Akku-Lade-Center ALC 3000 PC Teil 1/4
Aus ELVjournal
04/2008
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Technische Daten
| Max. Ladestrom | 5 A (max. 60 VA) |
| Max. Entladestrom | 5 A (Max. 40 VA) |
| Max. Ladespannung bei UB = 24 V | 22,5 V (14 Zellen NiCd bzw. NiMH, 5 Zellen Li-Ion bzw. LiPo, 8 Zellen Pb) |
| Unterstützte Akku-Technologien | NiCd, NiMH, Pb-Gel, Pb-Säure, Li-Ion, LiPo, LiFePO4 |
| NiCd/NiMH | |
| Negative Spannungsdifferenz (-ΔU) | unterschiedlich konfigurierbar für NiCd und 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 4305 V/Zelle (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/Zelle (einstellbar) |
| Entladeschluss-Spannung | 2,7 bis 3,2 V/Zelle (einstellbar) |
| Lithium-Eisen-Phosphat | |
| Ladespannung | 3,4 bis 3,8 V/Zelle (einstellbar) |
| Auffüll-Ladung | 3,25 bis 3,65 V/Zelle (einstellbar) |
| Entladeschluss-Spannung | 1,8 bis 3,0 V/Zelle (einstellbar) |
| Temperaturüberwachung Akku | Anschlussmöglichkeit für externen Temperatur-Sensor |
| Allgemein | |
| Transponder-Leseeinheit | optional anschließbar über Wstern-Modularbuchse |
| PC-Schnittstelle | USB 1.1, Software update- und upgradefähig durch Flash-Speicher |
| Wärmeabfuhr | integriertes temperaturgeregeltes Kühlkörper-Lüfteraggregat |
| Spannungsversorgung | eingebautes 230-V-Schaltnetzteil (72 VA) oder extern 12 bis 24 VDC |
| Abmessungen (B x H x T) | 150 x 95 x 155 mm |
Das
neue Akku-Lade-Center ALC 3000 PC unterstützt alle aktuellen
Akku-Technologien am Markt (inkl. LiFePO4-Akkus), sämtliche Parameter
lassen sich optimal an die eigenen Bedürfnisse und an die eigenen
Akku-Typen anpassen, sie können bei Bedarf auch wieder verändert werden,
und dennoch ist das Gerät absolut kinderleicht zu bedienen. Nach der
Konfiguration mit Hilfe der zugehörigen komfortablen PC-Software ist
eine Fehlbedienung so gut wie unmöglich und eine versehentliche Änderung
von wichtigen Parametern nahezu ausgeschlossen. Am Gerät sind nur noch
zwei Tasten vorhanden (eine Taste zur Auswahl der aktuell gewünschten
Funktion und eine weitere Taste zum Starten und Stoppen des
Bearbeitungsvorgangs). Alle weiteren Einstellungen übernimmt das Gerät
vollkommen automatisch aus der Datenbank.Allgemeines
Die
Akku-Ladestation ALC 3000 PC verfügt über ein sehr umfangreiches und
komfortables Akku-Management, unterstützt alle gängigen
Akku-Technologien am Markt und ist absolut zukunftssicher, da durch
Flash-Technologie jederzeit Updates und Upgrades erfolgen können
(aufgrund des rasanten Wandels im Bereich der Akku-Technologie ein nicht
zu unterschätzendes Feature). Niemand kann genau sagen, welche Akku-
Technologien in wenigen Jahren den Markt beherrschen werden. Daher kann
beim ALC 3000 PC im Bedarfsfall die komplette Steuersoftware (Firmware)
über die USB-Schnittstelle des Gerätes einfach ausgetauscht werden. Die
aktuelle Firmware und PC-Software unterstützt alle derzeit wichtigen
Akku-Technologien wie Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metall-Hydrid
(NiMH), Blei-Gel, Blei-Säure, Lithium-Ionen (Li-Ion), Lithium-Polymer
(LiPo) und Lithium- Eisen-Phosphat (LiFePO4). Es stehen
unterschiedliche, umfangreiche Programme wie Laden, Entladen,
