ALC 5000 Mobile Akku-Lade-Center Teil 1/6
Aus ELVjournal
04/2006
0 Kommentare
Technische Daten
| Ladetechnik | |
| Anzahl unabhängiger Ladekanäle | 2 |
| Max. Ladestrom (zellenzahlabhängig) | 10 A (Kanal 1), 2 A (Kanal 2) |
| Max. Entladestrom (zellenzahlabhängig) | 20 A (Kanal 1), 2 A (Kanal 2) |
| Max. Ladespannung | 30 V (Kanal 1) (20 Zellen NiCd bzw. NiMH, 7 Zellen Li-Ion bzw. LiPo, 12 Zellen Pb), bis UB – 2 V (Kanal 2) |
| Unterstützte Akku-Technologien | NiCd, NiMH, Pb-Gel, Pb-Säure, Li-Ion, LiPo |
| Negative Spannungsdifferenz (-ΔU) | unterschiedlich konfigurierbar für NiCd und NiMH |
| NiCd/NiMH | |
| Max. Akku-Spannung (Not-Abschaltung) | 1,80 V/Zelle |
| Entladeschluss-Spannung | 0,8 bis 1,1 V/Zelle (einstellbar) |
| Blei | |
| Ladespannung | 2,25 bis 2,50 V/Zelle (einstellbar) |
| Ladeschlusserkennung | I ≤ C/120 |
| Erhaltungsladung | 2,20 bis 2,28 V/Zelle (einstellbar) |
| Entladeschluss-Spannung | 1,70 bis 2,00 V/Zelle (einstellbar) |
| Lithium-Ionen | |
| Ladespannung | 3,9 bis 4,1 V/Zelle (einstellbar) |
| Auffüll-Ladung | 3,85 bis 4,05 V (einstellbar) |
| Entladeschluss-Spannung | 2,7 bis 3,1 V/Zelle (einstellbar) |
| Lithium-Polymer | |
| Ladespannung | 4,0 bis 4,2 V/Zelle (einstellbar) |
| Auffüll-Ladung | 3,95 bis 4,15 V (einstellbar) |
| Entladeschluss-Spannung | 2,7 bis 3,2 V/Zelle (einstellbar) |
| Temperaturüberwachung | |
| Akku | Anschlussmöglichkeit für externen Temperatursensor (Kanal 1) |
| Allgemein | |
| Transponder-Leseeinheit | optional anschließbar über Western-Modularbuchse |
| PC-Schnittstelle | USB 1.1 |
| RIM-Funktion | Anschluss für Vierleiter-Messkabel |
| Blei-Akku-Aktivator | Kanal 1 |
| Buzzer/Echtzeituhr | intern |
| Motortester-Funktion | 1 bis 8 V |
| Wärmeabfuhr | integriertes temperaturgeregeltes Kühlkörper-Lüfteraggregat |
| Spannungsversorgung | 10 bis 16 VDC |
| Tief-Entladeschutz für den Kfz-Akku | Grenze einstellbar (10,0 bis 12,2 V) |
| Abmessungen (B x H x T) | 303 x 95 x 155 mm |
Das
neue Top-Ladegerät ALC 5000 Mobile ist speziell für den mobilen Einsatz
im Modellbaubereich konzipiert, unterstützt alle aktuellen
Akku-Technologien (NiCd, NiMH, Li-Ion, LiPo, Pb) und bietet
Leistungsmerkmale, die kaum bei einem anderen mobilen Ladegerät zu
finden sind. Flash-Speichertechnologie, bis zu 10-A-Ladestrom, bis zu
20-A-Entladestrom, umfangreiche Bearbeitungsprogramme und ein stabiles
Metallgehäuse setzen Maßstäbe.Allgemeines
Für
mobile Geräte und insbesondere im Modellbaubereich sind Akkus und
Akku-Packs eine Grundvoraussetzung. Um z. B. auf dem Modellflugplatz die
Akkus aus einem 12-V-Kfz-Akku zu laden, ist eine leistungsfähige mobile
Ladestation erforderlich. Das Konzept einer entsprechenden Ladestation
sollte über ein komfortables Akku-Management verfügen, alle gängigen
Akku-Technologien unterstützen und zukunftssicher sein. Ladestationen,
die nur Nickel-Cadmium- (NiCd) und Nickel-Metall- Hybrid (NiMH)-Akkus
unterstützen, sind nicht mehr zeitgemäß, da sich gerade im Akku-Bereich
in den letzten Jahren ein rasanter Wandel vollzogen hat. Auch wenn man
selber noch NiCd- und NiMH-Zellen einsetzen sollte, geht der Trend
eindeutig mehr und mehr zu den Lithium-Polymer-Zellen. Beim Kauf einer
Ladestation spielt also die Zukunftssicherheit eine nicht zu
unterschätzende Rolle. Heute kann niemand sagen, welche Akkus in wenigen
Jahren den Modellbaumarkt beherrschen. Beim ALC 5000 Mobile kann daher
die komplette Steuersoftware (Firmware) dank Flash-Speichertechnologie
jederzeit über die USB-Schnittstelle des Gerätes ausgetauscht werden.
