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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Akku Ladeschaltung


Autor: Peter H. (borntopizza)
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Hi zusammen,

ich bin neu hier im Forum und hätte gleich schon einmal eine frage zu 
der angehängten Akku Lade Schaltung, welche ich im Netz als Schaltplan 
zu einem Bausatz gefunden habe.

Ich verstehe die Schaltung soweit, dass an R2 in etwa immer die gleiche 
Spannung abfällt (UR2 = ULED - UBE) und somit wäre I annähernd konstant.

Aber wenn ich z.B. einen 6V Akku laden möchte, was wähle ich dann für 
eine Eingangsspannung? Und wenn ich eine zu hohe Eingangsspannung wähle, 
was würde dann passieren (also z.b. 10 V Eingangsspannung; ULED=ca. 2V 
-> an R2 fallen ca. 1,3V ab also hätte ich noch 8,7V für den Akku 
übrig?)?

Ich bin Azubi als Informationselektroniker im 2. Lehrjahr und steige da 
noch nicht so richtig durch. Könnt Ihr mir hier helfen?

Danke und viele Grüße

Autor: Horst S. (Gast)
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Stichwort: Konstantstromquelle

Autor: Der Andere (Gast)
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Das ist eine primitive Konstantstromquelle.
Die Led ist eine halbewegs konstante Spannungsreferenz.
Da der Transistor anfängt zu sperren sobald Ube < 0,7V wird. ist der 
sich einstellende Strom in etwa
(Uled - 0,7) / R2

Es fehlt aber an jeglicher Abschaltung bei vollen Akkus

Autor: Der Andere (Gast)
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Peter H. schrieb:
> Und wenn ich eine zu hohe Eingangsspannung wähle,
> was würde dann passieren (also z.b. 10 V Eingangsspannung; ULED=ca. 2V
> -> an R2 fallen ca. 1,3V ab also hätte ich noch 8,7V für den Akku
> übrig?)?

Ok noch etwas ausführlicher

Sobald der Strom an R2 größer wird, wird auch die Spannung, die an R2 
abfällt etwas größer.
Dann wird natürlich Ube kleiner, es fliesst weniger Basisstrom in den 
Transistor und er lässt weniger Kollektorstrom durch.
Umgekehrt, wird der Strom geringer, fällt weniger Spannung an R2 ab, 
dadurch steigt Ube und es fliesst mehr Strom in die Basis des 
Transistors, er steuert weiter auf.
Das Ganze regelt sich dann entsprechend ein, so daß an der CE Strecke 
des Transistors genau die "überschüssige" Spannung abfällt.

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Peter H. schrieb:
> einen 6V Akku

WELCHE Akkuart ?

Es gäbe NiCd, NiMH, LiIon, Blei, und noch ein Dutzend weitere.

Die Schaltung ist NUR eine Konstantstromquelle. Zudem eine schlechte.

Sie schaltet NICHT ab, wenn der Akku voll ist, sondern überlädt ihn 
gnadenlos.

Dafür ist sie 'schön einfach', das scheint die Hauptsache zu sein die 
Leute beim Suchen finden wollen, Hauptsache wenige Bauteile.

Peter H. schrieb:
> was wähle ich dann für eine Eingangsspannung?

bei NiMH mit 1.6V maximaler Zellenspannung im Ladevorgang (manche setzen 
auch 1.9V an):

5* 1.6 + 1.6V durch LD1 + 0.8V durch D1 + 0.5V wegen R1 = 10.9V.

Maximal hängt es von T1 ab, wann der überhitz. Er solte auf ein 
Kühlblech.

Autor: HildeK (Gast)
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Peter H. schrieb:
> Aber wenn ich z.B. einen 6V Akku laden möchte, was wähle ich dann für
> eine Eingangsspannung? Und wenn ich eine zu hohe Eingangsspannung wähle,
> was würde dann passieren (also z.b. 10 V Eingangsspannung; ULED=ca. 2V
> -> an R2 fallen ca. 1,3V ab also hätte ich noch 8,7V für den Akku
> übrig?)?
Richtig, bis der Akku 8,7V erreicht hat (eher 100-200mV weniger, der 
Transistor wird zwischen C und E nicht ganz 0V annehmen) fließt ein 
weitgehend konstanter Strom in den Akku.
Wenn du nur einen 1,5V Akku hast, fließt der selbe Strom und du musst 
selbst dafür sorgen, dass abgeschaltet wird, wenn der Akku voll ist. 
Sonst lädt das immer weiter, bis der Akku nachgibt.

