www.kriechhammer.at

Home
Up

Laden von NiCd Akkus mit ECS Ladegerät
von Andreas Kriechhammer, OE3ARC

Nahezu alle Handfunkgeräte werden mit NiCd-Akkus betrieben, die meist mit dem mitgelieferten Einfachstladegerät geladen werden. Diese Akkus haben laut Definition bei vorschriftsmäßiger Verwendung eine Lebensdauer von maximal ca. 1000 Lade/Entladezyklen. Um diese Anzahl von Zyklen zu erreichen, muß ein NiCd-Akku immer richtig geladen und entladen werden, andernfalls verliert er an Kapazität (Memoryeffekt) und muß vor Erreichen des normalen Endes seiner Lebensdauer ausgeschieden werden. Wie man weiß, können selbst einfachste Akkupacks mit relativ geringer Kapazität (400-800 mAh), die als Zubehör zu den diversen Handfunkgeräten erhältlich sind, mit Gold aufgewogen werden. Aus diesem Grund sollte dem Lade- und Entladevorgang besonderes Augenmerk geschenkt werden:

Vor einer Ladung sollte ein NiCd-Akku stets vollständig, jedoch nicht tiefentladen werden. Die Ladung ist im Normalfall mit einem Zehntel des Stromes der Nennkapazität und einer Dauer von 14 Stunden durchzuführen. Der Ladevorgang sollte nicht unterbrochen, die Ladezeit nicht überschritten werden.

Aus diesen Umständen ergeben sich folgende, hinreichend bekannte

Nachteile beim Einsatz von Akkupacks mit normalen Ladegeräten

· der Ladezyklus dauert im Verhältnis zum Entladezyklus (Betriebszeit) meist wesentlich länger;

· oft wird vergessen, die Ladung nach 14 Stunden zu beenden, der Akku bleibt dann länger als vorgeschrieben im Ladegerät, wird daher überladen und übermässig erwärmt;

· eine vollständige Entladung vor dem Beginn der Ladung ist nicht immer möglich;

· der Ladezustand des Akkus, speziell nach längerer Lagerung (die Selbsentladung beträgt pro Tag ca. 1%) ist meist unbekannt, es muß daher auch bei geplanter kurzer Verwendung des Handfunkgerätes ein Reserveakku mitgenommen werden um sicher qrv sein zu können;

· das mitgelieferte Ladegerät liefert keinen konstanten Strom, der tatsächliche Ladestrom ist unbekannt;

· die für einige Akkutypen erhältlichen Schnellladegeräte laden mit entsprechend höherem Strom, dadurch wird die Lebensdauer des Akkus in der Regel herabsetzt;

Vorteile des ECS

Das von der Grazer Firma ”Enstore Energy” entwickelte ECS (Electrode specific Charging System)

· kann für NiCd, Blei oder Nickel-Metallhydrid Akkus verwendet werden;

· vermeidet die aufgezählten Nachteile;

· ist mit einer Basisplatine leicht selbst aufzubauen

und scheint daher für die Anwendung mit den im Amateurfunk verwendeten Akkupacks optimal geeignet.

Die Besonderheiten dieses Systems sind:

· extrem kurze Ladezeiten (für Akkus mit 720 mAh Kapazität ca. 15 Minuten);

· durch die Reduzierung des Innenwiderstandes der Akkuzelle beim Laden mit ECS tritt nur mäßige bis gar keine Erwärmung des Akkus auf, weiters kann dem Akku dadurch höherer Strom entnommen werden;

· Aufhebung des Memoryeffektes nach einigen Ladezyklen, d.h. bereits totgesagt Akkus können wiederbelebt werden (nach drei bis fünf Lade/Entladezyklen wird die maximal erzielbare Kapazität erreicht);

· Jederzeitiger Ein- und Ausstieg aus der Ladung ist möglich, der Akku kann aus jedem Ladezustand heraus wieder voll aufgeladen werden;

· temperaturkontrollierte Ladung, der Akku wird auch bei sehr hohen Ladeströmen nicht überhitzt;

· optische Anzeige über Leuchtdioden für die Zustände ”Ladung” oder ”Erhaltungsladung”;

· kontrollierte Erhaltungsladung, der Akku kann theoretisch unbegrenzt am Ladegerät angeschlossen bleiben ohne Schaden zu nehmen;

· Verlängerung der Lebensdauer der Akkus um ca. das 10-fache.

