Akku schonend & sicher laden: USB-Geräte, 18650 & Co

Akku Laderegler - Slow Charge, Akku mit weniger Strom laden.Ein Regelmodul mit frei einstellbarem Ladestrom, um Akkus schonend & sicher zu laden:

  • Für Geräte die per USB geladen werden.
  • Für „nackte“ Li-Ion Akkus, wie 18650, etc…
    + wählbare Ladeschlussspannung.

Inhalt

Falls bei den Begriffen im Beitrag Fragezeichen über'm Haupthaar aufplöppen: Abkürzungen & Begriffe

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Vorwort

Welche Gründe dafür sprechen Akkus schonend & kühl zu laden habe ich hier beschrieben:
Schonend & sicher laden

Eine noch simplere Lösung zur Begrenzung des Ladestroms habe ich hier beschrieben:
Akku schonend & sicher laden: USB-Geräte
Nachteil: Kein frei einstellbarer Ladestrom, keine nackten Akkus laden.
Vorteil: Für zwei linke Hände geeignet.
😉

„Cold Charge“ Station

Im folgenden beschreibe ich ein Regelmodul welches einen frei einstellbaren & ablesbaren Ladestrom bietet. Man hat also Kontrolle darüber ob / wie warm ein Gerät beim Laden per USB wird, und falls man es doch mal eilig hat kann man auch mal schnell laden.

Tipp: Man kann den Laderegler beispielsweise so einstellen dass das Smartphone über Nacht schonend geladen wird – und beim ersten Sonnenstrahl trotzdem immer voll ist.

Kann man etwas kaputt machen? Nein, denn das zu ladende Gerät bestimmt selbst mit wieviel Strom es maximal laden möchte. Man kann am Laderegler nicht „zuviel Strom“ einstellen. Man kann nur sagen „Du bekommst weniger Strom als Du gern hättest!“.

Man benötigt:

  • Das Regelmodul inkl. Gehäuse:  AM | FT
  • Ein Netzteil zur Stromversorgung des Regelmoduls. Das folgende 12V/2A Netzteil ist in Verbindung mit dem Modul geeignet um USB-Geräte zu verwenden die mit bis zu 3 Ampere laden können:  AM | EB
  • Nicht zwingend, aber nützlich: Universal-Ladekabel  AM | GB | FT | EB
Klick: Alle Details zur Stromversorung...

Das Regelmodul ist sehr flexibel und kann mit beliebigen DC-Netzteilen von 5-36V versorgt werden.

Damit das Netzteil niemals überlastet werden kann muss es mehr Watt liefern können als das zu ladende Gerät laden kann. Dazu rechnet man erstmal die maximale Watt-Leistung des zu ladenden USB-Gerätes aus:

5V * Stromstärke des USB-Gerätes = Watt, mit denen geladen werden könnte.
Bei einem Gerät das mit 2 Ampere laden könnte sind das 10 Watt. Bei einem Gerät mit 3A entsprechend 15 Watt.
5V * 3A = 15 Watt sind möglich.

Das Netzteil müsste hier nun also mindestens 15 Watt liefern können. Bei einem 12-Volt Netzteil rechnet man:

12V * Stromstärke des Netzteils = Watt, die maximal geliefert werden können.
12V * 2A = 24 Watt kann das Netzteil liefern.
Abziehen muss man noch den Strombedarf & Wandlungsverlust des Regelmoduls, nehmen wir großzügig ein Drittel:
24 Watt / 3 * 2 = 16 Watt, und damit mehr als das USB-Gerät fordern könnte.

Im Popup des oben verlinkten Netzteils gibt es auch 12V-Netzteile mit 3/4/5 Ampere die kaum teurer sind, und noch mehr „Luft nach oben“ bieten.

Gratis zum Regelmodul gibt es noch Überraschungs-Ei-Feeling – man darf noch ein wenig basteln. 😉 Wer zwei Drähte abisolieren kann ist dabei.

Akku Laderegler - Slow Charge, Akku mit weniger Strom laden.

Einrichtung des Moduls…

Das Gehäuse steckt man selbst zusammen. Die Plexiglasteile kommen in brauner Schutzfolie die man abzieht:

Akku Laderegler Lieferumfang.

  • Den selbstklebenden Kühlkörper brauchen wir für unseren Zweck nicht zwingend, aber da er schon dabei ist kleben wir ihn natürlich auch drauf, auf den schwarzen Chip, rechts neben der Kupferdrossel:

Akku Laderegler Platine.

  • Mit Kühlkörper:

Akku Laderegler Kühlkörper Position.

  • Schraube die Schrauben und die Abstandshalter in die 4 Löcher an den Ecken. Mit den Fingern festziehen reicht, Werkzeug braucht man nicht:

Akku Laderegler Abstandsschrauben.