Die Eingangsspannung könnte so gewählt werden, dass nach dieser Rechnung 
die Ladeschlussspannung herauskommt. Das ist aber nur beim Bleiakku 
sinnvoll.
Sie kann auch größer gewählt werden, dann muss man aber selbst dafür 
sorgen, dass der Akku nicht überladen wird (über die Zeit z.B. bei NiCd 
oder NiMH). Und du hast mehr Verlustleistung am Transistor - der muss 
das auch aushalten.

Autor: Peter H. (borntopizza)
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Hallo danke für die Antworten!


Es ist ein Ni Cd Akku mit 1Ah.



Wenn ich jetzt theoretisch eine leere Ni Cd Zelle mit 1,1 V hätte, würde 
die dann maximal auf auf 1,2 V aufgeladen, und die "restliche Spannung" 
(von den 10V Eingangsspannung) würde am Transistor abfallen, wenn die 
Zelle voll ist, weil kaum mehr Strom fließt?

UCE = UEingang - ( UR2 + UAkku ) stimmt das so??

Autor: Der Andere (Gast)
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Peter H. schrieb:
> Wenn ich jetzt theoretisch eine leere Ni Cd Zelle mit 1,1 V hätte, würde
> die dann maximal auf auf 1,2 V aufgeladen, und die "restliche Spannung"
> (von den 10V Eingangsspannung) würde am Transistor abfallen, wenn die
> Zelle voll ist, weil kaum mehr Strom fließt?

Nein, es würde immer weiter der mit dem Wert von R2 eingestellte Strom 
fliessen, bis der Akku glüht oder platzt.
Das haben wir doch oben schon geschrieben. Da ist keine 
Ladeenderkennung, das ist nur eine billigst-Konstantstromquelle.

NiCd Ladeschluss erkennt man am besten mittels Temperatursensor oder 
-DeltaU Verfahren.

Autor: Peter H. (borntopizza)
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OK, d.h. ich brauche einen Temperaturwiderstand oder dergleichen und 
setze den möglichst nahe zum Akku der dann dafür sorgt, dass kein Strom 
mehr fließt.



Aber nochmal die Frage, wenn der Akku irgendwann während des 
Ladevorgangs z.B. 1,2 V Volt hat würde dann die folgende Formel stimmen?

UCE = UEingang - ( UR2 + UAkku )

UCE = 10V - (1,3V + 1,2V) = 7,5V

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Wie "Der Andere" schon schrieb, so ist es.
Der Vorteil einer Konstantstromquelle ist, daß du
an Hand der Nennkapazität die auf dem Akku aufgedruckt ist
dann leichter die Ladezeit ausrechnen kannst. Daß Laden
mußt du aber selber beenden, oder einen Zeitschalter bauen.
wenn du die Zeit überschreitest, machst du den Akku kaputt.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Peter H. schrieb:
>Aber nochmal die Frage, wenn der Akku irgendwann während des
>Ladevorgangs z.B. 1,2 V Volt hat

Bei NiMh Akkus ist die Ladeschlußspannung etwa 1.3V bis 1.4V.
Man kann sie bei NiMh Akkus aber nicht auswerten und zum
automatischen abschalten verwenden, weil sie Temperaturabhängig
ist. Zu deiner Rechung, die Spannung die zu viel ist, fällt
automatisch am Transistor ab. Wenn du alle Teilspannungen
adierst, hast du die Gesamtspannung die am Eingang anliegen.
Die Spannung über den Transistor darf aber nicht 0 werden,
sonst kann er nicht mehr regeln.

Autor: Ach Du grüne Neune (Gast)
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Peter H. schrieb:
> Aber nochmal die Frage, wenn der Akku irgendwann während des
> Ladevorgangs z.B. 1,2 V Volt hat würde dann die folgende Formel stimmen?
>
> UCE = UEingang - ( UR2 + UAkku )

Ja.

Damit nicht nur der Ladestrom begrenzt wird (100mA), sondern auch die 
Ladeendspannunmg nicht überschritten wird (1,2V), solltest Du du auch 
diese begrenzen.

Die Kühlfahne des LM317 reicht für 100mA aus. Bei einer Eingangsspannung 
von 10V ist noch kein Kühlkörper erforderlich. Da der LM317 nicht weiter 
als 1,25V runtergeregelt werden kann, ist noch eine Diode am Ausgang. 
Mit R2 stellst Du die Ladeendspannung von 1,2V ein.

Autor: HildeK (Gast)
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Peter H. schrieb:
> OK, d.h. ich brauche einen Temperaturwiderstand oder dergleichen und
> setze den möglichst nahe zum Akku der dann dafür sorgt, dass kein Strom
> mehr fließt.

Nein, bei der Schaltung solltest du einen Timer nehmen, der nach der 
Zeit Kapazität [Ah]/Ladestrom[A] * 1,2 ... 1,4 den Akku abtrennt. Es 
gibt keinen 'Temperaturwiderstand', der das so leisten kann.