Bei herkömmlichen Ladegeräten würden die aufgezählten Möglichkeiten die Lebensdauer des Akkus herabsetzen, bei diesem System wird die Anzahl der möglichen Lade/Entladezyklen und damit die Lebensdauer des Akkus sogar noch erhöht !

Funktionsweise

Der ECS-Chip steuert den Ladestrom impulsförmig (23Hz) und ermittelt in den Impulspausen immer den aktuellen Ladezustand mit einer Last von 4,5 mA. In Abhängigkeit von den gewonnenen Rückmeldungen des Akkus wird der Laderhythmus an den Akku angepaßt. Dies bewirkt eine extrem schonende und kurze Ladung.

Die Ladung erfolgt in vier Stufen. In der ersten Stufe ist der maximale Ladestrom durch eine einstellbare Strombegrenzung nach oben begrenzt. Abgesehen von dieser Strombegrenzung regelt der ECS-Chip den Ladestrom innerhalb der ersten drei Ladestufen für jeden Akku individuell. Schaltet man ein schnelles Strommeßgerät (Leuchtpunktanzeige o.ä.) in den Ladestromkreis, so sieht man, daß für jeden Akku ein eigenes Impulsmuster verwendet wird. Bei Erreichen der eingestellten Ladeschlußspannung wird auf die vierte Ladestufe (Erhaltungsladung) umgeschaltet. Auch hier wird der Erhaltungsladestrom impulsförmig gesteuert und der Zustand ständig überwacht, was bedeutet, daß der Akku beliebig lange am Ladegerät angeschlossen bleiben kann, ohne der Gefahr der Überladung und Erwärmung ausgesetzt zu sein.

Der ECS-Chip ist als Einzelchip nicht erhältlich und kann nur, zusammen mit einer Basisplatine oder in Fertiggeräten eingebaut, gekauft werden. Folgende Geräte, Bausätze oder Bauanleitungen bieten eine einfache Möglichkeit von dieser Technologie Gebrauch zu machen:

· Fertiggeräte der Fa. Lytron; (http://www.lytron.at)

· Bauanleitung "Mega ECS-Lader" der österreichischen Zeitschrift "praktiker" (http://www.praktiker.at), flexibelste Möglichkeit mit einer Platine, die in verschiedenen Ausbaustufen bestückt werden kann, einfache Akkus aber auch größte Akkus (Modellsport) mit bis zu 32A zu laden;

· Basisplatine ECS 2011, für Handgeräte-Akkupacks wahrscheinlich die einfachste und billigste Lösung (Platine und Material zusammen ca. 1000,-), erhältlich u.a. bei der Fa. Radiobastler

Ein Fertiggerät für Mignonzellen der Fa. Lytron (siehe Foto) ist bei mir seit ca. einem halben Jahr in Betrieb. Die Erfolge beim Regenerieren von defekten Akkus und die kurzen Ladezeiten bewogen mich dazu, eine Basisplatine ECS 2011 für den Einsatz mit Funkgeräteakkus zu bestücken.

Fertiggerät der Fa. Lytron

Selbstbau mit Basisplatine ECS 2011

Diese Platine kann je nach Verwendungszweck für Einzelzellenladung bis zum Universallader für 1-12 Zellen bestückt werden. Nachfolgende Bauteile werden für die von mir aufgebaute Version mit 7,2V Fixspannung benötigt:

Widerstände:

Trimmpotentiometer:

Kondensator

Dioden

Transistoren:

Stiftleiste (für Leuchtdiodenanschlüsse):

Temperatursensor (NTC):

Jumper, bzw. Drahtbrücken:

Diverses:

Metallgehäuse oder Kühlkörper für T1 und T2 (isoliert montieren!),
eventuell Umschalter für verschiedene Akkuspannungen (R1)

Die qualitativ hochwertige Platine kann leicht und schnell bestückt werden und ist mit einem Voltmeter in wenigen Minuten abgeglichen. Der Wert des Widerstandes R1 ist entsprechend der Anzahl der zu ladenden Zellen zu wählen.

