Gelegentlich macht es sich erforderlich, dass man einzelne LiPo oder LiFePo4 Akkuzellen laden, nachladen, auf eine ganz bestimmte Spannung laden möchte. Einzelzellenlader gibt es zwar, aber diese sind je nach Herstellerauslegung nur für eine bestimmte Zellenchemie (LiPo oder LiFePo4) ausgelegt. Bei keinem dieser Lader kann der Ladestrom und die Ladeschlussspannung verändert werden. Billig sind diese auch nicht. Ich habe für eigene Zwecke eine kleine universelle Schaltung entworfen, mit der man aus einem preiswerten Schaltnetzteil mit Festspannungsausgang einen geregelten Einzelzellenlader machen kann. Getestet habe ich zwei 5 Volt Schaltnetzteile von MeanWell mit je 3 A und 10 A Strombelastbarkeit. Anzunehmen ist, dass auch leistungsstärkere Netzteile vom gleichen Hersteller verwendbar sind. Meine Schaltung greift in die Ausgangsspannungsreglung des Netzteils über einen galvanisch trennenden Optokoppler ein. Bei der Stromreglung wird keine Leistung sinnlos in Wärme umgesetzt, da ja das Netzteil selbst über eine Feedbackleitung geregelt wird. Man kann die Ausgangsspannung und den maximalen Strom bequem mit zwei feinfühlig einstellbaren Spindelregler einstellen. Über diese beiden Parameter kann der angeschlossene Akku (egal ob LiPo oder LiFePo4) auf die gewünschte Spannung geladen werden und es kann dabei auch der maximale Ladestrom genau vorgegeben werden. Eine gelbe LED zeigt den laufenden Ladevorgang (CHARGE) an und eine grüne LED (RDY) leuchtet, wenn der Akku auf die vorgegebene Spannung geladen wurde. Es ist nicht erforderlich, dass der Akku nach dem Ladevorgang wieder abgetrennt wird. Wenn die Ladeschlussspannung erreicht ist, verringert sich der Ladestrom automatisch langsam auf Null. 

Auf den Leitungen zum Akku sind bei großen Strömen nicht zu vernachlässigbare Spannungsverluste zu erwarten. Werden diese nicht kompensiert, dann kann der Akku nicht mit dem gewünschten maximalen Strom geladen werden. Die beiden korrespondierenden Leitungen sind unbedingt erst direkt am Akkuanschluss miteinander zu verbinden. Die Sense Leitung muss dabei keinen grossen Kabelquerschnitt haben.

Anwendung: 

1. Wenn sich einzelne Zellenspannungen eines Akkupacks durch die Lade- und Entladevorgänge voneinander entfernen, kann man den Einzelzellenlader auch dafür verwenden, Zelle für Zelle initial auf eine bestimmte gleiche Spannung zu laden. Der Akkupack funktioniert dann wieder wie am ersten Tag.

2. Es ist auch möglich, jede Zelle eines Akkupacks mit je einem Einzelzellenlader zu laden. Ein sonst unbedingt erforderliches Balancieren bei und nach dem Laden wäre dann nicht notwendig, da keine der Zellen über seine Ladeschlussspannung geladen werden kann. 

3. Auch das Überwintern von Akkupacks bei Wohnmobilen / E-Booten ist sehr einfach möglich. Jede Zelle bekommt auch hier einen eigenen Einzelzellenlader. Da man hier auch eine kleinere Spannung als die normale Ladeschlussspannung einstellen kann, ist es sehr einfach möglich, den Akku nur bis zu 50 oder 70% für eine Überwinterung zu laden. Die Einzelzellenlader können dann über den kompletten Winter dauerhaft anglemmt bleiben.

4. Der Einzelzellenlader kann durch seinen hohen Ladestrom auch für den Aufbau eines mehrzelligen Akkupacks verwendet werden. Bei einer Initialladung werden vor der Reihenschaltung erst einmal alle Akkuzellen parallel geschalten und dann wird bis zur Ladeschlussspannung geladen. So wird Spannungsgleichheit aller Zelle realisiert. Es reicht absolut nicht aus, nur die Zellen einige Tage parallel zu klemmen um so einen Spannungsausgleich der Zellen zu realisieren. Es muss für eine Initialladung unbedingt auch geladen werden.

5. Ich verwende den Einzelzellenlader dafür, dass ich bei Bedarf einzelne Zellen meines 8-zelligen LiFePo4 Solar Speicher Akkus gezielt nachlade, wenn sich die Klemmspannung einer Zelle zu weit von Spannungen anderer Zellen entfernt. Mein Winston 8 mal 160 Ah Solarakku hatte nach zwei Jahren Dauernutzung eine Zelle mit einer deutlich kleineren Spannung. Zum Glück habe ich aber auch mit meinem Akkucontroller eine Möglichkeit, die Spannung jedes einzelnen Akkus im Tagesverlauf zu sehen. Der Spannungsverlauf wird über MQTT geloggt und schön graphisch dargestellt.

Hinweis:
Das Öffnen und der Umbau des Schaltnetzteils darf nur im spannungslosen Zustand erfolgen. Sie sollten genau wissen was Sie tun. An den Bauteilen des Netzteils liegen ggfs. lebensgefährliche Spannungen an.

Umbau MeanWell Netzteil 5 Volt / 10 A Bezeichnung RS-50-5 (www.reichelt.de)  Siehe Bilder weiter unten.

Meine erste Schaltungsentwicklung habe ich auf einem Stück Lochrasterleiterplatte ausgeführt. Am Spindelregler kann der maximale Ladestrom und die Ladeschlussspannung in weiten Grenzen eingestellt werden. Am Ladeende verringert sich der Ladestrom immer weiter. Der Ladestrom geht auf nahe 0 A, wenn die Akkuzelle die Ladeschlussspannung erreicht hat. Bei diesem Testaufbau hatte ich noch keine kompensierenden Sense Leitungen verwendet.

Alle Bauteile kann man problemlos über www.reichelt.de beziehen.

Download der Schaltung als PDF (140 kb)
Download der Bestückung oben als PDF (19 kb)
Download der Bestückung unten als PDF (14 kb)

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