  • Setze die Frontplatte so an das ihre Nase nach unten zeigt:

Akku Laderegler Frontplatte.

  • Setzte die Bodenplatte an und schraube die Bodenschrauben ein, nur locker erstmal.
  • Setze die beiden kleinen Seitenteile ein, dann die Rückseite, und dann den Deckel druff.
  • Alle 4 Deckelschrauben ganz locker eindrehen.
  • Sämtliche Schrauben mit einem Schraubendreher zärtlich festziehen, fertig.

Netzteil anschließen

Der Stromeingang des Regelmoduls befindet sich auf der linken Seite und ist mit „In +“ und „In –“ beschriftet.

Vom Netzteil schneidest Du das Ausgangs-Kabel durch, isolierst die Drähte ab, und schließt sie am Regelmodul an.
Achtung, das Regelmodul hat keinen Verpolungsschutz, also schließe die Stromquelle mit korrekter Polarität an (Plus/Minus nicht vertauschen), sonst ist das Regelmodul hinüber.
Die Polarität kannst Du zB mit einem Multimeter prüfen indem Du es auf DC einstellst, und die Kabel an die Messspitzen hältst. Wenn KEIN Minus-Zeichen vor dem Messwert ist dann ist dasjenige Kabel Plus welches am Plus-Kabel des Multimeters ist. Dieses Kabel gehört beim Regler auf die „In +“ Seite.

Einstellung der Ausgangsspannung

Du stellst nun (einmalig) die Ausgangsspannung des Reglers auf 5 Volt ein.
Achtung, das Regelmodul gibt die eingestellte Ausgangsspannung 1:1 am USB-Port aus. Die USB-Spannung darf 5 Volt nicht wesentlich überschreiten, also stell am Regler nicht mehr als 5 Volt ein. Verbinde ein USB Gerät erst dann wenn Du die Spannung eingestellt hast!

Wenn das Gerät mit der Front zu Dir steht (Taster vorn), dann ist das linke blaue Poti der Spannungsregler.
Die Potis sind Endlosregler – Du kannst sie nicht durch überdrehen kaputt machen. Falls Du am Ende bist drehen sie nur durch und klicken leise. Es kann sein das Du etwas kurbeln musst bis sich an der Spannung etwas tut. Im Uhrzeigersinn drehen: Mehr Spannung.
Du kannst einen USB-Monitor  AM | GB | FT | EB  verwenden um die Spannung am Ausgang zu kontrollieren. Im Gegensatz zu normalen USB-Geräten darf er immer angeschlossen werden, weil er für Spannungen bis 30 Volt ausgelegt ist.

Wenn Du die Spannung eingestellt hast solltest Du das Loch verschließen.
Zum Beispiel mit einem Watte-Böbbel, einem wohlgeformten Popel, oder sonstigem Profimaterial das Dir in die Hände fällt (Tesa drüber is vielleicht doch besser). Wenn das Loch verschlossen ist dann weißt Du später immer an welchem Poti Du nie mehr drehen sollst! 🙂
Der tolle Profitester (ich glaube damit bin ich gemeint) hat das Loch natürlich nicht verschlossen, und prompt mal das falsche Poti erwischt – 5,4 Volt an diversen USB-Geräten, die es alle überlebt haben, aber deren Toleranz kann man nicht vorhersagen…

Kalibrieren, optional

Wer möchte kann die Anzeige des Gerätes kalibrieren. Dazu kann man für die Anzeige der Ausgangsspannung den USB-Monitor  AM | GB | FT | EB  zum Abgleich verwenden.
Die Anzeige der Eingangsspannung braucht man nicht kalibrieren. Ob da real ein bisschen mehr/weniger Spannung ist ist für uns völlig uninteressant, weil das Modul die Ausgangsspannung sowieso unabhängig davon regelt. Wer es trotzdem abgleichen möchte nimmt dafür ein Multimeter…

  • Den zu kalibrierenden Wert anwählen.
  • Rechte Taste für mindestens eine Sekunde drücken, loslassen, dann blinkt der Wert.
  • Nun mit den Tastern den gewünschten Wert einstellen.
  • Verlassen: Wieder rechte Taste für mindestens eine Sekunde drücken.

Bedienung des Moduls

  • Linker Taster: Display An/Aus.
  • Rechter Taster: Wählt welcher Wert angezeigt wird:
    • U: Volt-Spannung am Eingang (die linke „IN“-LED auf der Platine leuchtet).
    • U: Volt-Spannung am Ausgang (die rechte „OUT“-LED auf der Platine leuchtet).
    • A: Ampere
    • P: Watt
    • Fortlaufender Wechsel zwischen allen Werten.
  • Ausgangsspannung ändern: Linkes Poti: Im Uhrzeigersinn = mehr Spannung.
    (da wollen wir aber im normalen Betrieb gar nicht mehr dran rumdrehen! 🙂 )
  • Ausgangsstrom begrenzen: Rechtes Poti: Im Uhrzeigersinn = mehr Strom zulassen.