Sollen verschiedene Akkus geladen werden, kann ein für R1 ein einfacher Umschalter eingebaut werden.

R1 = AnzahlZellen x 300

z.B. bei 7.2V: 6 x 300 = 1k8

oder bei 12V: 10 x 300 = 3k

Eine ausführliche Beschreibung liegt der Platine bei, folgende Einstellungen sind jedoch zu beachten:

Ladestrom:

Manche Akkupacks haben intern eine relativ schlechte Verdrahtung. Der Ladestrom sollte deshalb nicht zu hoch eingestellt werden, um eine Erwärmung der Verbindungsdrähte zu vermeiden. 2-3 Ampere müßten in der Regel ausreichen, um eine hinreichend schnelle Ladung zu erzielen. Generell sollte der maximale Ladestrom zwischen 1,5 bis 4x der Akkukapazität liegen.

Referenzspannung für den Ladeschluß:

Die vorgeschriebene Normaleinstellung auf 1.480 Volt wird von jedem Akku problemlos vertragen. Viele Akkus können jedoch mit höheren Spannungen bis zu 1.525 Volt geladen werden. Ist die Ladeschlußspannung für den verwendeten Akkutyp zu niedrig, schaltet der ECS-Chip zu früh auf Erhaltungsladung um. Ist die Spannung zu hoch, erwärmt sich der Akku beim Laden übermäßig stark.

Ein frühzeitiger Übergang in den Erhaltungsladungsmodus bewirkt, daß der Akku noch nicht zu 100% geladen ist. Dieser Nachteil wirkt sich nur dann aus, wenn der Akku sofort nach der Aufleuchten der Leuchtdiode für "Fertig" vom Ladegerät getrennt wird. Bleibt der Akku während der Erhaltungsladung noch für 2-3 Stunden am Ladegerät angeschlossen, ist er nach dieser Zeit durch den Erhaltungsladestrom in jedem Fall vollgeladen.

Um optimale Volladung sofort nach dem Übergang in die Erhaltungsladung zu erreichen, muß die Referenzspannung an den jeweiligen Akku angepaßt werden. Dabei empfiehlt es sich, die Spannung in geringen Schritten zu steigern, bis eine Erwärmung festgestellt wird und dannach die Spannung wieder geringfügig zu reduzieren.

Versorgungsspannung:

Zur Versorgung des Ladegerätes muß ein stabilisiertes Netzgerät entsprechend der gewünschten Ladespannung und des zu verwendenden Ladestroms zur Verfügung stehen. Die Versorgungspannung für den Print und die Ladespannung sind auf getrennte Eingänge (mit gemeinsamer Masse) der Platine geführt. Wenn die zur Verfügung stehende Spannung relativ brummfrei ist, kann diese sowohl zur Versorgung, als auch als Ladestromquelle verwendet werden. In diesem Fall ist praktischerweise nur ein 2-adriges Anschlußkabel notwendig. Bei der Wahl der Versorgungsspannung muß gewährleistet sein, daß diese um mindestens ca. 2 Volt über der gewählten Ladespannung des Akkus liegt (z.B. mindestens 9 Volt für 7.2V Akkus), höhere Spannung bis ca. 15 Volt schadet nicht, muß jedoch von den beiden Ausgangstransistoren in Wärme umgewandelt werden (Kühlkörper!).