> Aber nochmal die Frage, wenn der Akku irgendwann während des
> Ladevorgangs z.B. 1,2 V Volt hat würde dann die folgende Formel stimmen?
>
> UCE = UEingang - ( UR2 + UAkku )
>
> UCE = 10V - (1,3V + 1,2V) = 7,5V
Ja.
Dabei siehst du auch die Empfehlung oben, den Transistor zu kühlen, weil 
seine Verlustleistung in dem Fall 7,5V * IL sein wird. Außer du lädst 
immer nur mit 50mA, dann ist auch eine Abtrennung nicht zwingend 
notwendig. Das hält der NiCd auch mal 10h länger aus. Oder du nimmst 
eben 3V am Eingang, dann gehen auch etwas größere Ladeströme.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Ach Du grüne Neune schrieb:
> Damit nicht nur der Ladestrom begrenzt wird (100mA), sondern auch die
> Ladeendspannunmg nicht überschritten wird (1,2V), solltest Du du auch
> diese begrenzen.

... nur nutzt ihm das (fast) nichts für NiCd oder NiMh-Akkus:

Günter Lenz schrieb:
> Man kann sie bei NiMh Akkus aber nicht auswerten und zum
> automatischen abschalten verwenden, weil sie Temperaturabhängig
> ist.

Autor: batman (Gast)
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Peter H. schrieb:
> UCE = UEingang - ( UR2 + UAkku )

UCE = UEingang  - ( UD1 + UR2 + UAkku )

Was auch immer es sagen soll.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Ach Du grüne Neune schrieb:
> sondern auch die
>Ladeendspannunmg nicht überschritten wird (1,2V), solltest Du du auch
>diese begrenzen.

Macht bei NiMh Akkus aber keinen Sinn, weil die Ladeendspannunmg
Temperatur abhängig ist, bei Bleiakkus kann man das so machen.

Autor: MaWin (Gast)
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Peter H. schrieb:
> Wenn ich jetzt theoretisch eine leere Ni Cd Zelle mit 1,1 V hätte, würde
> die dann maximal auf auf 1,2 V aufgeladen, und die "restliche Spannung"
> (von den 10V Eingangsspannung) würde am Transistor abfallen, wenn die
> Zelle voll ist, weil kaum mehr Strom fließt?

Nein.

Wie schon geschrieben wird die Zelle einfach überladen

Peter H. schrieb:
> OK, d.h. ich brauche einen Temperaturwiderstand oder dergleichen und
> setze den möglichst nahe zum Akku der dann dafür sorgt, dass kein Strom
> mehr fließt

Nein, auch dabei wird der Akku nur zerkocht.
Du müsstest, bei Erreichen einer Abschalttemperatur, z.B. 45 GradC, 
schon dauerhaft abschalten

Günter Lenz schrieb:
> Bei NiMh Akkus ist die Ladeschlußspannung etwa 1.3V bis 1.4V.

Ein NiMH hat keine Ladeschlussspannung, d.h. eine Soannung ab der man 
den Ladevorgang beendet, sondern nur eine Spannung am Ende des 
Ladevorgangs, ob die 1.2, 1.4 oder 1.6 beträgt ist Zufall.

Autor: Manfred (Gast)
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Michael B. schrieb:
> Die Schaltung ist NUR eine Konstantstromquelle. Zudem eine schlechte.

(laberkopp)! Diese Schaltung ist seit Jahrzehnten bewährt, wenn es auf 
ein paar mA Drift nicht ankommt, es gibt weitaus schlechtere 
Stromquellen. Mit der LED als Referenz ist das Ding sogar thermisch 
erstaunlich stabil, wenn der Transistor die LED erwärmt.

Peter H. schrieb:
> Aber wenn ich z.B. einen 6V Akku laden möchte, was wähle ich dann für
> eine Eingangsspannung?

Über den Daumen zwei bis drei Volt über Endspannung. Gerade bei NiMH ist 
die schwer abzuschätzen, für einen 5er-Block würde ich vorne 11 V 
speisen.

> Und wenn ich eine zu hohe Eingangsspannung wähle,
> was würde dann passieren

Die Schaltung sorgt für einen konstanten Strom. Alles, was der Akku 
nicht schlucken kann, muß der Transistor in Wärme umsetzen. Wenn Du 
Deinem BD135 einen ordentlichen Kühlkörper spendierst, passiert nichts.

Wir haben 5 leere Zellen in Reihe und laden 400 mA: An den 5 Zellen 
ergeben sich 5 Volt, gespeist wird mit 11 Volt - also bleiben 6 V x 400 
mA = 2,4 Watt am Transistor.