Updates und Upgrades sind somit kein Problem, und die Anpassung an neue
Akku-Technologien ist jederzeit leicht möglich. Das ALC 5000 Mobile
verfügt über zwei getrennte Ladekanäle, wobei Kanal 1 Ladespannungen bis
zu 30 V (7-zellige Lithium-Polymer-Akkus) unterstützt. Ein moderner
DC-DC-Wandler erlaubt Akku-Spannungen unterhalb oder oberhalb der
Betriebsspannung des Gerätes und sorgt zudem für einen hohen
Wirkungsgrad. Der Schaltregler ermöglicht die Umschaltung der Funktion
von Abwärts- zum Aufwärtswandler automatisch und verzugslos. Der max.
Ladestrom für diesen Kanal ist abhängig von der Ladespannung und kann
max. 10 A betragen. Bei Spannungen oberhalb von 12 V ist die
Ausgangsleistung von Kanal 1 auf 120 VA begrenzt. Im Entladezweig
erlaubt Kanal 1 Entladeströme bis zu 20 A, wobei die max.
Entladeleistung des Kühlkörper-Lüfteraggregats 80 VA beträgt. Der zweite
Ladekanal ist mit einem Linearregler aufgebaut, wobei die Ladespannung
auf die Eingangsspannung des Gerätes begrenzt ist. Die max.
Lade-/Entladeströme dieses Kanals betragen 2 A.Das
ALC 5000 Mobile ist nicht nur für den mobilen Einsatz konzipiert,
sondern kann mit einem geeigneten Netzteil auch als vollwertige
Heim-Ladestation eingesetzt werden. Das Gerät basiert daher auf dem
Grundkonzept und der Bedienung des bewährten ALC 8500 Expert. Zusätzlich
zu den umfangreichen Funktionen des ALC 8500 Expert wurde eine ganze
Reihe an Erweiterungen vorgenommen und wurden komplett neue Funk tionen
realisiert. Die Nutzung der umfangreichen Funktionen und Programmabläufe
wird durch ein großes hinterleuchtetes Grafik-Display und eine
komfortable Bedienung mit einem Drehimpulsgeber und Menüführung
erleichtert. Unterstützt werden alle wichtigen Akku-Technologien wie
Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metall-Hybrid (NiMH), Blei-Gel,
Blei-Säure, Lithium-Ionen (Li-Ion) und Lithium-Polymer (LiPo). Natürlich
können beim ALC 5000 Mobile beide Ladekanäle gleichzeitig völlig
unterschiedliche Funktionen ausführen. Die Ladeparameter von einzelnen
Akku- Sätzen können in einer Akku-Datenbank abgelegt werden und stehen
dann jederzeit wieder zur Verfügung. Bei bereits erfassten Akkus bzw.
