Kapazität nur noch <30% der Nennkapazität!NiMH-Zellen sind in dieser Beziehung empfindlicher als NiCd-Zellen.DieserEffekt ist jedoch reversibel: Beim Laden mit geringeren Strömensteigtdie eingeladene Kapazität wieder an. Ich schätze, dass dieserGedächtnis-Effekt bei Ladeströmen > 1,5C/h auftritt.

Nachtrag März 2006

Nach etlichen erfolgreichen Ladungen zweier NiCd-Knopfzellen (45mAh) mit 80mA (aus einem digitalen Voltmeter) mit dem CCS-Lader ist festzuhalten, dass dieses Ladeverfahren auch hierbei funktioniert!
Ein Nachlassen der Kapazität ist nicht festzustellen!
Die Ladezeit beträgt ca. 30 Minuten, geladen wird also mit 2C!
Das ist ein Beweis für die absolute Überlegenheit  dieses Ladeverfahrens; eine so schnelle Ladung von Knopfzellen ist mit keinem anderen Verfahren auch  nur annähernd erreichbar.

Ergänzung 03.04.07

Plötzlich ist ein Akku 18V, 1,5Ah daund will auch geladen werden. Was tun? O.a. CCS-Lader kann maximal 10Zellen à 1,2V, also nur Akkus bis 12V laden.

Hier meine Lösung:

Und es funktioniert! Wichtig ist, dass dasNetzgerät einen potentialfreien Ausgang hat, also keine Verbindungder Ausgangsklemmen zum Schutzleiter o.ä..

Nachtrag Dezember 2007

Ach was kann man doch von dem bösen CCS-Verfahren alles hören und auch lesen - doch wer das nicht richtig bedienen kann, ist für mich kein glaubwürdiger Mann!

Einer hat in seiner Diplomarbeitgemessen und dabei festgestellt, dass CCS nach dem dU-Prinzip arbeitet.
Ein anderer ist überzeugt, dassdas Verfahren Schrott ist, weil es eine Batterie mit unterschiedlichgeladenen Zellen nicht richtig auflädt.

Ich lasse das hier mal unkommentiert undzeige dazu nur drei Ladekurven. (Die Stufigkeit der Kurven rührtvon der 8-Bit-A/D-Wandlung.) Geladen wurden drei identischteilentladene Zellen von 2Ah mit 2A.

Y-Achse: Spannung in mV
X-Achse: Zeit in 10sec-Intervallen
Die Zellenzahl war auf "3" anstelle von "1" gestellt.
Die Ladung endete mit einer Fehlermeldung.
Bei dU wäre die Ladung nach 990sec beendet.

Y-Achse: Spannung in mV
X-Achse: Zeit in 10sec-Intervallen
Hier war die Zellenzahl richtig auf "1" gestellt.
Die Ladung wurde nach 810sec normal beendet

Y-Achse: Spannung in mV
X-Achse: Zeit in 10sec-Intervallen
Hier war die Zellenzahl richtig auf "1" gestellt.
Die Ladung wurde nach 810sec normal beendet.

Nachtrag 2013

Nach knapp 7 Jahren und ca. 200 Zyklen lassen sich meine erstenEneloops  Size AA mit CCS nicht mehr laden, denn beiAnschaltung der leeren Akkus signalisiert CCS  nach wenigen Minutenbereits  "Akku geladen" und schaltet ab; d.t. falls man danach den Ladevorgang erneut startet.

Die Zellen waren seit 2006 in einem Scanner eingesetzt. Sobald der Scanner anfing zu "blubbern", wurden sie neu aufgeladen.

Die Kapazität ist um >20% zurückgegangen, Rii (s.unten) ist deutlich erhöht: Beim Laden der leeren Akkus mit 4Czeigt sich bereits nach dem 2ten Neustart eine Erwärmung, die so normalerweise erst nach vollständiger Aufladung zubeobachten war.

Die Zellen lassen sich jedoch problemlos mit einem DeltaU-Lader laden.

