Experimentelles Ladegerät für’s Car System/1,2V Akkus

car_system_lader_1.2v_artikelbildImmer wieder steh’ ich vor dem Problem, dass in einer größeren Modellbahnausstellung zeitgleich mehrere Car System Fahrzeuge geladen werden müssen. Oft hat man alle Hände voll mit dem Anlagenbetrieb zu tun hat, also sollte das Laden möglichst ohne Aufsicht geschehen und auch von Kollegen durchgeführt werden können, die mit Elektronik nichts am Hut haben :-)

Da meine aktuellen Fahrzeuge alle mit 1.2V NiMh Akkus versehen sind, habe ich mal begonnen, eine Ladevorrichtung zu bauen, die per Stecksystem einfach zu erweitern und zu warten ist. Nebenbei soll die Technik auch genutzt werden können, wenn mal ‘in time’ Ladung auf der Anlage/den Anlagen realisiert wird. Folgendes soll die Elektronik können:

  • Delta U Ladung/Erhaltungsladung/Ladeschlusserkennung
  • Abschaltung bei ungewöhnlich hoher Spannug
  • Erkennung von Kurzschluss oder Verpolung
  • > 200mA Ladestrom, muss eben für Delta U ausreichen.
  • Abschalten bei bestimmter Spannung falls Delta U nicht funktioniert.

Das soweit als Eckdaten, realisiert habe ich das natürlich ( ;-) ) mit einem PIC Mikrocontroller (12F675). Der erste Versuchsaufbau ist fertig, ich stelle einfach mal einige Bilder hier ein, ist für mich eine gute Möglichkeit der Projektdokumentation. Wenn alles Praxistauglichkeit bewiesen (und vor allem die Software für den PIC den ‘Alphastatus’ hinter sich hat), kommt’s natürlich auch hier in den Blog. Überhaupt werde ich die weiteren Baufortschritte hier einfügen. Funktionieren tut das Ganze eigentlich schon, ich habe nur noch keine Erfahrungen im Alltagsbetrieb und bei verschiedenen Akkukapazitäten, das will ich alles erst noch austesten. Gelegentlich schießt auch die Programmierung über das Ziel hinaus, ist eben noch nicht fertig… ;-) Letztendlich ist das Projekt auch ein Experiment, vielleicht kremple ich alles noch einmal um.

Erste Skizze zur Schaltung1.2V Lader für 1.2V Akkus Car System Das 1. Modul! Die Lötseite mit ein paar SMD Bauteilen Das einzelne Modul, eine 2.4V Version usw. werde ich wohl auch noch hinzufügen, ist ja alles per Software zu realisieren :-) Nochmal das komplette System Nach etlichen Tests mit den Einzelplatinen hier mal am Stück...Nach ein wenig herumrechnen und skizzieren habe ich die ersten Module aufgebaut und getestet. Die Hauptplatine besteht eigentlich nur aus der Stromversorgung und der Parallelverdrahtung für die Module bzw. das Stecksystem. Gespeist wird das Ganze mit 12V, diese werden direkt an den Schalttransistor für die Ladung weitergegeben, damit kann ich später auf andere Akkuspannungen bzw. Typen reagieren. Vielleicht kommt ja noch was dazu… Für den Mikrocontroller und den ‘intelligenten’ Teil des Laders wird aus den 12V noch eine 5V Spannung generiert, dies sitzt auch auf der Mutterplatine. In der ersten Versuchsreihe macht die Schaltung folgendes:

  • Spannung auf den Akku geben/messen/Zustandsermittlung
  • Bei 0V oder Überspannung Vorgang wiederholen, ggf. Fehlermeldung mit der roten LED, Check für einige (5?) Sekunden wiederholen.
  • Wenn alles OK ist, weiter laden/messen und mit gelber LED Ladung anzeigen bis Delta U bzw. eine max. Spannung erreicht wird. Mit der Ladeschlussspannung zur Sicherheit hadere ich noch, ist sehr stark abhängig vom Ladestrom & Innenwiderstand der Zelle.
  • Regulierung des Ladestromes durch Puls/Pause
  • Erhaltungsladung