Die 5 Akkus sind irgendwann voll, dann werden sie etwa 8,2 V haben und 
es fallen nur noch (11-8,2)*400 = 1,1 Watt ab.

---

Wie Dir schon gesagt wurde: Diese Quelle schiebt Strom in den Akku, es 
gibt bei NiMH / NiCd keine sinnvolle Lösung, das Ladeende simpel über 
die Spannung zu erkennen.

Ich selbst nutze eine ähnliche Ladetechnik und schalte dumm nach Zeit 
ab.

Autor: Peter H. (borntopizza)
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Danke für die ganzen Antworten!

Das ganze soll den Akku der Ulo Box meiner Hercules laden. Der Akku wird 
also nicht 15h am Stück mit Strom vollgepumpt.

Ich hoffe mir zerlegts den Akku da trotzdem nicht, wenn ich den 
Ladestrom relativ klein wähle (Irgendsowas um die 50 - 100 mA). Die 
ursprüngliche Schaltung sieht weitaus komplizierter aus (mit Thyristor 
und NTC zum messen der Temperatur vom Akku). Einen eigenen Blinkgeber zu 
bauen war ja noch relativ leicht, aber sobald es um Akkus geht weiss ich 
halt nichts mehr.

Autor: batman (Gast)
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Peter H. schrieb:
> Ladestrom relativ klein wähle (Irgendsowas um die 50 - 100 mA). Die

Da brauchts eigentlich nur nen Widerstand. Das ganze KSQ-Gewurschtel 
halte ich für völlig überflüssig, wenn man einen Akkuquäler bauen will.

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Manfred schrieb:
>> Die Schaltung ist NUR eine Konstantstromquelle. Zudem eine schlechte.
>
> (laberkopp)! Diese Schaltung ist seit Jahrzehnten bewährt, wenn es auf
> ein paar mA Drift nicht ankommt, es gibt weitaus schlechtere
> Stromquellen.

Meine Fresse, Manfred wieder, dumm wie Brot aber glaubt die Weisheit mit 
Löffeln gefressen zu haben.


Die Schaltung ist als Konstantstromquelle Scheisse, weil ein Widerstand 
falsch motiert ist.

Das sieht man ganz einfach wenn man die Schaltung nachvollzieht, hier 
simuliert in ccurrent1.gif mit steigender Spannung von 0 auf 20V und wie 
man sieht fast linear mitsteigendem Strom von 0 bis 130mA. Das ist alles 
andere als konstant. Ein simpler Vorwiderstand wäre kaum schlechter, ein 
PTC als Vorwiderstand vermutlich besser.

Der Depp, der die Schaltung gezeichnet hat, hat wohl den Widerstand R1 
falsch angebracht oder dachte es wäre nicht so wichtig. Wenn man ihn 
richtig anbringt, ccurrent2.gif, kommt sogar ein halbwegs konstanter 
Strom um 74mA ab ca. 7 Volt heraus.

: Bearbeitet durch User
Autor: Peter H. (borntopizza)
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Hallo,

ich wüsste jetzt nicht was mir das bringt. Meine Eingangsspannung steigt 
ja nicht an, die würde ich konstant auf 10 V oder sowas einstellen mit 
dem LM317. Dann funktioniert die von dir als "scheiße" betitelte 
Schaltung genau so.

Die Schaltung würde ja wohl nicht als Bausatz verkauft werden, wenn sie 
denn so scheiße ist wie du sagst.

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Peter H. schrieb:
> Meine Eingangsspannung steigt ja nicht an

Aber die Akkuspannung steigt, was für die Restspannung am Stromregler 
dieselbe Wirkung hat.

Bitte GRUNDLAGEN der Elektrik beherrschen bevor ihr hier rumpfeift.

Peter H. schrieb:
> Die Schaltung würde ja wohl nicht als Bausatz verkauft werden, wenn sie
> denn so scheiße ist wie du sagst.

Oh, es gibt sogar Rohrentkalker, Mückenscheuchen, und Batteriepulser als 
Bausatz und kommerzielle Produkte. Bloss weil es verkauft wird, heisst 
das noch lange nicht daß es funktioniert.

Autor: Peter H. (borntopizza)
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Hallo,

ich habe das ganze jetzt so in etwa nachgebaut, zwar mit NPN Transistor 
damit die Massen auch gleich verbunden sind. Der Akku wird konstant mit 
etwa 70mA geladen (ich habe andere Werte und keine LED sondern 3 Dioden 
in Reihe).
Funktioniert auch recht gut, der Akku wird ja nicht dauerhaft geladen, 
lediglich wenn das Moped läuft.

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