Nebenwirkungen und Risiken desCCS-Ladeverfahrens

Neben dem schon erwähnten merkwürdigenGedächtniseffekt:

- Nach einigen sehr schnellen Lade- Entlade-Zyklen beträgt dieeingeladeneKapazität nur noch <30% der Nennkapazität! NiMH-Zellensindin dieser Beziehung deutlich empfindlicher als NiCd-Zellen. DieserEffektist jedoch reversibel: Beim Laden mit geringeren Strömen steigtdieeingeladene Kapazität wieder an. Ich schätze, dass dieserGedächtnis-Effekt bei Ladeströmen  > 1,5C/hauftritt.

- ist noch anzumerken, dass eine Tiefentladung bei vorher mit demCCS-Verfahrenschnell geladenen Zellen - auch bei Liegenlassen durch Selbstentladung-möglicherweise zu Totalausfall der Zellen führen kann.Beobachtethabe ich das bei zwei 9V-Blöcken. Der eine lag ca. 5 Monate nurrum,der andere war währenddessen in einem Messgerät eingesetzt;zumZeitpunkt, als letzteres dann LOW BAT zeigte, waren beide hin. *)

- außerdem hat mein "Akkutrainer AT3" (Voltkraft von Conrad) zweivon ca. 30 vorher mehrfach nach dem CCS-Verfahren geladenenZellen  mit >200% überladen, also das Voll-Kriterium beidiesen Zellen nicht erkannt. Das Gerät zeigt die eingeladeneKapazität allerding nur in Prozent. Die Anzeige nach der Ladungvon vier dieser Zellen sah dann etwa so aus: 27%, 26% 100%, 27%.Hier  verschleiert der "Akkutrainer AT3" offenbar diesen Mangel:Eine ehrliche Anzeige müsste m.E. etwa so aussehen:  104%,100%,385%,104% *)

- kann es passieren, dass bei tief entladenenZellen (z.B. durch Selbstentladung, falls Zellen etliche Monate gelegenhaben) bereits nach kurzer Ladezeit "Akku voll" signalisiert wird. Indiesen Fällen einfach das Laden erneut starten.

*) allerdings ist dieZahl der von mir beobachteten Fälle zu gering, um definitiv einenZusammenhang mit dem CCS-Verfahren zu prognostizieren.

Allgemein kann man sagen, dass das CCS-Ladeverfahren im Gegensatz zuanderen Ladeverfahren eher dazu neigt, die Ladung zu frühabzubrechen; dadurch wird eine Überladung sicher vermieden undauch prinzipiell nicht schnellladefähige Zellen (z.B. Knopfzellen)können schnell geladen werden.

Nachtrag im September 2009
Geheimnisvolles Wunderladeverfahren?

Seit Jahren beobachte ich in Foren und Newsgroups die Szene rund umdas CCS-Ladeverfahren - und enthalte mich inzwischen jeglicherTeilnahme an den Diskussionen. Manche Menschen haben einenHorizont mit einem geringen Durchmesser - und das ist dann IhrStandpunkt. Fast immer leiten sie die Untauglichkeit  (bzgl. derin den Beschreibungen von BTI genannten Eigenschaften) aus Bezweifelndieser Eigenschaften oder aus den dortveröffentlichen Beschaltungen des Lade-ICs ab. So stellen manchez.B. anHand des Schaltbildes fest, dass es sich um eines der üblichenLadeverfahren (z.B. Impulsladeverfahren) handelt; s. hierzu auch obenunter:NachtragDezember 2007. Ich habe niemanden gefunden, der seine negativeEinstellung gegenüber diesem Verfahren durch eigene praktischeErfahrung belegen konnte. Meine diesbezüglichen Nachfragen bliebenentweder unbeantwortet oder man empfahl mir,  dazu dochgefälligstselber im Internet zu recherchieren.