Entladen/Laden, Test, Zyklen, Auffrischen, Warten, Formieren und
Erhaltungsladung zur Verfügung, wobei ein großes hinterleuchtetes
Grafik-Display alle Funktionen und Programmabläufe anzeigt. Beim ALC
3000 PC stehen Lade- und Entladeströme bis 5 A zur Verfügung und die
maximale Ladeleistung ist auf 60 VA begrenzt. Es ist beim ALC 3000 PC
sowohl Netzbetrieb (eingebautes 230-V-Schaltnetzteil) als auch eine
externe DC-Versorgung möglich.In
einer integrierten Akku-Datenbank können die Parameter von bis zu 40
unterschiedlichen Akku-Sätzen gespeichert werden, wobei auch eine
Super-Schnellladefunktion möglich ist. Dazu ist an der Geräterückseite
ein externer Temperatursensor anzuschließen, der an dem zu ladenden Akku
befestigt wird. Mit einem integrierten Datenlogger können für bis zu 10
Bearbeitungsvorgänge komplette Lade-/Entlade-Kurvenverläufe
aufgezeichnet werden, wobei auch die zugeordneten Akku- Daten zur
Verfügung stehen. Eine USB-Schnittstelle an der Geräterückseite dient
zur Kommunikation mit einem PC. 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 „ChargeEasy“ kann jederzeit eine Aufbereitung und
Weiterverarbeitung der gesammelten Daten erfolgen. Bedienkonzept des ALC 3000 PC
Revolutionierend
im Bereich der Ladetechnik ist das außergewöhnlich komfortable und
übersichtliche Bedienkonzept mit nur 2 Tasten am Gerät, wobei keine
komplizierten Eingaben und Einstellungen erforderlich sind, obwohl das
Gerät exakt an den zu ladenden Akku-Typ angepasst ist. Der Trick liegt
in der Konfiguration des Gerätes mit der PC-Software über die
USB-Schnittstelle. Am Gerät braucht der Anwender sich dann nicht mehr um
diese Einstellungen zu kümmern. Die meisten Anwender nutzen nur wenige
unterschiedliche Akku- Typen, die allenfalls mit unterschiedlichen
Funktionen bearbeitet werden sollen. Oft kommt dabei nur ein Akku-Typ
aktuell zum Einsatz, der dann aber optimal gepflegt werden soll. Genau
bei diesen Anforderungen setzt auch das Bedienkonzept des ALC 3000 PC
an. Per PC-Software wird das ALC 3000 PC exakt an den zu ladenden
Akku-Typ angepasst, wobei es egal ist, ob es sich dabei um einen NiCd-,
NiMH-, Blei- oder Lithium-Akku handelt. Damit keine Verwechslungen und
falschen Parametereinstellungen möglich sind, kann dann mit dem ALC 3000
PC nur der konfigurierte Akku-Typ bearbeitet werden. Über die
PC-Software ist natürlich auch jederzeit ein neuer Akku-Typ
konfigurierbar, der dann optimal bearbeitet wird.
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| Bild 1: Die Transponder-Leseeinheit |
Ladeverfahren, Ladeausgang
Während
des Ladevorgangs überwacht der Mikrocontroller ständig den
Spannungsverlauf am Ladeausgang, 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. Bei allen
Akku-Technologien ist eine sichere Lade-Enderkennung entscheidend für
die Lebensdauer der angeschlossenen Akkus. Bei NiCd- und NiMH-Akkus
erfolgt die Lade-Enderkennung nach der besonders zuverlässigen Methode
der negativen Spannungsdifferenz am Ende der Ladekurve (-ΔU), wobei die
-ΔU-Schwelle in einem sicheren Bereich konfigurierbar ist und somit eine
Anpassung an die eigenen individuellen Anforderungen erfolgen kann.
