LiPo Ladeschaltungen und Steckverbindungen


84 27.09.2019


Artikel-Vorschaubild
Ladeplatine mit Chip TP4056 in der Gehäuseschale.

Zum Laden von LiPo-Akkus mit einer Zelle habe ich mit Platinen auf Basis des Chips TP4056 gute Erfahrungen gemacht. Für ein aktuelles Projekt wollte ich so eine Platine in ein Gehäuse einwickeln. Und dann war da wieder die leidige Frage nach der Steckverbindung zwischen Akku und Lader.


Mission

Im Deltang Komponenten hatte ich das Thema Akku und Laden näher beleuchtet. Seit 2016 ist wieder etwas Zeit vergangen und für weitere Bauprojekte stellt sich wieder die Frage nach der Ladetechnik. Zwei Dinge interessieren besonders:

  • Ladebuchse(n)
  • Lipo-Lader für 1S-Akkus

Ladebuchsen

Und wieder ist da die Suche nach einer geeigneten Ladebuchse. In der Vergangenheit gab es zwei Lösungen:

2,5 mm Klinkenbuchse am Akkutender der B360.
Laborbuchsen an der Unterseite der Diema DS 12.
Laborbuchsen am Akkutender der B660.

Ich hatte auf Mini-Laborstecker und -Buchsen geschwenkt, weil die kleinen Klinkenbuchsen nur für einen Strom von 500 mA ausgelegt sind. Tatsächlich betragen die Ladeströme jedoch 1 A. Außerdem entstehen beim Einführen und Herausziehen der Klinken-Stecker Kurzschlüsse.

Im Nachhinein stelle ich fest, dass sich die Laborstecker und -Buchsen nicht bewährt haben. Sie nehmen zu viel Platz ein und das Einstecken ist auch nicht ganz einfach. Und es muss immer darauf geachtet werden, dass sich die beiden Stecker nicht berühren (Kurzschlussgefahr), wenn der Lader eingeschaltet ist.

Eine sehr interessante Idee finde ich den Lader in der Lok. Wenn genügend Platz im Fahrzeug ist, lässt sich die kleine Platine unterbringen. Die Verbindung zur Außenwelt wird über eine Mini-USB-Buchse hergestellt. Diese benötigt wenig Platz.

Die richtige Technologie zur Stromversorgung sind Hohlstecker statt der Klinkenstecker.

Stecker gibt es in allen erdenklichen Größen. Das kleinste Maß, dass ich bei meinen Recherchen gefunden habe, ist einen Außendurchmesser von 2,5 mm. Das entspricht den 2,5 mm Klinkensteckern. Diese Bauteile sind für eine Stromstärke von 1 A ausgelegt.

Leider gibt es für diese kleinen Stecker keine Buchsen mit Gewinde zum Einschrauben, sondern nur für die Lötmontage.

Ein Maß, für das Schraubbuchsen verfügbar sind, ist ein Außendurchmesser von 5,5 mm. Die Buchse hat einen Gesamtdurchmesser von ca. 10 mm. Für kleine Grubenbahnloks ist das schon wieder zu groß.

Zwei informative Seiten zu Holsteckern und -Buchsen:

Für Fahrzeuge im Maßstab 1:22,5 mit genügend Platz oder für größere Maßstäbe ist das eine gute Lösung.

Für ein anstehendes Projekt suche ich eine sehr kleine Bauvariante. Weil es keine kleinen Buchsen für Schraubmontage gibt, lande ich wieder bei den 2,5 mm Klinkensteckern und -Buchsen in Mono-Ausführung.

Vielleicht wäre es auch einen Versuch wert gewesen, eine kleinere Hohlbuchse aus Kunststoff in ein Modell aus PETG oder PLA einzukleben (Beispiel https://www.cui.com/product/interconnect/connectors/dc-power-connectors/jacks/pj-038-smt-tr). Ich habe darauf verzichtet, weil es das Kleben von PETG nicht ganz einfach ist.

Als Klinkenstecker/-Buchsen verwende ich:

An dem Kabel ist der Klinkenstecker bereits montiert. Die Länge von 1,8 m scheint zu lang, kann aber gekürzt werden. Die Buchse hat einen Schalter, der beim Einschieben des Steckers betätigt wird und den Stromkreis zwischen Akku und Empfänger trennt.