Werden nach/bei der normalen Ladung 0V gemessen, geht das Programm von einem entfernten Akkus aus. Wird ein neuer Akku angeschlossen, beginnt das Spiel von vorne. Dazu wird immer wieder die Spannung am (leeren) Port gemessen. Problem ist hierbei, dass ein evtl. defekter Akku mit 0V dann nicht erkannt wird, eine geringe Spannung muss der Controller messen, um eine neue Ladung zu starten. Bei Umpolung erst recht übel :mrgreen: Wie gesagt, ist noch einiges an Programmierung zu erledigen. Nebenbei funktioniert die Schaltung (bisher) nur, wenn die Ladebuchse im Fahrzeug direkt mit dem Akku verbunden ist. Sollte also im Auto selber noch ein Ladevorwiderstand vorhanden sein, wird er zu Fehlmessungen und damit zum Fehlverhalten der Schaltung führen.

Nebenbei bemerkt:

Für mich ist das Projekt nicht allzu wissenschaftlich! Ich habe aus Not geboren seinerzeit in der MWO mit vielen improvisierten Techniken die Autos am Fahren und Laden gehalten, irgendwie wurden die Akkus immer voll. Ich weiß, dass diese Elektronik in der jetzigen Form schon funktioniert, soll halt vor allem sicher sein. Die Akkus sind ohnehin nicht meine größten Sorgenkinder, Schmutz und mechanischer Verschleiß sind da viel schlimmer. Es existiert übrigens auch noch kein richtiger Stromlaufplan, dazu ändere ich derzeit immer noch zu viel. Wer trotzdem schon Interesse an der Geschichte hat, einfach per Mail melden! Die Skizzen oben stammen aus der Vorbereitungszeit und stellen nicht den aktuellen Aufbaustand dar, bestenfalls bei der Pinbelegung!

Hier noch einige Links zum Thema Akkuladung:

Die größten Irrtümer der Ladetechnik, G. Wiesspeiner 

Wikipedia – Ladeverfahren

BaSyTec – Ladung

Ach ja, Akkus bei Reichelt ;-) (Affiliate) :

GP 1/2AAA Industriezelle, NiMh, 345mAh, Lötfah.


GP 2/3AAA Industriezelle, NiMh, 400mAh, Lötfah.


SANYO Micro Akku, NiMh, 1000mAh,mit Lötfahnen


NiMh-Industriezelle von GP, Lötfahne, 1100mAh


Elektronik & Modellbau: Experiment mit dem PR4402

Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.deIch habe in diesem Artikel eine Schaltung mit dem PR4402 angesprochen, mit der aus einer Akkuspannung von 1,2V die benötigte Spannung für weiße/blaue LEDs von rund 3.1V erzeugt werden kann. Bisher habe ich mich (fast) immer darauf beschränkt, mit diesem Schaltwandler oder Step-up Konverter max. 2 weiße LEDs und einen Mikrocontroller zu versorgen.

Durch Blogleser Heiko ( ;-) ) kam jetzt u. a. die Frage auf, wo wohl die Grenzen der Schaltung liegen, wenn man diese mit mehreren Leuchtdioden betreiben will, die einfach parallel am Ausgang liegen. Da ich dies bisher nicht bis  an’s Limit getrieben habe, ist es nun Zeit für einen (schnellen) Test. Der Fokus liegt hier allerdings NICHT auf der maximalen Helligkeit, sondern mit welcher Anzahl an LEDs die Schaltung noch im Modellbau eingesetzt werden kann. In diesem Bereich hat man oft den Effekt, dass voll ausgereizte Leuchtdioden ohnehin zu hell sind, eher ist Platzmangel das Problem. Also ist man versucht möglichst viele LEDs mit nur einer Schaltung zu versorgen, genau das Ziel dieses Versuchs. Man möge mir den etwas schlampigen Versuchsaufbau verzeihen, soll ja nicht für die Ewigkeit sein ;-)

5V aus PR4402Schema der Wandlerschaltung, folgende Modifikationen bitte berücksichtigen:

L1 =4,7µH, R1 entfernt bzw. überbrückt, Z-Diode D2 entfernt.

Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.deOberseite des Step-Up Wandlers. Da ich die Schaltung öfter einsetze, habe ich vor einiger Zeit einige Platinen fertigen lassen. Leider hab ich im Laufe der Zeit einige Bauteilanpassungen durchführen müssen, die Bestückung ist nun etwas improvisiert :oops:
Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.de

 

 

 

Wenn es eine Oberseite gibt, existiert natürlich auch eine Unterseite :-)

 

 

 

 

Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.de

 

 

Kurze Übersicht über den kompletten Aufbau. Wie gesagt, alles auf die Schnelle zusammengebastelt.

Und wie hier schon zu sehen:

Maximal 8 LEDs sind bei dieser Art des Schaltungsaufbaus möglich. Nummer 9 ist auch noch aufgeleuchtet, allerdings mit deutlicher Reduzierung der Gesamthelligkeit.

Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.de Ich würde sagen, bei 8 LEDs liegt das Limit, wenn man die Schaltung nicht in die Knie zwingen will. Wer auf Nummer Sicher gehen will, sollte bei 6-7 Stück bleiben. Die benutzten Leuchtdioden stammen übrigens aus einem Restpostensortiment, leider habe ich keine genaue Bezeichnung dazu. Bisher habe ich alle Dioden aus dieser Serie aber immer mit 1-20 mA betrieben. Einzig bekannte Daten sind   If=20mA, Uf=3,0V. Standard eben. Ich denke aber, dass sich alle anderen ‘Normal 3V LEDs’ ähnlich verhalten werden.

Zusammengefasste Daten:

  • Anzahl LEDs: 8
  • Stromaufnahme LED Leiste: 88mA
  • Stromaufnahme gesamter Aufbau: 105mA
  • LED Typ unbekannt, If=max. 20mA, Uf = 3,0V (Laut Hersteller)
  • Versorgung gesamter Aufbau: NIMH Akku 1,2V, 345mA/h
  • Leerlaufspannung des Wandlers ohne Last: 18,2V

Sicherlich alles ein wenig improvisiert, für einen groben Überblick sollte es aber ausreichen. Natürlich wird hier der PR4402 absolut jenseits seiner Spezifikationen betrieben, rechnet also auch mal mit negativen Ergebnissen. Auch über die Lebensdauer kann ich nichts sagen, mir liegen bei dieser Beschaltung keinerlei Langzeiterfahrungen vor. Ich lasse den Aufbau allerdings mal in Betrieb, wenn’s Ausfälle gibt, kommt das selbstverständlich in den Blog.

Tipp:

Da Reichelt Elektronik praktischerweise mein Werbepartner
ist, stelle ich einfach mal eine kleine Liste der wichtigsten
Bauteile auf. Bitte betrachtet diese Liste nur als Anregung, welche
Baugrößen Ihr wirklich benötigt, hängt natürlich von dem ab, was
aufgebaut werden soll! Immer GENAU die
Beschreibungen zu den Artikeln lesen, oft sind die Fotos nur symbolisch
Bauteil Preis (Dezember 2012)

PR4402, Wandler IC

0,83€
Induktivität 4,7µH. Andere Induktivität möglich, dann aber weniger max. Ausgangsstrom der Schaltung!

0,43€
BAT42 Schottky Diode, Minimelf

0,09€
Keramikondensator 1µF, SMD 0603

0,07€
Kondensator 100nF, SMD (Bitte auf Baugröße achten!)

0,08€
Affiliate Links!