Dieses Feature haben nur sehr wenige Ladegeräte zu bieten. Für ein
ausgeprägtes -ΔU werden Ladeströme >0,5 C empfohlen. Wenn über
mehrere Messzyklen am Akku eine Spannungsdifferenz von wenigen Millivolt
(konfigurierbar) nach unten registriert wird, schaltet der
entsprechende Kanal auf Erhaltungsladung um. Bei NiMH-Akkus wird der
gegenüber NiCd-Akkus flachere Kurvenverlauf der Ladekurve
berücksichtigt. Bei geringen Ladeströmen kann die Lade-Enderkennung
Timer-gesteuert erfolgen, wobei der Ladefaktor in Abhängigkeit von der
Nenn kapazität konfigurierbar ist. Somit ist immer eine optimale
Anpassung an die eigenen individuellen Bedürfnisse möglich. Damit
Übergangswiderstände an den Anschlussklemmen das Messergebnis nicht
negativ beeinflussen, erfolgt die Messung der Akku-Spannung bei NiCd-
und NiMH-Akkus 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, um den Akku zu schonen. Bei Blei-, Lithium-Ionen-,
Lithium-Polymer- und Lithium-Eisen- Phospat-Akkus erfolgt die
Lade-Enderkennung nach der Strom-Spannungskurve, wobei für eine
besonders hohe Sicher heit am Ende des Ladevorgangs die
Spannungsüberwachung unter Last erfolgt. Gerade bei Lithium-Akkus muss
die Lade-Endspannung mit sehr hoher Genauigkeit überwacht werden, wobei
Überladungen und Tiefentladungen sicher verhindert werden. Für eine
besonders lange Lebensdauer ist die Ladeschluss- und die
Nachladeschwelle bei diesen Akku-Typen individuell konfigurierbar. Das
ALC 3000 PC bietet unterschiedliche Programme zur umfangreichen
Akku-Pflege, wobei sich die zur Verfügung stehenden Funktionen am
jeweiligen Akku-Typ orientieren. Zur Abfuhr der Verlustwärme im
Entladebetrieb ist das ALC 3000 PC mit einem innenliegenden
Kühlkörper-Lüfteraggregat ausgestattet, und eine ständige
Temperatur-Überwachung an der Endstufe schützt das Ladegerät in jeder
Situa tion vor Überlastung. Für eine möglichst geringe Verlustleistung
ist der Ladekanal mit einem leistungsfähigen PWM-Schaltregler
ausgestattet. Die Lade-Endstufe kann eine Leistung von bis zu 60 VA
liefern. Als Berechnungsgrundlage dient dabei nicht die
Akku-Nennspannung, sondern es wird bei NiCd- und NiMHAkkus eine
entsprechend höhere Spannung unter Lastbedingungen berücksichtigt. Datenlogger des ALC 3000 PC
Der
im ALC 3000 PC integrierte Datenlogger dient zur Aufzeichnung von
kompletten Lade-/Entlade-Kurvenverläufen, wobei bis zu 10 komplette
Bearbeitungsvorgänge gespeichert werden. Die Aufzeichnung und
Speicherung erfolgt unabhängig vom Anschluss eines PCs, wobei
selbstverständlich die Speicherung von allen Bearbeitungszyklen bei
Bearbeitungsprogrammen mit mehreren Zyklen erfolgt. Dank
Flash-Speichertechnologie bleiben die Daten auch ohne Betriebsspannung
erhalten. Die Übertragung der gespeicherten Daten zu einem PC kann zu
einem beliebigen, späteren Zeitpunkt erfolgen. Durch Übergabe der
Datensätze z. B. an Tabellenkalkulationsprogramme ist die Analyse des
Akku-Lebens nach beliebigen Kriterien möglich.USB-Schnittstelle des ALC 3000 PC
Das
Konzept des ALC 3000 PC basiert auf einer minimalen Bedienung am Gerät
und darauf, dass sämtliche Konfigurationen mit Hilfe einer komfortabel
zu bedienenden PC-Software vorgenommen werden. Mit Hilfe des zugehörigen
PCProgramms „ChargeEasy“ erfolgt dann die Konfiguration des Gerätes und
auch die Anpassung des ALC 3000 PC an beliebige Akku-Typen und
-Technologien. Eine Datenbank im ALC 3000 PC kann bis zu 40 Akkus
unterschiedlichster Technologie anlegen und die zugehörigen Daten
speichern. Das Auslesen der mit dem integrierten Datenlogger erfassten
Lade- und Entlade-Kurvenverläufe erfolgt ebenfalls über die
USB-Schnittstelle. Zum Speichern, Auswerten und Archivieren dient die
komfortable PC-Software „Charge Easy“. Über die USB-Schnittstelle ist
auch die komplette Bedienung und Steuerung des Gerätes möglich.Transponder-Identifikations-System
Da
eines der wichtigsten Features beim ALC 3000 PC die absolut
unkomplizierte und einfache Bedienung ist, kann nach der Konfiguration
mit Hilfe der PC-Software auch nur ein Akku- Typ mit der entsprechenden
Akku-Technologie bearbeitet werden. Dadurch sind Verwechslungen von
Akkus und Akku- Technologien durch den Anwender und somit
Bedienungsfehler so gut wie auszuschließen.
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| Bild 1: Die Transponder-Leseeinheit |
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| Bild 2: So können Transponder an Akkus angebracht werden. |
Bedienung am Gerät
Da
sich die Einstellmöglichkeiten des ALC 3000 PC am Gerät auf das
Wesentliche beschränken, ist die Bedienung besonders einfach und
intuitiv. Neben dem Netzschalter an der Geräterückseite sind nur die
beiden Bedientaster „Funktion“ (zur Auswahl der Bearbeitungsfunktion)
und „Start/Stop“ (zum Starten und Stoppen der Bearbeitungsfunktion)
vorhanden.