Akku-Packs sind keine umfangreichen Eingaben erforderlich, da auf die
Daten der Datenbank zurückgegriffen werden kann. Insgesamt können die
Parameter von bis zu 40 Akkus mittels Namen abgelegt werden. Jeder Name
kann dabei bis zu 9 Zeichen enthalten. Noch
komfortabler ist die Akku-Auswahl mit der optionalen
Transponder-Leseeinheit möglich. Einfach zur Erfassung die Leseeinheit
in die Nähe des am Akku angebrachten Transponders (1–3 cm) bringen, und
der Akku ist identifiziert. Mit einem integrierten Datenlogger können
beim ALC 5000 Mobile komplette Lade-Entlade-Kurvenverläufe mit Uhrzeit
und Datum aufgezeichnet werden, wobei auch die zugeordneten Akku-Daten
zur Verfügung stehen. Neben Datum und Uhrzeit gehören zu jedem Datensatz
die Funktion, die Akku- Nummer aus der Datenbank, der Akku-Typ, die
Zellenzahl, die Nennkapazität, der Ladestrom, der Entladestrom, der
Formatierstrom und die Pausenzeit zwischen Laden und Entladen. Mit dem
Datenlogger ist auch die Speicherung von mehreren Bearbeitungsvorgängen
möglich. Das Auslesen des Datenloggers erfolgt über die
USB-Schnittstelle des Gerätes, wobei über die Schnittstelle auch die
Steuerung aller Funktionen möglich ist. Mit einem PC und der Software
Charge Professional kann jederzeit eine Aufbereitung und
Weiterverarbeitung der gesammelten Daten erfolgen. Da es sich beim ALC
5000 Mobile nicht nur um ein Ladegerät für den mobilen Einsatz handelt,
sind auch alle Funktionen vorhanden, die zu einer optimalen Akku- Pflege
erforderlich sind. Die bereits beim ALC 8500 Expert zur Verfügung
stehenden Möglichkeiten und Funktionen wurden noch wesentlich erweitert.
Eine Funktion die bereits beim ALC 8500 Expert realisiert wurde, ist
die Messung des Akku-Innenwiderstandes. Wenn es um die
Qualitätsbeurteilung von Akkus und Batterien geht, ist die Spannungslage
unter Lastbedingungen ein wichtiges Kriterium. Für eine hohe
Spannungslage unter Lastbedingungen ist daher ein möglichst geringer
Akku-Innenwiderstand erforderlich. Eine
weitere vom ALC 8500 Expert über nommene Funktion ist die integrierte
Blei-Akku-Aktivator-Funktion, die zur Verhinderung von kristallisierten
Sulfat- Ablagerungen an den Bleiplatten dient. Kristallisierte
Sulfat-Ablagerungen entstehen besonders bei Blei-Akkus, die über längere
Zeit gelagert, nur selten genutzt oder mit geringen Strömen entladen
werden. Die Lebensdauer dieser Akkus kann durch die Aktivator-Funktion
erheblich verlängert werden. Auf dem hinterleuchteten Display werden die
Akkuspannung, der Entlade-/ Ladestrom, die Kapazität (entnommene oder
eingeladene), die aktuell durchgeführte Aktion, der Akku-Innenwiderstand
sowie Status und Fehlermeldungen angezeigt. Unterschiedliche
Lade-/Entladeprogramme wie Laden, Entladen, Entladen/ Laden, Test,
Zyklen, Auffrischen, Warten, Formatieren und Erhaltungsladung zeigen,
dass das Gerät weit mehr kann, als es bei einem reinen Ladegerät für den
mobilen Einsatz erforderlich ist. Umfangreiche
Konfigurationsmöglichkeiten erlauben die Anpassung an die eigenen Akkus.
So können z. B. die -ΔUSchwelle für NiCd- und NiMH-Akkus, die
Ladeschluss-Spannung für Lithium- und Blei-Zellen und alle
Entladeschluss-Spannungen in einem sicheren Bereich angepasst werden.
Gegenüber dem ALC 8500 Expert wurden die Konfigurationsmöglichkeiten
noch deutlich erweitert. Die aktuelle Spannung des speisenden Kfz-Akkus
wird natürlich angezeigt und eine Tiefenentladung des Speiseakkus
verhindert. Eine
weitere Besonderheit ist beim ALC 5000 Mobile die integrierte
Echtzeituhr, die mit einem Lithium-Akku gestützt wird und somit auch
ohne Speiseakku arbeitet. Alle Speichervorgänge im Datenlogger erfolgen
mit Datum und Uhrzeit. Für den Test und das Einlaufen von Elektromotoren
steht eine Motortester-Funktion zur Verfügung. Bei max. zulässigem
Strom (10 A) kann die Spannung mit dem Inkrementalgeber zwischen 1 V und
8 V variiert werden. Ein absolutes Highlight im Bereich der Bedienung
ist das Akku-Ident-System. Die Daten des zu bearbeitenden Akkus müssen
nicht mehr eingegeben oder aus der Datenbank gesucht werden, sondern die
Identifikation erfolgt berührungslos mit Hilfe von kleinen
Passiv-Transponder- Chips, die direkt am Akku bzw. Akku-Pack angebracht
werden. Da die vorgesehenen Transponder bei einem Durchmesser von 20 mm
nur 0,5 mm dick sind, können diese leicht an einem Akku oder Akku-Pack
angeklebt werden. Das Gewicht von nur 0,8 g ist dabei vernachlässigbar.
