Handgerät mit Ladefunktion für interne Batterie

[Jörg (Gast)]

Hallo Forum,
ich möchte gerne ein Handgerät bauen, dass durch eine Batterie versorgt 
wird. Meine Schaltung läuft mit 3V3 bis 7V. Die extern einspeispare 
Spannung beträgt 11V bis 14V und kommt aus einem Bleiakku.
Mir schwebt auf der Batterieseite im Gehäuse die Lösung der 
Versorgungsspannung durch zwei AA-Akkus mit StepUp Wandler vor.
Wie kann ich nun diese Batterien laden ohne sie zu überladen? Gibt es da 
vielleicht einen IC, den ihr mir empfehlen könnt?
Danke schonmal Grüße,
Jörg

[Stefan F. (sfrings)]

>> ich möchte gerne ein Handgerät bauen, dass durch eine Batterie versorgt
wird.

Du bist ja lustig. Handies, die mit Batterie versorgt werden, kann man 
ab 25 Euro im Versandhandel kaufen.

Irgendwie verstehe ich die Frage überhaupt nicht. Was hast Du da 
überhaupt vor? Eine kleine Skizze könnte hilfreich sein.

Willst Du den Bleiakku durch zwei AA Zellen mit Step-Up Regler ersetzen, 
um eine Schaltung die für 12V vorgesehen ist stattdessen mit zwei 
kleineren Batterien zu versorgen?

Das würde ich lassen. Denn du müsstest so die Spannung der Batterien 
erst herauf transformieren und dann wird sie durch das Gerät wieder 
herunter transformiert. Das geht zwar, aber dabei geht viel Energie 
verloren (in Form von Wärme).

[Stefan F. (sfrings)]

Mir ist dazu nochwas eingefallen, was vielleicht mehr hilft.

Falls Du vor hast, NiMh Akkus in der alufenden Schaltung zu laden - 
vergiss es. Die derzeit üblichen Ladegeräte erkennen das Ende des 
ladevorgangs an einer winzigen Reduktion der Batteriespannung um wenige 
Millivolt. in laufendem Betrieb wird diese Messung kaum möglich sein.

Eheer vorstellbar wäre die Temperatur-Methode. Ist der Ladestrom 
ausreichend hoch (z.B. 500mA bei einem 2000mAH Akku), dann wir der Akku 
heiß, sobald er voll ist. Das Ladegerät kan dies als Signal zum 
abschalten nutzen.

Aber wann soll es wieder mit dem Laden beginnen? Für den Akku wäre es 
wohl am besten, möglichst lange abzuwarten, z.B. wenn die Spannung pro 
Zelle auf etwa 1V abgesunken ist.

Für die Nutzbarkeit des Gerätes ist es aber möglicherweise besser, die 
Batterie immer möglichst voll zu halten. In diesem Fall sind Bleiakkus 
wohl am besten geeignet, aber leider sind sie groß und schwer.

Lithium Ionen liegt in der Mitte dazwischen. Sie verschleißen schnell, 
wenn sie voll gehalten werden, aber immerhin halten sie dann dennoch 
bedeutend länger, als NiMh Akkus.

NiMh Akkus sind eher in Schaltungen geeignet, wo man sie (wenn leer) 
durch frisch geladene ersetzt und die leeren Batterien in ein separates 
Ladegerät steckt.

[Jörg (Gast)]

Es geht darum die Spannungsversorgung für das oben beschriebene Gerät 
sicher zu stellen. Es soll über den externen Bleiakku geladen und 
betrieben werden können. Es soll jedoch auch rein aus dem internen Akku 
funktionieren.
Wie du schon schreibst - nichts Anderes als das auch das Handys tut.

Schade, dass du mir von den NiMh-Akkus abrätst, aber die Erfahrung hätte 
ich sonst selber machen müssen. Danke!

Die Li-Ion Technik ist ja schon alleine aufgrund ihrer hohen 
Energiedichte und der damit verbundenen Leichtigkeit der Zellen sehr 
schön. Ich habe zwar die Befürchtung, dass mein Gerät einmal Kälte sehen 
und die Zellen Schaden nehmen könnten. Nichtsdestotrotz scheint Li-Ion- 
oder Li-Po-Akku da der Standard zu sein.
Kannst du da evtl. ein Lade IC empfehlen oder eine Beispielschaltung 
aufzeigen?
Grüße

[Stefan F. (sfrings)]

Ich kann Dir kein Lade-IC empfehlen, aber beschreiben, wie man Lithium 
Akkus richtig lädt. Die folgenden Angaben gelten für einen einzelligen 
Akkus mit Nennspannung 3,6 oder 3,7 Volt (je nach Bauart).

Sobald die externe 12V Spannungsversorgung vorhanden ist, lädst Du den 
Akku auf. Beim Entladen musst Du Unterbrechen, sobald die Spannung am 
Akku unter 2,5 Volt sinkt, sonst geht er kaputt.

Laden geht bei Lithium Akkus so: Du baust einen Regler, der den 
Ladestrom auf ungefähr 1/3 der Kapazität begrenzt (z.B. 330mA bei einem 
1000mAH Akku) und die Spannung auf exakt 4,2 Volt (bei 3,6V Akku) bzw. 
4,3V (bei 3,7V Akku) begrenzt.

Wärend des Ladens steigt die Spannung des Akkus von 2,5 Volt allmählich 
auf 4,2/4,3 Volt an. Bei der maximalen Spannung hat der Akku etwa 80% 
geladen. Danach bleibt die Spannung konstant und der Strom fällt ab, bis 
auf fast Null. Wenn weniger als 1/10 des Ladestomes fließen, gilt der 
Akku als voll geladen, dann soll das Ladegerät abschalten.

Die maximale Spannung das auf keinen Fall überschritten werden, sonst 
explodiert der Akku. Normale Abweichungen von Widerständen und A/D 
Wandlern sind zu viel. Man muss hier besonders präzise Bauteile 
verwenden oder manuell kalibrieren. Berücksichtige auch, daß deine 
Ladespannung durch Temperatur nicht beeinflusst werden darf.

Lithium Akkus halten länger, wenn man sie nicht allzu tief entlädt. Es 
bietet sich an, den Akku schon bei weniger als 3,5 Volt wieder 
nachzuladen (wie es Laptops tun).

Die Lebensdauer von Lithium Akkus kann erheblich erhöht werden, indem 
man Erwärmung vermeidet (z.B. außen anbringen) und nicht über 80% lädt. 
Das heisst, die zweite Phase der Ladung mit konstanter Spannung lässt 
man weg.

Du könntest einen zweizelligen Akku nehmen. Dann reichen 12V 
Versorgungsspannung locker aus und du kannst mit einem einfachen 
Step-Down Regler auf 5V herunter regeln. Eventuell kann Deine Schaltung 
auch direkt mit nur einer Zelle, also 3-4 Volt betrieben werden, ganz 
ohne Regelung.

Bei Blei-Akkus ist es wesentlich einfacher.

Da die externe Spannungsversorgung schon durch einen Bleiakku gestützt 
ist, hast du bereits eine Spannungsregelung. Den zweiten Akku für das 
mobile Gerät kannst Du einfach direkt parallel zur externen 
Stromversorgung schalten. Der Ladestrom ergibt sich von ganz alleine, 
denn Blei-Akkus regeln ihren Ladestrom selbst auf etwa 1/10 ihrer 
Kapazität. Es kann auch mal doppelt so viel oder halb so viel sein.

In Deinem Fall würde ich schauen, ob ein Bleiakku nicht doch geeigent 
wäre. Es gibt ja auch kleine 12V Blei-Akkus.