Dieses Verfahren wird anscheinend abgelehnt, weil espatentiert und (angeblich) von Geheimniskrämerei umwittert ist.Für michist jedoch entscheidend, dass ich sogar Knopfzellen nach diesemVerfahren mit 2C nunmehr jahrelang problemlos laden konnte (s. hierzuoben), Zellen also, diegrundsätzlich nicht für Schnellladeverfahren geeignetsind  und die baugleich sind mit jenen, die bei der zuvor von mirpraktizierten Normalladung  (14h mit C/10)  >70% ihrerKapzität innerhalb von 3 Jahren verloren hatten. Wer so etwasselber erfahren hat, dürfte m.E. keinerlei Zweifel mehr an derÜberlegenheit dieses Verfahrens haben. Hierzu gehört auchmeine Erfahrung mit der Ladung vorher vollgeladener Zellen derGröße AAA  mit einem Ladestrom von 2A: Der CCS-Laderbeendet solche Nachladungen nach ca. 2.5min.

Und was hat es mit der ständig behaupteten Geheimniskrämerei um diesesLadeverfahren auf sich? Ich sehe da kaum geheimnisvolles: Auf Seite 3derBeschreibung des Verfahrenserläutert BTI, dass bei diesem Verfahren während desLadeprozesses die "Innere Impedanz" ermittelt und ausgewertet wird. Wasdas ist und wie sich dieses Rii während des Ladevorgangsverhält, ist dort aus den Abb.2 und 3 ersichtlich. Es fehltlediglichdie Erläuterung, wie diese Auswertung gemacht wird. Wenn manjedoch den Spannungsverlauf am Akku während des Ladensoszillographiert, sieht man sofort: Der Ladestrom wird zyklischkurzzeitig (das liefert den Wert Rvi) und nach etlichen Zyklen etwaslänger (das liefert den Wert Rvi + Rii) unterbrochen.

Ergänzung hierzu imOktober 2009

Mit einem digitalen Speicheroszilloskop kann man die vorstehendgenannten Unterbrechungen des Ladestroms an Hand der oszillographiertenAkkuspannung darstellen:

Diese Abbildung zeigt eine lange und zwei kurzzeitige Unterbrechungendes Ladestroms zu Beginn der Ladung.

Kurzzeitige Unterbrechung des Ladestroms (der Sägezähnestammt vom Step-Down-Regler, der Teilerfaktor war versehentlich auf1:10 gestellt).

Diese Abbildung zeigt eine lange Unterbrechungen kurz vor Ende derLadung, Rii ist jetzt deutlich angestiegen.

Bewertung und Anmerkungen zum CCS-Ladeverfahren

Obige Screenshots des Speicheroszilloskops zeigen eindeutig, dassdas Ladeende (Akku voll) beim CCS-Ladeverfahren an Hand eines sehrdeutlichen Anstiegs von Rii sicher erkannt werden kann - im Gegensatzzum dU-Verfahren, bei dem ein Absingen der Akkuspannung imPromillebereich (10^-3) erkannt werden muss. Zudem wird dUbei fließendem Ladestrom ermittelt, was angesichts der imMilliohm-Bereich sich änderndenKontaktübergangswiderstände der Akkuhalterung (z.B. auf Grundder zunehmenden Erwärmung des Akkus während der Ladung)problematisch ist.

Ein weiterer, m.E. bisher irgends genannter Vorteil desCCS-Ladeverfahrens ist, dass Rvi und Rii aus der Klemmenspannung desAkkus während der Unterbrechung des Ladestroms ermittelt werdenund daher die im Milliohm-Bereich schwankendenKontaktübergangswiderstände der Akkuhalterung keinerlei Rollespielen.

Ein Digitalmultimeter mit 5-stelliger Anzeige zeigt, dass dieAkkuspannung bei fließendem Ladestrom auch beim CCS-Ladeverfahrenunmittelbar vor dem Beenden der Ladung geringfügig absinkt: Ichhabe Werte im einstelligen 10^-4-Bereich beobachtet.