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| Bild 3: Die Display-Hauptanzeige |
Displayanzeige
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| Bild 3: Die Display-Hauptanzeige |
Auswahl der Bearbeitungsfunktion
Im
gestopptem Zustand (Kontroll-LED über dem Buchsenpaar leuchtet nicht)
kann mit Hilfe des Tasters „Function“ die Bearbeitungsfunktion
ausgewählt werden. Eindeutige Symbole verschaffen einen schnellen
Überblick. Die nachfolgend beschriebenen Bearbeitungsfunktionen stehen
zur Verfügung:Charge
In
der Ladefunktion führt das Gerät eine Ladung des angeschlossenen Akkus
gemäß der eingestellten Werte durch. Unabhängig vom aktuellen
Ladezustand wird nach dem Start des Bearbeitungsvorgangs der
angeschlossene Akku bzw. das Akku-Pack auf seine maximal speicherbare
Kapazität aufgeladen. Solange der angeschlossene Akku geladen wird,
erfolgt die Anzeige des entsprechenden Symbols im Display und die
zugehörige Kontroll-LED über dem Ausgangsbuchsenpaar leuchtet. Wenn der
Akku bzw. das Akku-Pack seine maximal speicherbare Kapazität erreicht
hat, zeigt das Display im unteren Bereich „Charged“ und die eingeladene
Kapazität ist in der oberen Displayhälfte abzulesen. Nun erfolgt bei
NiCd- und NiMH-Akkus eine zeitlich unbegrenzte Erhaltungsladung
(signalisiert durch Blinken der Kontroll- LED), um durch Selbstentladung
entstehende Ladeverluste wieder auszugleichen. Bei Lithium- und
Blei-Akkus erfolgt eine Nachladung, wenn die konfigurierbare
Nachladeschwelle unterschritten wird. Der Akku darf in diesem Zustand
für unbegrenzte Zeit am eingeschalteten Ladegerät angeschlossen bleiben.Discharge
In
der Funktion „Discharge“ erfolgt eine Entladung des angeschlossenen
Akkus bis zur jeweils zugehörigen Entladeschluss- Spannung, und die aus
dem Akku entnommene Kapazität wird auf dem Grafik-Display angezeigt.Discharge/Charge
Zuerst
beginnt der Entladevorgang zur Vorentladung des angeschlossenen Akkus.
Wenn der Akku die zugehörige Entladeschluss- Spannung erreicht hat,
startet automatisch der Ladevorgang mit dem konfigurierten Ladestrom.
Eine regelmäßige Vorentladung ist bei NiCd-Akkus zu empfehlen, da
dadurch zuverlässig der Memory-Effekt verhindert werden kann. Den
Abschluss des Ladevorgangs bildet wieder die Funktion der
Erhaltungsladung (Kontroll-LED blinkt).Test
Die
Funktion „Test“ dient zur Messung der Akku-Kapazität. Üblicherweise
sollte die Messung der Akku-Kapazität unter Nennbedingungen durchgeführt
werden, da die aus einem Akku entnehmbare Energiemenge unter anderem
auch vom jeweiligen Entladestrom abhängt. Um die Kapazität zu ermitteln,
wird der Akku zuerst vollständig aufgeladen. Dann wird eine Entladung
unter den zuvor eingestellten Nennbedingungen vorgenommen bei
fortlaufender Messung der Kapazität bis zur Entladeschluss-Spannung. Den
Abschluss dieser Funktion bildet das Aufladen des Akkus mit
automatischem Übergang auf Erhaltungsladung.Refresh
Die
Auffrisch-Funktion ist in erster Linie für schadhafte Akkus vorgesehen,
die nach Durchlaufen dieses Programms oft wieder für eine weitere
Verwendung zur Verfügung stehen. Dies gilt besonders für tiefentladene
und überlagerte Akkus, aber auch Akkus, die einen Zellenschluss
aufweisen, sind danach häufig wieder zu nutzen. Zuerst überprüft das
Programm, ob eine Akku-Spannung vorhanden ist oder nicht und
beaufschlagt den Akku nach einer Entladung mit starken Stromimpulsen.
