Spannungsgeteuerter Ladeunterbrecher

Die "halbautomatische" Ladeunterbrechung:

Bei 35 Zellen in Serie muß die Ladeendspannung zwischen 51V (bei 45°C Batterietemperatur) und 56V bei Wartungsladung einstellbar sein. (siehe Diagramm "Ladespannung 35 Zellen NiCd")

Im Schaltplan ist noch die Abschaltung des Eltrans-Laders zu sehen. Das funktionierte so: Relais 2 des Ladeunterbrechers verband beim Anziehen Anschluß J7/8 an der Ladeplatine des El mit dem Schlüsselschalter ("Zündschloß"). War dieser ausgeschaltet und der Netzstecker eingesteckt, begann das Ladegerät zu arbeiten. Fiel das Relais ab bekam Anschluß J7/8 an der Ladeplatine Batteriespannung: Das Ladegerät schaltete ab (Das ist so als ob man den Zündschlüssel gedreht hätte).

Nachträglich wurde zur gezeigten Schaltung ein (Halbleiter-)Relais hinzugefügt, das direkt auf der Netzseite unterbricht und das Ganze samt eigener 12V-Versorgung und einer Steckdose in das Gehäuse eines defekten Computernetzteils gebaut. Damit ist es nun für alle Ladegeräte verwendbar.
Achtung hierbei wird auf der Netzseite geschaltet. 220V sind lebensgefährlich!!!
Derartige Konstruktionen müssen wenigsten von einer Person kontrolliert werden die Kenntnisse als Elektriker besitzt!

Fa. Conrad Elektronik bietet einen "Fensterdiskriminator"-Bausatz an der sich passend ändern läßt:

Es werden benötigt:

1St. "Fensterdiskriminator-Schaltung" (Conrad 199630)

1 St. Relais 12v, 2x Um

1 St. Taster (Schließer)

1 St. Poti 4,7kOhm, linear

1 St. Widerstand 27kOhm

zusätzlich zur Siebung der Eingangsspannung (nicht eingezeichnet):

1 St. Widerstand (Wert: ~100 Ohm)

1 St. Elko U=>60V (Kapazität ziemlich egal)

Der geänderte Schaltplan des Conrad-Bausatzes:

(Änderungen sind rot markiert)

Modifizierter Schaltplan Fensterdiskriminator

Die Änderungen:

Durch den Austausch des Widerstandes R1 gegen 27kOhm wird der Spannungsbereich von maximal 20V auf ~56V angehoben.
Das zusätzliche Poti P3 wird zwischen Masse und den negativen Anschluß von P1 gelegt. (Dazu muß eine Leiterbahn unterbrochen werden.) Mit diesem Poti wird im Betrieb die benötigte Ladeschlußspannung eingestellt. Die nicht benötigten Anschlußklemmen für das "außerhalb"-Relais wurden als Anschluß benutzt.
Als Relais 2 am Ausgang "unterhalb" wird ein Typ mit zwei Umschaltkontakten verwendet, von denen einer als Selbsthaltekontakt dient, während der andere den eigentlichen "Ladeunterbrecher" bildet. (Achtung: Im Schaltplan ist noch die alte Version für den direkten Anschluß an der 12V-Elektrik des Originalladegerätes gezeigt) Die Selbsthalteschleife wird über den Öffner von Relais 1 am Ausgang "oberhalb" geführt.
Zusätzlich wird der Transistor T3 mit einem Taster (Ta1) überbrückt. Dafür wurden die nicht benötigten Anschlußklemmen für das "innerhalb"-Relais benutzt.

Die Platine wird wie folgt im El angeschlossen:

Bordnetz-Minus (Masse) wird an - Ub und/oder - Ui (=verbunden) angeschlossen.

+ Batterie kommt über den nicht eingezeichneten Siebwiderstand von ~100 Ohm an + Ui, hi, zusätzlich wird hier ein Elko mit >60V Spannungsfestigkeit gegen Minus geschaltet.

+ 12V kommt an + Ub (Versorgungsspannung)

Die Leuchtdioden LD1 ("außerhalb") und LD3 ("innerhalb") sowie deren Steuertransistoren und Vorwiderstände können wegfallen.

Die Versorgungsspannung aus dem 12V-Netz des El zu entnehmen hat entscheidende Sicherheitsvorteile:
1. Man kann nicht aus Versehen ein Ladegerät ohne Batterie am El starten, weil ja keine 12V da sind. Bei Leerlaufspannungen des Laders >60V würde das zum sofortigen Tod mehrere Elektronikplatinen führen!
2. NC-Zellen haben bei Tiefentladung einen sehr niedrigen Innenwiederstand: Das gefährdet manche Ladegeräte durch Kurzschluß!