Für eine Super-Schnellladefunktion ist am ALC 5000 Mobile ein externer
Temperatursensor anzuschließen, der an dem zu ladenden Akku befestigt
wird. In Verbindung mit dem Temperatursensor besteht auch die
Möglichkeit, extern einen Akku- Kühlventilator anzusteuern. Dieser sorgt
dann für die erforderliche Luftkonvektion im Bereich des Akkus. In
Verbindung mit einer externen Zusatzhardware (Balancer mit
Statusausgang) kann die Zellenspannung jeder einzelnen Zelle bei
mehrzelligen Lithium-Akkus überwacht werden. Sobald eine Zelle den
zulässigen Grenzwert überschreitet, kann der Ladestrom automatisch
verringert werden, eine Pause zum „Balancieren“ der Zellen eingefügt
werden oder der Lade vorgang mit einer entsprechenden Meldung beendet
werden. Für die Kommunikation mit einem PC ist eine USB-Schnittstelle an
der Geräterückseite vorhanden. Ein weiterer Sensor des ALC 5000 Mobile
dient zur Erfassung der Umgebungstemperatur. Bereits jetzt ist das ALC
5000 Mobile für zukünftige Erweiterungen vorbereitet. Über ein
optionales Modul ist bei Lithium-Akku- Packs die Spannung jeder
einzelnen Zelle erfassbar und eine entsprechende Steuerung des
Ladevorganges möglich. Anstelle der USB-Schnittstelle kann auch eine
serielle Schnittstelle aktiviert werden, die zusätzliche externe
Erweiterungen ermöglicht. Ladeverfahren, Lade-Ausgänge
Während
des Ladevorgangs überwacht der Mikrocontroller den Spannungsverlauf an
beiden Ladeanschlüssen, wobei zur Auswertung der Ladekurve mehrere
aufeinanderfolgende Messwerte dienen. Für bestmögliche Ladeergebnisse
erfolgt eine ständige Überwachung der zum jeweiligen Akku-Typ gehörenden
Ladekurve mit 14-Bit-Auflösung. Besonders wichtig ist bei allen
Akku-Technologien eine sichere Lade-Enderkennung. Diese wird bei NiCd-
und NiMHAkkus nach der zuverlässigen Methode der negativen
Spannungsdifferenz am Ende der Ladekurve vorgenommen. Für ein
ausgeprägtes -ΔU werden Ladeströme >0,5 C empfohlen. Wenn über
mehrere Messzyklen am Akku eine Spannungs differenz von wenigen mV nach
unten registiert wird, schaltet der entsprechende Kanal auf Er
haltungsladung um. Bei NiMHAkkus wird der gegenüber NiCd-Akkus flachere
Kurven verlauf der Ladekurve berücksichtigt. Bei Blei-, Lithium-Ionen-
und Lithium- Polymer-Akkus erfolgt die Lade-Enderkennung nach der
Strom-Spannungskurve. Besonders bei Lithium-Akkus muss die
Lade-Endspannung mit sehr hoher Genauigkeit überwacht werden. Damit
Übergangswiderstände an den Anschlussklemmen das Mess-Ergebnis nicht
negativ be einflussen, erfolgt die Messung der Akku-Spannung bei NiCd-
und NiMHAkkus im stromlosen Zustand. Eine Frühabschaltung bei
überlagerten oder tiefentladenen NiCd-, NiMH-Akkus wird durch eine
zusätzliche Pre-Peak-Erkennung sicher verhindert. Bei tiefentladenen