Danach führt das Gerät automatisch drei Lade-Entlade-Zyklen durch. Der
erste Ladezyklus wird dabei mit einem Strom durchgeführt, der 10 % der
Nennkapazitätsvorgabe entspricht. Da die Ladekurve eines derart
vorgeschädigten Akkus oft nicht mehr den typischen Verlauf aufweist, ist
beim ersten Ladezyklus die -ΔU-Erkennung abgeschaltet. Die beiden
danach folgenden Ladezyklen werden mit den Lade-/Entladeströmen von C/2
durchgeführt, wobei die -ΔU-Erkennung wieder aktiviert ist. Nach
Beendigung des letzten Ladevorgangs wird der Akku mit der
Erhaltungsladung ständig im voll geladenen Zustand gehalten.Cycle
Akkus,
die über einen längeren Zeitraum nicht genutzt wurden, sind meistens
nicht in der Lage, die volle Kapazität zur Verfügung zu stellen. Die
Funktion „Cycle“ (Regenerieren) dient nun in erster Linie zur Belebung
von derartigen NiCd-/ NiMH-Akkus. Das Programm führt automatisch so
lange den Lade-Entlade-Zyklus mit dem vorgegebenen Lade- und
Entladestrom durch, bis keine nennenswerte Kapazitätssteigerung mehr
festzustellen ist. Nach Ablauf des Programms wird die zuletzt
eingeladene Kapazität auf dem Display angezeigt und die danach
automatisch startende Erhaltungsladung gleicht Ladeverluste durch
Selbstentladung automatisch aus.Forming
Neue
Akkus erreichen nicht sofort mit dem ersten Ladezyklus die volle
Leistungsfähigkeit. Daher führt das Ladegerät eine konfigurierbare
Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen durch, um den Akku auf die maximale
Kapazität zu bringen. Die Formierung von Akkus wird grundsätzlich mit
reduziertem Strom durchgeführt, wobei die Laderaten C/10, C/5, C/3 und
C/2 zur Verfügung stehen. Nach dem zweiten Ladevorgang wird anstatt des
Formierstroms mit den eingestellten Lade- und Entladeströmen gearbeitet,
jedoch höchstens mit 1C.Maintain
Die
Funktion „Maintain“ (Wartung) ist für alle Akkus vorgesehen, die
längere Zeit nicht benutzt werden, deren Leistungsfähigkeit bei Gebrauch
jedoch voll zur Verfügung stehen soll. In dieser Funktion werden NiCd-
und NiMH-Akkus vollständig geladen, und durch Selbstentladung
entstehende Ladeverluste werden wie bei der normalen Ladung durch die
Erhaltungsladung ausgeglichen. Zusätzlich wird bei der Funktion
„Maintain“ automatisch wöchentlich eine Entladung bis zur
Entladeschluss-Spannung durchgeführt. Bei Blei-Akkus wird wöchentlich 10
% der Nennkapazität aus dem Akku entnommen und wieder nachgeladen.
Natürlich wird bei der Entladung immer die vorgegebene
Entladeschluss-Spannung berücksichtigt.Start und Stopp des Bearbeitungsvorgangs
Nach
Auswahl der Funktion kann der Bearbeitungsvorgang mit einer kurzen
Betätigung der Taste „Start/Stop“ gestartet werden. Während des
Ladevorgangs wird die eingeladene Kapazität und während des
Entladevorgangs die aus dem Akku entnommene Kapazität direkt auf dem
Display angezeigt und fortlaufend aktualisiert. Bei laufender Funktion
können mit der Taste „Function“ die eingestellten Werte für den Lade-
und Entladestrom und die voraussichtlich noch erforderliche und die
bereits abgelaufene Bearbeitungszeit abgefragt werden. Nach Beendigung
des Bearbeitungsvorgangs ist grundsätzlich die Kapazität der zuletzt
durchgeführten Aktion auf dem Display abzulesen, also mit Ausnahme von
„Discharge“ immer die eingeladene Kapazität.Anschlüsse an der Rückseite des ALC 3000 PC
An
der Geräterückseite stehen neben dem Netzanschluss und dem Netzschalter
verschiedene weitere Anschlussbuchsen zur Verfügung, die nachfolgend
beschrieben werden.USB-Anschluss
Wie
bereits erwähnt, verfügt das ALC 3000 PC an der Geräterückseite über
eine USB-Schnittstelle, die zur Kommunikation mit einem PC oder Notebook
dient. Es handelt sich dabei um eine über Optokoppler galvanisch
getrennte Schnittstelle. Die Kommunikation mit dem PC kann anhand der
Leuchtdioden (TX, RX) rechts und links neben der USB-Buchse an der
Geräterückseite überprüft werden. Das erforderliche USB-Kabel und die
komfortable PC-Bedien- und -Auswertesoftware „ChargeEasy“ gehören zum
Lieferumfang des Gerätes.Anschluss für externen Temperatursensor
Das
ALC 3000 PC verfügt über eine Super-Schnellladefunktion, wobei Akkus
mit einem Ladestrom bis zum vierfachen Wert der Nennkapazitätsangabe
geladen werden können. Um diese Funktion nutzen zu können, ist aus
Sicherheitsgründen die Überwachung der Akku-Temperatur erforderlich.