Akkupacks mit Diode:

Bei manchen Akkupacks ist nach der Buchse für den Anschluß des Ladegerätes, bzw. den Klemmen für den Standlader, in den Ladestromkreis eine Diode eingebaut, die eine Beschädigung durch Verpolung verhindern soll (z.B. Kenwood PB-6). Da aber der ECS-Chip in den Impulspausen die Klemmenspannung des Akkus mißt um die Ladung zu steuern, sind diese Eingänge für die Ladung mit ECS ungeeignet.

Die Überprüfung, ob eine Diode im Ladekreis eingebaut ist, wird durch Messen der Spannung an der Buchse durchgeführt. Kann bei einem geladenen Akku keine Spannung an dieser Buchse gemessen werden, so ist dieser Eingang ungeeignet. Es müssen dann die Klemmen verwendet werden, die auch dem Funkgerät zur Versorgung dienen.

Beispiel für den Aufbau eines Standladegerätes mit Metallgehäuse:

Bei mir hat sich der Einbau der Platine in ein Metallgehäuse bestens bewährt (siehe Foto), welches einerseits genügend Kühlung für die an der Rückseite angeschraubten Transistoren bietet und gleichzeitig über ausreichende mechanische Stabilität verfügt um die Halterung meines Alinco Akkupacks zu tragen.

Der Ladesockel des Alinco DJ-580 Laders läßt sich durch Lösen zweier Schrauben leicht zerlegen, um an die auf der darin befindlichen Platine eingelöteten Ladeklemmen zu kommen. Der eingebaute Vorwiderstand ist dabei unbedingt zu überbrücken, bzw. sind die Drähte direkt an der Klemme anzulöten !

Selbstbau für Alinco DJ-580

Bezugsquellen:

Fertiggeräte sind bei der Fa. Lytron in A-1160 Wien, Ottakringerstraße 51, Tel. 406 91 33 erhältlich. (http://www.lytron.at)

Eine Dokumentation über den Mega-ECS-Lader des ”praktiker”-Verlages kann direkt beim Verlag in der Apollogasse 22, A-1070 Wien, Tel. 01 / 526 46 68 für den Preis von 40,- ÖS bestellt werden.(http://www.praktiker.at)

Die Basisplatine ECS 2011 kann unter anderem bei der Fa. Radiobastler in Wien 12, Krichbaumgasse 25 gekauft werden.

Mein besonderer Dank gebührt Herrn Felix Wessely vom praktiver Verlag für die freundliche Erlaubnis, Teile des Inhaltes seiner in der Zeitschrift ´praktiker´ veröffentlichten Bauanleitungen für diesen Artikel zu verwenden.

Viel Spaß beim Nachbau !

vy 73 de Andreas Kriechhammer
OE3ARC @ OE1XAB.AUT.EU

FAQ:

Question:

Von: WECHSELBERGER Max[SMTP:M.WECHSELBERGER@tirol.gv.at]

Gesendet: Samstag, 03. Jänner 1998 18:23

An: 'andy@kri.vienna.at'

Betreff: ECS - Ladegerät

Ich habe ein Lytron - Ladegrät schon einige Zeit zur vollsten Zufriedenheit in Verwendung.

Für das Laden des Handy - Akkus suche ich noch was Vernünftiges. Daher die Frage: Kann man Lithiumionen - Akkus auch mit dem ECS - System laden? Wenn ja, wie muß es eingestellt werden, was ist zu beachten.

MfG und bestem Dank für die Antwort

Max Wechselberger

m.wechselberger@tirol.gv.at

Answer:

From Lotus Notes user: Michael 1 Zwingl

Das ECS Ladegerät ist auf Stellung BLEIAKKU zu stellen und die Zellenanzahl auf DOPPELT SOVIELE ZELLEN einzustellen, da die LiIonen Akkus ca 4,4Volt Zellenspannung haben..

Diese Info findet sich auch bei der Beschreibung der ECS-Herzplatine die zB. über Firma NEUHOLD in Graz vertrieben wird.

Mit freundlichen Grüßen

oe3mzc@qsl.net

This page was last updated on: 06.07.2002