Akkus erfolgt zunächst eine Vorladung mit reduziertem Strom. Für eine
lange Akku-Lebensdauer stehen unterschiedliche Programme zur
umfangreichen Akku-Pflege zur Verfügung. Natürlich können dabei beide
Kanäle zur selben Zeit unterschiedliche Bearbeitungsprogramme ausführen.Zur
Abfuhr der Verlustwärme im Entladebetrieb ist das ALC 5000 Mobile mit
einem innenliegenden Kühlkörper-Lüfteraggregat ausgestattet, und eine
ständige Temperatur-Überwachung an den Endstufen schützt das Ladegerät
in jeder Situation vor Überlastung. Ladekanal 1 ist mit einem
leistungsfähigen DC-DC-Wandler ausgestattet, der Lade spannungen bis zu
30 V ermöglicht. Der max. Ausgangsstrom ist spannungsabhängig und
beträgt bis zu 10 A. Dieser Kanal kann eine Ladeleistung von 120 VA
liefern. Als Berechnungsgrundlage dient dabei nicht die
Akku-Nennspannung, sondern es wird eine entsprechend höhere Spannung
unter Lastbedingungen berücksichtigt. Ein modernes Schaltregler-Konzept
ermöglicht Ausgangsspannungen, die unterhalb oder oberhalb der
Eingangsspannung liegen. Die Umschaltung vom Abwärtszum Aufwärtswandler
oder umgekehrt erfolgt dabei vollkommen automatisch. Der zweite Kanal
kann Lade-/Entladeströme bis 2 A verarbeiten. Da hier ein Linearregler
zum Einsatz kommt, liegt die max. Ladespannung grundsätzlich unterhalb
der Eingangsspannung. Eine Leuchtdiode über dem jeweiligen
Ausgangsbuchsenpaar zeigt an, wenn der zugehörige Kanal aktiv arbeitet.
Detaillierte Informationen über die Akku-Spannung, den
Lade-/Entladesstrom, die Kapazität und die Bearbeitungsfunktionen
liefert das hinterleuchtete Display. Des Weiteren stehen hier Datum,
Uhrzeit und die Spannung des Speiseakkus zur Verfügung. Datenlogger des ALC 5000 Mobile
|
| Bild 1: Über die Software ist eine komfortable Eingabe aller wichtigen Parameter möglich |
|
| Bild 2: Ladekurve eines Lithium-Polymer- Akkus, aufgezeichnet mit der Software ChargeProfessional |
|
| Bild 3: Spannungsverlauf während der Entladung einer Lithium-Polymer-Zelle mit 3200 mA |
USB-Schnittstelle des ALC 5000 Mobile
An
der Geräterückseite verfügt das ALC 5000 Mobile über eine
USB-Schnittstelle, die zur Kommunikation mit einem PC dient. Die mit dem
integrierten Datenlogger erfassten Lade- und Entlade-Kurvenverläufe
können dann am PC weiterverarbeitet werden. Zum Speichern, Auswerten und
Archivieren dient die komfortable PCSoftware „Charge Professional“.
Auch die komplette Bedienung und Steuerung des Gerätes ist über die
USB-Schnittstelle möglich. Die Kommunikation mit dem PC kann anhand der
Leuchtdioden (TX, RX) rechts und links neben der USB-Buchse an der
Geräterückseite überprüft werden.Blei-Akku-Aktivator-Funktion
Das
ALC 5000 Mobile verfügt über eine Blei-Akku-Aktivator-Funktion, die bei
der Ladung von 12-V-Blei-Akkus an Kanal 1 zugeschaltet werden kann.