Dazu wird an der rückseitigen 3,5-mm-Klinkenbuchse ein externer
Temperatursensor angeschlossen, der direkt an dem zu ladenden Akku
befestigt wird. Sobald am Akku unzulässige Temperaturwerte auftreten,
wird der Ladevorgang beendet.Kleinspannungsbuchse
Neben
dem eingebauten 230-V-Schaltnetzteil ist die Spannungsversorgung des
ALC 3000 PC mit einer externer Kleinspannung entsprechender
Strombelastbarkeit möglich. Diese extern zugeführte Spannung darf
zwischen 12 und 24 VDC liegen und wird an die dafür vorgesehene
Hohlstecker-Buchse angeschlossen. Für den mobilen Einsatz kann das Gerät
dann auch problemlos mit Hilfe eines Kfz-Akkus versorgt werden.Anschluss für Transponder-Leseeinheit
Um
die Bedienung so einfach wie möglich zu halten und um Verwechslungen
auszuschließen, kann ohne Transponder- Lese einheit immer nur der
aktuell konfigurierte Akku mit dem ALC 3000 PC bearbeitet werden. Mit
der optional an der Geräterückseite anzuschließenden
Transponder-Leseeinheit besteht auch ohne PC ein Zugriff auf alle in der
Datenbank abgelegten Akkus, unabhängig von deren Technologie. Die
Akku-Auswahl und -Datenerfassung ist dann kinderleicht. Die optionale
Leseeinheit ist einfach in die Nähe des Akkus zu bringen (Abstand 1 bis 3
cm vom Transponder-Chip), und die Akku-Auswahl und die Erfassung von
allen zugehörigen Daten erfolgt vollkommen automatisch, ohne dass dabei
die Gefahr einer Verwechslung besteht oder Akkus mit unzulässigen
Parametern bearbeitet werden.Blockschaltbild
Außergewöhnliche
Leistungsmerkmale und eine große Funktionsvielfalt erfordern natürlich
einen entsprechenden Schaltungsaufwand. Einen Überblick über die
funktionellen Zusammenhänge der einzelnen Baugruppen verdeutlicht am
besten ein Blockschaltbild (Abbildung 4).
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| Bild 4: Das Blockschaltbild des ALC 3000 PC |
Für
viele ELV-Leser wird anhand des Blockschaltbildes sowie der
Schaltbilder der einzelnen Baugruppen die „Verwandtschaft“ zum ALC 5000
Mobile und ALC 8500 Expert deutlich erkennbar sein. Das ALC 3000 PC
basiert auf dem gleichen bewährten Schaltungskonzept. Auch beim ALC 3000
PC ist ein 8-Bit-AVR-Mikrocontroller mit RISC-Architektur das zentrale
Bauelement. Ein besonderes Leistungsmerkmal dieses Controllers ist der
im System programmierbare 64-KBit-Flash-Speicher, wodurch das ALC 3000
PC für die Zukunft gerüstet ist. Firmware-Updates und -Upgrades sind
damit kein Problem und zukünftige Akku- Systeme oder -Erweiterungen
können ohne Hardware-Änderungen implementiert werden. Der zentrale
Mikrocontroller kommuniziert mit einem weiteren Mikrocontroller (im
Blockschaltbild oben), der für die Ansteuerung des Grafik-Displays und
alle weiteren Anzeigeaufgaben zuständig ist. Im
Blockschaltbild links oben neben dem Haupt-Mikrocontroller ist ein
Daten-Flash-Speicher eingezeichnet, der für die Datenloggerfunktion des
ALCs zuständig ist. Hier können bis zu 10 Bearbeitungsvorgänge mit
kompletten Lade-/Entlade- Kurvenverläufen gespeichert werden, die auch
nach dem Abschalten der Betriebsspannung erhalten bleiben. Darunter
befindet sich der Funktionsblock Inkrementalgeber (Drehimpulsgeber). Der
Inkrementalgeber befindet sich geräteintern und dient ausschließlich
zum Abgleich des ALC 3000 PC. Die Bedientasten, im Block darunter, sind
direkt mit den entsprechenden Port-Pins des zentralen Mikrocontrollers
verbunden. Ein Highlight des ALC 3000 PC ist natürlich die
Akku-Identifizierung mit Hilfe von Passiv-Transpondern, die direkt am
Akku bzw. Akku-Pack befestigt werden. Die im Blockschaltbild unterhalb
der Bedientasten eingezeichnete Transponder- Leseeinheit ist optional
und wird über eine sechspolige Westernmodular-Steckverbindung mit dem
ALC 3000 PC verbunden. Die
USB-Schnittstelle (Block unterhalb der Transponder- Leseein heit) dient
zur Kommunikation mit einem externen PC. Zur Signalumsetzung ist auf
dem USB-Modul ein spezieller Chip vorhanden, der wiederum über
Optokoppler (zur galvanischen Trennung) mit den entsprechenden Port-Pins
des Mikrocontrollers verbunden ist. Eine der wesentlichen Aufgaben des
Mikrocontrollers ist die Steuerung der Lade-/Entlade-Endstufe. Neben der
Aktivierung der Lade- und Entlade-Endstufe erfolgt auch die
Sollwert-Vorgabe für den Lade- und Entladestrom vom Mikro controller.