Die Bauteile an sich sind nicht kritisch. Lediglich der PR4402 muss
natürlich eben dieser sein, andere Induktivitäten können den maximal
verfügbaren Ausgangsstrom der Schaltung reduzieren, siehe auch Datenblatt
zum PR4402
. Wenn man keine Platzprobleme hat, ist natürlich auch keine
SMD Technik notwendig. Ich habe diese Schaltung und diverse Modifikationen schon
mit allen möglichen Restmaterialien aufgebaut, fliegend und auch auf
Lochraster. Lediglich der Ausgangskondensator sollte 1µF nicht übersteigen,
sonst kann die Schaltung Probleme mit dem Anschwingen bekommen. Die Leiterbahnen
so kurz wir möglich halten und nach Möglichkeit auf einen zentralen Massepunkt
achten.

 

 

Bilder zum Bahnbus

In diesem Artikel hatte ich ja kurz den Bahnbus erwähnt, der schon so einige Betriebsstunden mit dem experimentellen Antrieb hinter sich hat. Da ich gerade ein paar Fotos von dem Fahrzeug gefunden habe, muss ich sie natürlich archivieren :-) Hier hat er allerdings schon so einige Belastungen auf dem Buckel. An der vorderen Stoßstange sind übrigens auch die IR Transistoren der IrDiS Steuerung zu erkennen.

1:87 Bus mit IrDiS und experimentellem Antrieb - www.michael-floessel.de

1:87 Bus mit IrDiS und experimentellem Antrieb - www.michael-floessel.de

Phototranistoren endlich fest

So, die drei infrarotempfindlichen Transistoren sind nun auch endlich fest. Irgendwie hat das überirdisch lang gedauert..!? (Heißt das denn nun Photo oder Foto?) Ach, ich habe mich so an Photo gewöhnt :-D

Bei den Innenansichten kann man natürlich sehen, wo der Kupferlackdraht durchgeführt ist. Ich werde diesen wahrscheinlich noch im Führerhaus auf eine kleine Platine setzen, dann brauche ich nur zwei Drähte durch das Fahrzeug zur Steuerung verlegen. Immerhin kommen da noch vier Leitungen für das Licht hinzu. Evtl. Kann ich die (+) Leitung aber gleich parallel verwenden, das wird sich später zeigen.

 

So zwischendurch…

1:87 Umbau Iveco Magirus 5t - www.michael-floessel.de… war dann doch Zeit, wenigstens noch die Rückleuchten am Magirus anzubringen.

 

 

 

Einfach wieder ein paar kommentierte Fotos:

Und noch der dritte

Fototransistor Einbau - www.michael-floessel.deSo, der mittlere Transistor ist nun auch platziert, der Kleber hat jetzt reichlich Zeit zum Trocknen. Im nächsten Schritt (aber nicht mehr heute), werden die Scheinwerfer eingesetzt.

Die ersten beiden IR Transistoren

Fototransistor Einbau - www.michael-floessel.de

 

So, die äußeren IR Transistoren sind montiert, also mal wieder auf den Kleber warten. Soviel zum Thema Sekundenkleber. Es gibt Aktivatorspray, ich weiß, aber ich habe keines da…

Der 3. Phototransistor

1:87 Umbau Iveco Magirus 5t - www.michael-floessel.de

Ich schreibe immer IR-LED… Das ist natürlich falsch, es ist immer noch ein Fototransistor, welcher im IR Bereich arebitet. Typ PT15-21B/TR8 ;-)

Jedenfalls, wenn man drei davon montieren möchte, muss man auch mindestens so viele vorbereiten. Also noch schnell den letzten bedrahten.

 

Fototransistor Einbau - www.michael-floessel.deFototransistor Einbau - www.michael-floessel.de

Vorbereitungen des Führerhauses für den LED Einbau

1:87 Umbau Iveco Magirus 5t - www.michael-floessel.deIch hatte mit dem kurzen Einwurf zum ‘auf den Kleber warten’ vorhin etwas vorgegriffen. Ehe ich mit dem kleben der Dioden losgelegt habe, wollte ich die Fahrerkabine soweit zerlegen, wie es irgendwie geht. Da hier nicht viel zu kommentieren ist, habe ich einfach ein paar Fotos zur Dokumentation aufgenommen.

 

Weiterlesen