Man kann fast die Uhr danach stellen
Bei den vier qualitativ sehr hoch einzustufenden Akkuzellen eneloop AA(2Ah), die seit ca. 3 Jahren in meinem Handscanner eingesetzt sind,beträgt die Ladedauer stets 59 bis 61 Minuten. Der Scanner beginntzu blubbern, sobald eine Zelle schwach wird und dann werden alle vierZellen nach dem CCS-Verfahren mit 2A geladen - im Mittel etwa alle 3Wochen.

Wechselspannung am Akku beim Versuch, einen vollen Akku nochmal zu laden

Reparatur eines Akkupacks

Manchmal bekommeneinzelne Zellen innerhalb eines Akku einen internen Kurzschluss. Dasist dann daran zu erkennen, dass die Nennspannug des Akkupacks nichtmehr erreicht wird. In der Mitte des Bildes ist ein Akkupack zu sehen,bei dem die mit den roten Kreuzen gekennzeichneten Zellen interneKurzschlüsse hatten.

DieseKürzschlüsse wurden zunächt miteinemhohenStrom"weggebrannt",indemjededer defekten Zellen über kurze Drähte direkt mitden in Reihe geschalteten 4 Zellen der Akkuhalterung (links im Bild),und (zwar + an +  und - an -) kurzzeitig (< 1sec) verbundenwurde. Danach habe ich kontrolliert, ob die Zellen wieder ihreNennspannung brachten, andernfalls wurde diese Prozedur wiederholt.Dabei habe ich darauf geachtet, nicht zu dünne Drähteverwendet werden, weil diese sonst wegschmelzen würden.

Dieses Verfahrenist ausschließlichfür Ni-Akkus geeignet! Sie können es nur auf eigene Gefahr anwenden, ichübernehme keinerlei Verantwortung, wenn Sie es verwenden! Sobesteht z.B. die Gefahr, dass der bzw.die Akkus explodieren.

Nach dieserProzedur können die Zellen dann normal geladen werden. Im obigenBild werden sie gerade separat mit meinem selbstgebautenCCS-Ladegerät geladen. Es kann passieren, dass"intelligente"Ladegeräte die Ladung (der ja sicher ganz entleerten Zellen) nachkurzer Zeit abbrechen. In diesen Fällen muss die Ladung mit einemBilligladegerät und Strömen <0,3C mit einer Ladezeitentsprechend der Zellenkapazität erfolgen.

ErfahrungsgemäßdauertdieFreudeüberdassoreparierteAkkupackabernichtlange. Nach einigen Wochen oder Monaten erwischt es eine andere oderauch  eine der reparierten Zellen erneut: Kurzschluss!

Akku-Ladegerät mitCCS-Lademodul

Evaluations-Board CCS 9620 EV3   

CCS9620SL  TL497A  BDX64B

CCS-Akkuladegerät, 2 A und 4Amp.

Ausgangspunkt war neben dem Ladecontroller (das CCS-Evaluations-Board,Conrad-Elektronik, ca. 50,- Euro) ein altes Schaltnetzteil, das den Trafo,die drei Kondensatoren C1, die Dioden D1 bis D3, die beiden parallel geschaltetenpnp-Darlingtons BDX64B sowie die Drossel L1 lieferte. Über in o.a.Schaltbild hinausgehende Angaben zu diesen Bauelementen sind mir nicht bekannt.Die Darlingtons und D3 sind auf einem ca. 100mm x 70mm x 20mm großenKühlkörper montiert. Mit geeignetem Trafo und größeremKühlkörper dürfte diese Schaltung auch für Strömevon 8A oder möglicherweise sogar 12A geeignet sein. Noch weit höhereStröme sind machbar, denn der Schaltregler TL497A kann gleichzeitigmehrere Pärchen BDX64B ansteuern (alternativ auch einzelne MJ11015o.ä.), dann sollten jedoch zur gleichmäßigen Stromverteilungniederohmige Widerstände in die Emitterzuleitung eingeschleift und C1und C4 größer gewählt werden.