Dazu liefert der Controller ein PWM-Signal, wobei daraus durch
Integration in der Lade-Entlade-Endstufe (im Blockschaltbild rechts
oben) Steuer-Gleichspannungen gewonnen werden. Die schnelle Regelung
innerhalb der Endstufen erfolgt hardwaremäßig durch
Sollwert-Istwert-Vergleich. Zum Abtransport der Abwärme, insbesondere
bei der Entladen- Funk tion, dient ein leistungsfähiges
Kühlkörper-Lüfter - aggregat. Die Lüfterdrehzahl wird vom
Mikrocontroller ebenfalls mit Hilfe eines PWM-Signals proportional zur
Kühlkörpertemperatur gesteuert. Wie
im Blockschaltbild der Endstufe zu sehen ist, dient zur
Lade-/Entlade-Stromerfassung in der Endstufe ein Shunt-Widerstand, an
dem dann stromproportionale Spannungsabfälle entstehen. Sowohl die
stromproportionalen Spannungen am Shunt-Widerstand beim Laden und
Entladen als auch die Akku-Spannung werden dem im unteren Bereich des
Blockschaltbildes eingezeichneten Analog-Multiplexer zugeführt. Weitere
Signale, die dem Multiplexer zugeführt werden, sind die
Eingangsspannung, eine proportionale Spannung zur Endstufentemperatur
und die Akku-Temperatur (sofern hier ein externer Sensor angeschlossen
ist). Gesteuert vom Hauptprozessor gelangt dann der jeweils gewählte
Messwert auf den Eingang des Analog-Digital-Wandlers. Dieser Wandler
setzt die analogen Messwerte mit hoher Auflösung in digitale
Informationen für den Mikrocontroller um. Die unten rechts
eingezeichnete Spannungsversorgung arbeitet mit einem integrierten,
leistungsfähigen Schaltnetzteil, das 24 V mit 3 A Strombelastbarkeit
liefert. Alternativ kann auch eine Versorgung des ALC 3000 PC mit einer
DCSpannung erfolgen, wobei in beiden Fällen die nachgeschaltete
Spannungsversorgung alle innerhalb des ALCs benötigten
Betriebsspannungen liefert. Schaltung
Aufgrund
der Funktionsvielfalt und der außergewöhnlichen Leistungsmerkmale ist
die Schaltung des ALC 3000 PC recht komplex, so dass die Gesamtschaltung
in mehrere Teilschaltbilder aufgeteilt ist, die in sich geschlossene
Funktionsgruppen bilden. Dadurch wird auch ein besserer
Schaltungsüberblick erreicht. Zunächst kann eine grobe Aufteilung in
einen Analogteil und einen Digitalteil erfolgen, da sowohl analoge als
auch digitale Baugruppen zum Einsatz kommen. Leistungsfähige
Mikrocontroller übernehmen die Steuerung von sämtlichen Funktionen und
leistungsfähige Lade-/Entlade-Endstufen sorgen für die Ladung und
Entladung der angeschlossenen Akkus.Haupt-Mikrocontroller des Digitalteils
Die detaillierte Schaltungsbeschreibung beginnen wir mit dem Haupt-Mikrocontroller (mit zugehöriger Peripherie) in Abbildung 5.