Der Nachteil: Unter 22V Batteriespannung lädt es nicht mehr.

Die Funktion der geänderten Schaltung:

Liegt die Batteriespannung unterhalb des unteren Grenzwertes (eingestellt auf ca. 46,5V) zieht Relais 2 an, und geht in Selbsthaltung: Das Ladegerät startet. Durch die nun steigende Spannung würde Relais 2 sofort wieder abfallen, da der Ausgang "unterhalb" ab- und dafür "innerhalb" eingeschaltet wird. Die Selbsthalteschleife verhindert das und die Ladung wird fortgesetzt bis die an P3 -je nach Batterietemperatur- vorgewählte Ladeschlußspannung erreicht ist. Dadurch geht der Ausgang "oberhalb" an, Relais 1 zieht an und unterbricht die Selbsthaltung von Relais 2.

Da die Batteriespannung durch Selbstentladung und den ständigen Betrieb des 12V-Wandlers absinkt, wird irgendwann der untere Einschaltpunkt unterschritten, so daß der Kreislauf von vorne beginnt.
Mit dem Taster Ta1 (er läßt Relais 2 anziehen) kann der Ladevorgang zusätzlich "von Hand" gestartet werden, solange sich die Batteriespannung "innerhalb" des Diskriminatorfensters befindet.

Das schien mir nützlich z.B. beim Einjustieren oder wenn der Apparat eine Weile gestanden hat und man vor dem Losfahren die Batterie nochmal richtig vollaufen lassen will. 32AH!!)

Der Abgleich:
Betriebsspannung (12V) anschließen. Eingangsspannung Ui mit Labornetzgerät o.ä. zwischen 46V und 56V variieren.
P1 so einstellen, daß Relais 1 unterhalb von 46,5V anzieht (LD2 leuchtet). P3 an rechten Anschlag (4,7kOhm) drehen und dann P2 so einstellen daß Relais 2 bei 56V (maximale Ladespannung bei Batteriewartung) anzieht (LD4 leuchtet).

Der Einbau:
Das Ganze hatte ich zunächst in ein Kästchen gebaut das bei Conrad-Electronic im Regal lag. Zusätzlich war noch ein Schalter drin, der den Kapazitätsmesser überbrückt, falls der versucht mir den Strom abzuschalten. Das Gerät lag rechts vor dem Sitz, da störte es nicht.
Wichtig sind die Anschlußpunkte: Minus muß am zentralen Fahrzeug-Nullpunkt, d.h. am vorderen Ende des Ladeshunts unter dem Sitz, Plus direkt am Batteriepol abgegriffen werde.

Ich hatte zunächst die faule Tour versucht und die Kabel an den Kühlblechen des Original-Ladegeräts angeschlossen, weil das so schön einfach ging. Beim Erreichen der eingestellten Ladeschlußspannung schaltete aber das "Untebrecherkästchen" nicht sauber ab sondern Relais 1 "ratterte" eine Weile, weil das Ladegerät anscheinend eine "wellige" Spannung abgibt, so daß der Fensterdiskriminator mit ca. 50Hz hin- und herschaltet.

Die Skala von P3 (der Einstellbereich entspricht 51-56V) habe ich nach der weiter oben gezeigten Kurve direkt in °C-Batterietemperatur geeicht.

Das war für mich ein schönes Stück Arbeit! Leider kann man im Browser auf dem kleinen Bildchen nix erkennen. Die Datei hat aber die volle Größe, draufklicken zeigt sie in einem neuen Fenster an.

Der Ladebetrieb:
Der einzige Unterschied zum Originalzustand (36V-Bleibatterie) ist, daß man vor dem Anschließen des Netzsteckers die Batterietemperatur feststellen und das Poti P3 auf den entsprechenden Wert einstellen muß.

Das ist natürlich nicht sehr elegant, aber es funktioniert.

Die Einstellung hat sich als völlig unkritisch erwiesen. Die Akkus nehmen keinen Schaden. Nur die maximal entnehmbare Kapazität und der Elektrolytverlust durch Gasung sind je nach Einstellung unterschiedlich. Am 15.4.07 wurde die maximale Abschaltspannung für den Betrieb mit 36 Zellen auf 58V hochgedreht, um bessere Ausgleichsladungen und mehr Reichweite zu ermöglichen.

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