Image
Klinkenstecker und -Buchse von Reichelt.

Lipo-Lader

Dem Konzept des Betriebes mit einer Lipo-Zelle möchte ich unbedingt treu bleiben. Die Ladetechnik bleibt einfach, weil kein Balancer-Anschluss wie beim Laden von Mehrzellen-LiPos benötigt wird.

Zum Laden einzelliger LiPo-Akkus gibt es unzählige kleine Platinen mit USB-Anschluss (5 Volt). Für die nächsten Projekte nutze ich Platinen mit dem Chip TP4056 (Beispiel von Aliexpress).

Datenblatt: http://simtronyx.de/documents/documentation/TP4056.pdf

Image
Eine mögliche Platinenvariante für den TP4056.

Der Chip kann bis zu 1 A Ladestrom bereitstellen. Die Einstellung des Ladestroms erfolgt über Widerstände in der Schaltung. Es sind meist fertig konfigurierte Platinen mit fest eingestellten Ladeströmen erhältlich. Ich nutze Schaltungen mit 1 A Ladestrom. Die Konfiguration der Platine für andere Ladeströme ist möglich, wenn man den einen SMD-Widerstand entfernt und durch einen anderen Widerstand ersetzt. Löten auf SMD-Platinen? Ich lasse die Platine mal lieber unverändert.

Der Chip unterstützt 2 Leds:

AktionLED rot - LadenLED blau* - Standby
Ladenleuchtetaus
Laden beendetausleuchtet
Kein Akku angeschlossenflackertleuchtet

*) Auf einigen Platinen ist diese LED grün.

In Deltang Komponenten wusste ich noch nicht, wie die Platine am besten eingepackt wird. Damals hatte ich sie in einen Schrumpfschlauch eingeschweißt. Jetzt habe ich dafür ein Gehäuse konstruiert und im 3D-Druck angefertigt. Ober- und Unterteil werden mit M2-Schrauben verbunden.

Oberteil
Unterteil

Downloads

Das Gehäuse besteht aus zwei Hälften, in die Platine eingeklemmt wird. Auf der einen Seite befindet sich der Mini-USB Anschluss und auf der anderen Seite wird das Ladekabel herausgeführt. Dafür ist keine Buchse vorgesehen, sondern das Ladekabel wird an die Platine gelötet (Anschlüsse B+ und B-). In den Gehäuseschalen sind Lüftungsschlitze zur Kühlung vorhanden. Durch sie sind auch die Leds sichtbar.

Ladestrom

Beim Ladestrom gilt die Beachtung einer Obergrenze. Wenn in der Doku zum Akku nichts weiter aufgeführt ist, kann er mit 1C geladen werden (1000 mA Ladestrom = Akku 1000 mAh Kapazität). Einige Akkus können auch mit höheren Strömen geladen werden. Der hier vorgestellte Lader mit 1 A Ladestrom kann auf jeden Fall 1000 mAh Akkus laden.

Akku-Beispiele

Der nano-tech 0.95hat eine Kapazität von 950 mAh und kann mit einem maximalen Ladestrom von 5C geladen werden. Mit 4,75 A (5 * 0.95) ist der Akku in 12 Minuten voll geladen. Mit dem hier vorgestellen 1A-Lader wird etwas eine Stunde benötigt.

Der folgende Noname-Akku mit einer Zelle und 1100 mAh Kapazität besitzt auf dem Gehäuse keine Beschriftungen. In den Beschreibungen verschiedender Anbieter wird auf einen Ladestrom von 1C verwiesen, was 1100 mA entspricht. Auch so ein Akku ist für den hier vorgestellten Lader geeignet.

Fazit

Die 2,5 mm Klinkenstecker und Klinkenbuchsen sind für Modelle mit wenig Platz eine brauchbare Lösung. Die kurzzeitigen Kurzschlüsse beim Einstecken bzw. herausziehen des Klinkensteckers haben bisher noch keine Störungen verursacht.

Image
Akku-Lader im Betrieb.
Tags
#2019 #lipo #3d-druck #elektronik
Vorheriger/Nächster Artikel