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| Bild 5: Das Mikrocontroller-Schaltbild des ALC 3000 PC |
Dieser
Controller kommuniziert mit einem weiteren Mikrocontroller, der auf der
Displayplatine untergebracht ist und für alle Anzeigeaufgaben zuständig
ist. Doch zuerst zum Schaltbild des Haupt-Mikrocontrollers (siehe
Abbildung 5), wo ein AVR-Controller mit 64-KBit-Flash
(In-System-Programmable) zum Einsatz kommt. Durch den Einsatz des
Controllers mit Flash-Speicher besteht jederzeit die Update-Fähigkeit
des ALC 3000 PC. Neben dem Flash- Speicher sind noch 4 KBit S-RAM und 4
KBit EEPROM im Mikrocontroller integriert. Des Weiteren werden bis zu 64
KBit externer Speicher unterstützt. Insgesamt stehen bei diesem
Mikrocontroller 53 programmierbare Ein-/Ausgänge zur Verfügung, die
vielseitig zu nutzen sind. Unter anderem sind 6 PWM-Kanäle mit einer
programmierbaren Auflösung von 2 bis 16 Bit, ein programmierbarer
Watchdog-Timer mit On-Chip-Oszillator und ein 8-Kanal-
10-Bit-A/D-Wandler (ADC) vorhanden. An
Besonderheiten sind ein interner kalibrierter RC-Oszillator, eine per
Software selektierbare Taktfrequenz und ein integrierter Power-on-Reset
mit programmierbarer Brown-out-Detection zu nennen. Der Taktoszillator
des Mikrocontrollers ist an Pin 23 und Pin 24 extern zugänglich und mit
dem 16-MHz-Quarz Q 100 sowie den Kondensatoren C 102, C 103 beschaltet.
Die Aktivierung der Lade-Endstufe erfolgt über Port PC 0 und die
Entlade-Endstufe wird über Port PC 4 gesteuert. Wie auch im
Blockschaltbild zu sehen ist, erfolgen die Sollwert-Vorgaben für den
Lade- und Entladestrom beim ALC 3000 PC über ein PWM-Signal. Das zur
Wärmeabfuhr dienende Kühlkörperaggregat wird über ein PWM-Signal,
geliefert von Port PB 7, gesteuert. Das Signal I-Lade an Pin 34 wird zur
Polaritätsumschaltung im Zusammenhang mit der
Lade-/Entladestromerfassung über den A/D-Wandler genutzt. Das optionale
Transponder-Modul zur komfortablen Akku- Identifikation wird an die
Westernmodular-Buchse BU 201 angeschlossen. Über diese Buchse wird das
Modul auch mit Spannung (+5 V) versorgt. Die Signalleitungen sind über R
114 bis R 117 mit Port PF 4 bis Port PF 7 des Hauptcontrollers
verbunden. Die vom Analog-Digital-Wandler kommenden Messwerte werden dem
Mikrocontroller an Port PD 3 (Pin 28) zugeführt, wobei die
Messwertauswahl über PA 0 bis PA 3 erfolgt. Über diese Port-Pins wird
dann der Eingangs-Multiplexer des A/DWandlers gesteuert. Für
akustische Meldungen und Quittungstöne ist das ALC 3000 PC mit einem
Sound-Transducer (PZ 100) ausgestattet, der über PB 4 und den
Treibertransistor T 100 mit einem Signal von ca. 2 kHz angesteuert wird.
Zur Kommunikation mit einem PC dient ein potentialfreies, optisch
isoliertes USB-Modul, das an ST 103 angeschlossen wird und mit Port PE 0
und PE 1 des Mikrocontrollers verbunden ist. Zur Aufzeichnung von
kompletten Lade-/Entlade-Kurvenverläufen ist das ALC 3000 PC mit einem
Datenlogger ausgestattet. Zur Datenspeicherung dient der
2-MBit-Flash-Speicher (IC 101). Da der Baustein mit einer abweichenden
Betriebsspannung von 3,3 V arbeitet, sind die Widerstände R 105 bis R
110 zur Amplitudenanpassung erforderlich. Die Betriebsspannung des
externen Data-Flash-Speichers wird mit T 101 und externen Komponenten
erzeugt. Um hochfrequente Störeinflüsse zu vermeiden, sind der
Mikrocontroller und der externe Speicher mit entsprechenden
Staffelblockungen (C 104 bis C 107, C 109, C 110 und C 115 bis C 120)
direkt an den entsprechenden Versorgungspins beschaltet. Wie bereits
erwähnt, steht für alle Anzeigeaufgaben ein weiterer Mikrocontroller zur
Verfügung, der über die Steckverbindung ST 100 mit dem Hauptprozessor
verbunden ist. Über diesen Steckverbinder sind auch die Bedienelemente
des ALCs an den Hauptprozessor angeschlossen. Im nächsten Teil des
Artikels beschreiben wir die weiteren Schaltungsbereiche. Fachbeitrag online und als PDF-Download herunterladen
Inhalt
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- Akku-Lade-Center ALC 3000 PC Teil 1/4
- 1 x Journalbericht
- 1 x Schaltplan
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