Anmerkungen:
Die LEDs, der Buzzer und die MT-Einstellung sind gemäß derBeschreibung des Boards beschaltet, Diode 2 auf dem Board wurdeausgelötet.
Die Widerstände R7 und R8 , von denen die Strombegrenzung abgeleitetwird, erhöhen für das Board anscheinend den Innenwiderstand desAkkus. Vermutlich dürfte daher eine Zellenzahl = 1 nichtfunktionieren.
R5 stellt die Ausgangsspannung des Schaltreglers ein. Sie beträgt etwa(R5/kOhm +1,2)V; bei den angegebenen 16kOhm also ca. 17V.

Probleme:
Aufgrund der etwas zu geringen Sekundärspannung des Trafos reicht dieAusgangsspannung von 17V ggf. nicht für 8 Zellen.
Der Ladecontoller hat Schwierigkeiten mit der Akku-Erkennung über den"Akku-Erkennungsstrom", der über R11 fließt, möglicherweisewird das Problem noch durch die Widerstände R7 und R8 im Ladekreisverschärft. Bei einer Fehlermeldung des CCS-Bausteins führt dasz.B. dazu, dass der Ladevorgang immer wieder neu gestartet wird. Ich verzichtedeshalb auf diesen zweifelhaften Komfort und habe R11 weggelassen: Vor demLaden eines Akkus schalte ich das Gerät ein und den Akku an, diesennach Beendigung der Ladung wieder ab und das Gerät aus.
In meinem Gerät verwende ich den 78L12 an  Stelle des 78L15 (wiein der Applikation und in obigem Schaltbild) als Spannungsstabilisator fürdien Schaltregler TL497A.
Schon bei einem Ladestrom von 2A  werden die Andruckfedern derAkku-Halterungen zu regelrechten "Heizspiralen". Die Plastik-Halterungenschmelzen einfach weg.

Empfehlenswerte Verbesserungen:
Der hohe Spannungsabfall an R7 und R8 im Ladekreis von ca. 1V führtaußer zu dem unter Probleme angeführten Unzulänglichkeitenauch zu einer erheblichen Erwärmung dieser Widerstände. Es empfiehltsich, diese Widerstände auf 1/10 ihres Wertes zu reduzieren, einen OpAmp,der für asymmetrische Versorgung mit niedriger Spannung (den 5V vomCCS-Board) geeignet ist (z.B. CA3140) mit 10-facher und nicht invertierenderVerstärkung nachzuschalten und dessen Ausgang dann mit R9 zu verbinden.

Meine Selbstbau-Niederohmwiderstände hatten an Stelle der angestrebten0,047Ohm tatsächlich 0,08Ohm, hier das zugehörige Schaltbild dieserVerbesserungen:

Nach entsprechender Aufrüstung der eingangs dargestellten Schaltung(auch der Widerstand R11 wurde wieder eingelötet) funktioniert die Ladungaller Akkus nun einwandfrei. Auch eine Ladestufe für die Zellenzahl= 1 wurde nachgerüstet und mit vier teil-entladenen Akkus der MarkeFIF (Mignon 1600mAh von Aldi) aus meinem Scanner getestet. Bei einem Ladestromvo 2A war die Ladung bei zwei Zellen nach 14 Minuten und bei den beiden anderennach 15 Minuten beendet. Wieder erstaunte mich hier diePräzision der Erkennung des 100%igenLadezustands, denn alle vier Akkus aus dem Scanner waren jagleichermaßen entladen. Siehe dazu auch hier.

Versuchsaufbau, noch ohne nachgerüstetem CA3140:

Ergänzung März 2006

Erläuterungen zu obigen Schaltung (s. auch Forum http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-25064.html)

Die Dioden D1 und D2 sowie die parallelgeschalteten BDX64 mit der Diode D3stammen aus einem ausgeschlachteten Schaltnetzteil,  D3 dürftetatsächlich eine Schottkydiode sein. Bei PB-Akkus bringt dasCCS-Ladeverfahren auf  Grund der OVP (Überspannungsschutz) keineVorteile. Dies gilt aúch für Li-Akkus.

Quelle:

http://www.peter-boesche.de/ccslad.htm

https://www.mikrocontroller.net/topic/4293

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ENDE