2012-12-30

Akkupack im Selbstbau

Obwohl Akkus eine Nennspannung von ca. 1.2V im Vergleich zu den 1,5V einer herkömmlichen Batterie haben, sollte man sie nicht unterschätzen. Akkus können sehr hohe Entladeströme bzw. Kurzschlussströme liefern und dabei sehr heiss werden.
Beim Akku-Pack von Fischertechnik wird explizit damit geworben, dass er eine Kurzschlusssicherung enthält. Sehr beruhigend - wir alle haben ja schon mal von explodierten Handies oder fehlerhaften Laptop-Akkus gehört und die Gefahren, die ein Akku-Pack anrichten kann.

Zunächst ein kleiner Vorgriff auf das Ziel meiner heutigen Bastelarbeit - ein Akku-Pack
im Selbstbau mit einzeln ladbaren Zellen.

7 NiMH Zellen (Grösse AA) haben im Batteriehalter ziemlich genau die Grösse des Akku-Packs von Fischertechnik. Neben den nominalen 8,4V kann man durch die Verwendung von stärkeren Zellen (hier 2700 mAh) sogar noch etwas mehr Kapazität verbauen.

Wie man in der Abbildung sehen kann, habe ich den Platz für die 8. Batterie im Batteriehalter für eine kleine Schaltung genutzt, die mit Heisskleber befestigt ist.

Neben den zwei Buchsen (+ und - Anschlüsse) sind hier noch zwei PTC Elemente parallel zueinander geschaltet.

PTCs sind rückstellende Sicherungen, die es in verscheidenen Ausführungen gibt. Wenn der Stromfluss einen gegebenen Wert (I_hold) übersteigt, wird die Sicherung ausgelöst. Die Komponente erwärmt sich und erhöht dabei ihren Widerstand und dämmt so den Stromfluss fast vollständig ein. Dies geschieht innerhalb von wenigen Sekunden.

Die von mir verwendeten PTCs stammen von Reichelt ("PFRA 050") und haben folgende Werte:

Ihold: 0,50 A
Itrip: 1,00 A
Tripzeit: 4,0 s


Ich hatte auch noch den "PFRA 025" und den "PFRA 075" ins Auge gefasst. Letztlich möchte man ja verhindern, dass ein Kabel oder eine Schaltung durchschmort, daher will man eine möglichst schnell reagierende Sicherung. Daher habe ich etwas herumprobiert.

Die Werte habe ich in der Praxis durch eine Vergleichsmessung überprüft (Jeweils nur eine einzelne Messreihe, ich wollte ja den Akku nicht quälen).
Das Multimeter hängt (via USB) an einem COM-Port des PCs und zeichnet die Messwerte auf. Das Messgerät ist auf 20A eingestellt. Ich habe einmal den Kurzschlussstrom am Fischertechnik Akku-Pack gemessen und einmal den Selbstbau (die Messungen mit den alternativen Bauteilen habe ich nicht aufgezeichnet)


Der Selbstbau-Akku bietet einen vergleichbaren Schutz an. Nach 3-4 Sekunden riegelt die Schutzschaltung ab und der Stromfluss von mehren Ampere wird auf unter 500 mA begrenzt.

Gelegentlich werde ich die Zellen wohl einzeln Laden, was die Akkus länger leistungsfähig halten sollte, denn die Zellen sind nie gleich "stark". Das Ladegerät sollte sich mit einem Stück Kabel auch an den Selbstbau-Akku anklemmen lassen (ich hab den Abstand der Anschlüsse nicht exakt an den Abmessungen des Ladegerätes ausgerichtet)

Übrigens:
Das Multimeter, mit dem ich die Messreihen erstellt habe, stammt noch aus den frühen 90ern. Die Originalsoftware für DOS hätte ich sogar noch auf einer 5 1/4 Zoll Diskette, nur eben kein Laufwerk mehr zur Hand. Die serielle Schnittstelle des Multimeters liesse sich zwar sehr einfach auslesen (Im Handbuch ist etwas QBASIC Beispielcode), aber glücklicherweise gibt es noch passende Software im Netz, die einem die Arbeit abnimmt:

Links
Innenleben des Originalakkupacks: http://www.ftcommunity.de/categories.php?cat_id=822

1 Kommentar:

  1. Den Hinweis mit der Sicherung finde ich sehr gut und werde mir diese auch holen.

    Für den Akkuhalter gibt es aus meiner Sicht eine noch bessere Alternative: Fischertechnik Teilebox, in welche man "Metal AA Battery Spring Contact Plate" mit Sekundenkleber einklebt. Auf die Art kann man 7 AA-Zellen in die Teilebox einsetzen. Zwei Zwergbuchsen für den Anschluss in den Deckel (oder zwei Bundhülsen mit Epoxydharz im Deckel verklebt) und man hat einen FT-Akku, der exakt die Originalabmessungen hat und mit dem original Ladegerät geladen werden kann.
    Diese Spring Plates gibts in zwei Varianten, Feder+Kontakt auf einer Metallplatte und getrennte Metallplatten für Feder(-) und (+)Kontakt. Von ersterer Sorte braucht man 5, von zweiter Sorte 2 Paar. Ein Päckchen mit 30 Stück/Paar kostet ca. 4€, also ca. 8€ für beide Sorten zusammen - ausreichend für 6 Selbstbaupacks. Die Teilebox (Kassette) kostet 59 Cent in grau bzw. 1,15 in rot (wie der original Akkupack) plus 1,10 für den transparenten Deckel bei fischerfriendsman. Roten Deckel gibts leider nicht einzeln.

    Der Selbstbau (egal welche Variante) lohnt sich vor allem mit den IKEA Ladda 2450, deren Daten den Eneloop pro entsprechen. Anders als der FT-Akku ist der Selbstbau damit besser lagerfähig (Akkus mit geringer Selbstentladung, "Ready to use"), hat eine mehr als 50% höhere Kapazität und eine bessere Entladekurve.
    Zum Laden nutze ich bei den Einzelzellen das ELV BC 700. Bis auf die Gehäusebeschriftung ist dies das Technoline BC 700, kostet aber momentan weniger als 25€. Ich habe mir gleich zwei Stück geleistet. Man kann die Kapazität der Akkus messen und auch Refresh durchführen. Hat man mehrere solche Selbstbauakkupacks, kann man anhand der Meßergebnisse auch die best zusammenpassenden Zellen nehmen (das Pack ist nur so gut, wie die schlechteste Zelle)

    Man kann auch das FT-Ladegerät nehmen, und z.B. jedes 10.Mal einen Entlade-Lade-Zyklus im BC 700 machen, jedes 30.-Mal einen Refresh. Es empfiehlt sich, Akkus und Akkupacks zu nummerieren und Buch über Ladevorgänge und gemessene Kapazitäten zu führen.

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