Diese Funk tion verhindert kristallisierte Sulfat-Ablagerungen an den
Platten von Blei-Akkus, die über einen längeren Zeitraum nicht genutzt
oder während des Betriebs nur mit geringen Strömen entladen werden. Die
Nutzung dieser Funktion ist sinnvoll, wenn das Gerät mit einem
geeigneten Netzteil als Heim-Ladestation eingesetzt wird. Blei-Akkus
sind so konzipiert, dass (bei entsprechender Pflege) durchaus eine
Lebensdauer von 8 bis 10 Jahren erreicht werden kann. In der Praxis
sieht es jedoch anders aus. Hier bleibt die durchschnitt liche
Lebensdauer oft weit unterhalb der Möglichkeiten, wobei es besonders
häufig zum vorzeitigen Ausfall bei Blei-Akkus kommt, die nur saisonweise
genutzt werden.Viele
Besitzer von Motorrädern, Booten und Aufsitzmähern kennen somit
sicherlich das Problem, dass im Frühjahr bei der ersten Inbetriebnahme
der teure Akku versagt und ersetzt werden muss. Sulfatbildung ist zwar
ein grundsätzlicher Effekt bei Blei-Akkus, jedoch besonders beim
langsamen Entladen oder bei der Selbstentladung beginnen kristalline
Sulfate die Bleiplatten zu bedecken. Je stärker nun der Plattenbelag
wird, desto weniger Energie kann gespeichert und natürlich auch
abgegeben werden. Sulfat- Ablagerungen sind der Hauptgrund für das
vorzeitige Versagen von Blei-Akkus. Mit höherer Umgebungstemperatur
steigt der Sulfat-Aufbau noch erheblich an. Sobald das ALC 5000 Mobile
beim Laden von Blei-Akkus in den Betriebszustand Erhaltungsladung geht,
kann die Aktivator- Funktion auf Wunsch automatisch zugeschaltet werden.
Durch periodische Spitzenstromimpulse werden Sulfat-Ablagerungen an den
Bleiplatten verhindert. Ja, selbst bestehende Sulfat -Ablagerungen
werden gelöst und als aktive Schwefelmoleküle in die Akku- Flüssigkeit
zurückgeführt. Trotz der hohen Stromimpulse wird dem Akku nur
verhältnismäßig wenig Energie entnommen, da die Dauer des alle 30 Sek.
auftretenden Entlade-Stromimpulses nur 100 μs beträgt. Die
Energieentnahme wird durch die Erhaltungsladung wieder ausgeglichen. Die
BA-Funktion arbeitet bis zu 15 V Akku-Spannung. Zur Funktionskontrolle
wird der Entladeimpuls mit Hilfe einer Leuchtdiode auf der Frontplatte
angezeigt. Die Leuchtdiode zeigt den tatsächlichen Stromfluss an und
dient somit auch zur Schaltungsüberwachung. In Verbindung mit einem
geeigneten Netzteil kann somit der Speiseakku in der Winterpause optimal
gepflegt werden und ist dann fit für die nächste Saison. Akku-Ri-Messfunktion des ALC 8500 Expert
|
| Bild 4: Entladekurven von 4 unterschiedlichen 9,6-V-Akku-Packs bei gleichen Entladebedingungen |
|
| Bild 5: Spezial-Messleitungen mit federnd gelagerten Mess-Spitzen |
Transponder-Identifikations-System
|
| Bild 6: Transponder im Größenvergleich |
|
| Bild 7: So einfach kann der Transponder an verschiedene Akku-Packs angebracht werden. |
Balancer-Status-Anschluss
An
einer 2,5-mm-Klinkenbuchse ist eine Zusatzhardware anzuschließen, die
bei Lithium- Akkus meldet, wenn einzelne Zellen voll geladen sind oder
die Gefahr einer Überladung besteht. Das ALC 5000 Mobile kann auf den
Zustand reagieren, indem der Ladestrom automatisch verringert oder eine
Pause zum „Balancieren“ der Zellen eingefügt wird.Erweiterungsanschluss
Eine
optional zu nutzende serielle Schnittstelle dient zum Anschluss von
zukünftigen Erweiterungen. Mit einem rückseitigen Schiebeschalter
besteht die Möglichkeit, zwischen der USB-Schnittstelle des Gerätes und
der Erweiterungsschnittstelle umzuschalten. Im zweiten Teil des Artikels
(„ELVjournal“ 5/2006) wird ausführlich die Bedienung dieses innovativen
Ladegerätes vorgestellt, gefolgt von der Schaltungsbeschreibung.Fachbeitrag online und als PDF-Download herunterladen
Inhalt
Sie erhalten den Artikel in 2 Versionen:
als Online-Version
als PDF (6 Seiten)
Sie erhalten folgende Artikel:
- ALC 5000 Mobile Akku-Lade-Center Teil 1/6
| weitere Fachbeiträge | Foren | |
Hinterlassen Sie einen Kommentar:
