Mikromodelle

 
 
Einfache Ladeschaltung für Lithium-Polymer-Zellen

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  Für den Antrieb von Mikromodellen werden häufig Lithium-Polymer-Akkus (auch LiPoly oder LiPo genannt) verwendet, da sie eine hohe Energiedichte aufweisen.
Wie auch bei anderen Typen von Akkumulatoren sollte die Ladung von LiPolys im Sinne einer langen Lebensdauer nur mit einem geeigneten Ladegerät nach einem speziellen Verfahren erfolgen. Im Internet sind dazu zahlreiche Schaltungsvorschläge zu finden, wobei die Palette von " ziemlich einfach" bis "ziemlich kompliziert" reicht.

Mit der Kenntnis und Beachtung einiger charakteristischer Werte können aber auch eigene brauchbare Schaltungen entworfen werden, wie z. B. im vorliegenden Fall zur Ladung einer einzigen Zelle. Hierbei wurden folgende Werte zugrunde gelegt:


  Zellenspannung (Nennspannung) 3,6V oder 3,7V  
  Ladeschlussspannung 4,2V (sollte nicht überschritten werden)  
  Entladeschlussspannung 2,5V (sollte nicht unterschritten werden)  
  max. Ladestrom C/1h (Akku-Kapazität/1h)  


Je nach Lade- bzw. Entladezustand eines LiPolys muss zudem der Ladestrom angepasst werden:

Solange die Spannung der angeschlossenen Zelle unterhalb der Entladeschlussspannung liegt, sollte nur mit einem geringen Strom vorgeladen werden (ca. 10% des max. Ladestroms). Dieser Fall wird bei der vorliegenden Schaltung jedoch nicht berücksichtigt, da die Elektronik der hier vorgestellten Mikromodelle mit 3,7V ohnehin an Unterspannung betrieben wird und schon lange vor dem Erreichen der Entladeschlussspannung nicht mehr funktioniert.

Ist die Ladeschlussspannung erreicht, so wird bei käuflichen Ladegeräten oftmals ein Akku als voll erkannt, wenn sich ein Strom unterhalb von ca. 10% des max. Ladestroms einstellt. Dieser Wert wird bei der vorliegenden Schaltung zwar nicht gemessen, die Ladeschlussspannung ist jedoch auf 4,2V begrenzt und der Strom sinkt mit zunehmender Spannung automatisch auf kleine Werte ab; der Akku kann praktisch sehr lange an dieser Spannung liegen.


Das Herzstück der hier vorgestellten Schaltung ist der strom- und spannungsprogrammierbare Regler L200. Die Schaltung wird an 12V Gleichspannung betrieben und die Werte der Widerstände sind so gewählt, dass weder der L200 einen Kühlkörper benötigt noch ein anderes Bauteil übermäßig warm wird.


Die Schaltung entspricht grundsätzlich einem Vorschlag aus dem Datenblatt des L200.
Mit den Widerständen R1, R2 und R3 wird ein max. Strom von 150mA eingestellt, und mit den Widerständen R7, R8 und R9 wird die Ausgangsspannung auf 4,2V begrenzt.

Die Kombination aus R4, R5 und der LED dient zur Aufnahme einer Teilspannung von ca. 4V, um den L200 zu entlasten.
Die Dioden 1N4002 sind als Schutz gegen Verpolung und Fehlbedienung vorgesehen.
Einfache Ladeschaltung für eine LiPoly-Zelle
Einfache Ladeschaltung für eine LiPoly-Zelle


An diese Schaltung sollten nur LiPolys angeschlossen werden, die nicht tiefentladen sind, also deren Entladeschlussspannung nicht unter 2,5V liegt.
Die Ladung beginnt mit 150mA, was der Akku-Kapazität/1h der hier verwendeten Zellen entspricht.
Mit zunehmender Akku-Spannung sinkt der Strom ab und erreicht bei 4,2V irgendwann einen Wert von < 10% des max. Stroms. Die Ladung wird mit der LED angezeigt, sie erlischt aber nicht mit zunehmendem Lade-Zustand, sondern wird nur deutlich dunkler.

Mit weiteren Bauteilen kann die Schaltung natürlich auch komfortabler gestaltet bzw. mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet werden. Dies war hier jedoch nicht das Ziel, sondern die Realisierung einer einfachen, aber brauchbaren Ladeschaltung für LiPoly-Zellen, die z. B. auf einer Lochraster-Leiterplatte schnell zusammengelötet werden kann.


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