LED

Das Regelmodul hat 2 rote LEDs für In/Out, so dass man sehen kann ob gerade die Eingangs- oder Ausgangsspannung angezeigt wird. Zusätzlich gibt es, oben rechts neben den Potis, drei kleine farbige LEDs:

  • CC/CV: Die Ampere-Begrenzung ist aktiv.
  • Charge: Akku lädt – es fließt Strom.
  • Full: Akku voll – es fließt kein Strom mehr.

Esst mehr trocken Brot! Das gesparte Geld bitte hier hin:
Akkuträger-Tests • Verdampfer-Tests.

Praxis

Das Regelmodul gehorcht dem Ohmschen Gesetz (Wikipedia). Der Ampere-Regler hält die Ausgangsspannung automatisch so niedrig dass das eingestellte Ampere-Limit niemals überschritten wird.

Je nach Gerät kann man die Ampere nicht endlos begrenzen, weil dann die Spannung zu niedrig wird. Beispielsweise hört ein iStick 40 mit dem Laden auf wenn die Spannung unter 4,1V sinkt, beim iStick Pico sind es 4,0V. Ich würde vorschlagen es bei mindestens 0,25A zu belassen. Es ist auch meist nicht nötig so tief zu gehen damit ein Akku eiskalt bleibt.

Ladegerät für „nackte“ Li-Ion Akkus

Das Regelmodul kann auch Li-Ion Akkus direkt laden (zum Beispiel 18650 Akkus), und dies deutlich freier als mit einem normalen Ladegerät. Man kann nicht nur die Begrenzung des Ladestroms (cold charge) völlig frei wählen, sondern zusätzlich auch die Ladeschlussspannung.

Wenn man also seine Akkus schonen möchte kann man den Regler so einstellen das nicht bis 4,2 Volt, sondern nur bis 4,1 Volt geladen wird.

Möchte man Akkus länger lagern (Wochen / Monate), dann kann man den Regler so einstellen das bis 3,7 Volt geladen wird.
Außer dem SkyRC MC3000 AM|EB|FT|GB ist mir kein Ladegerät bekannt bei dem man die Ladeschlussspannung einstellen kann.

Das Regelmodul arbeitet mit der CC/CV Methode (Wikipedia), was heißt das der Akku zunächst mit einem konstanten Ladestrom (Constant Current) geladen wird – das ist das was man mit dem Ampere-Begrenzungsregler eingestellt hat.
Wenn der Akku seine Zielspannung erreicht dann hält das Regelmodul diese Spannung (Constant Voltage), bis der Akku ganz voll ist. Dabei reduziert sich der Ladestrom automatisch immer weiter. 

Um mit dem Regelmodul Akkus zu laden braucht man noch einen passenden Akkuhalter. Für 18650-Akkus beispielsweise: AM | FT (beste Auswahl) | GB

Bedienung als Ladegerät

  • Mit dem linken Poti die gewünschte Ladeschlussspannung einstellen (bevor der Akku lädt).
  • Mit dem rechten Poti die maximale Ladestärke einstellen (wenn der Akku anfängt zu laden).

Will man einen Akku ganz genau proppevoll laden würde ich empfehlen die Zielspannung einzustellen, dann das Poti ganz langsam bis nächst niedrigeren Wert zu drehen. Ich habe zB auf 4,2V eingestellt, und dann so gedreht das so gerade eben 4,1 angezeigt wird. Der Akku hatte dann final 4,17V.

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Links & Kommentare

  • AM | FT  „Cold Charge“ Station
  • AM | EB  12V/2A Netzteil für bis zu 16 Watt am Ausgang der „Cold Charge“ Station
  • AM | GB | FT | EB  Universal Ladekabel
  • AM | GB | FT | EB  USB-Monitor
  • Empfehlenswerte Akku-Ladegeräte & Analyzer: Dampfer Tools
  • Akkus & Zubehör
    • AM|EB|FT|GB   Ladegerät & Analyser 4-Akkus
    • AM|EB|FT|GB   Ladegerät & Analyser 1-Akku
    • AM|EB|FT|GB   Akku für alle Akkuträger
    • AM|EB|FT|GB   Akku für maximal 20A
    • AM|EB|FT|GB   Schrumpfschlauch
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    • AM|EB|GB|FT   USB-Monitor Kapazität (mAh) und Akku-Alterung bei Geräten mit eingebautem Akku prüfen.
    • Meine aktuellen Lieblingsakkuträger
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Gernot P.

Hallo, soweit ich gesehen habe funktioniert das Regelmodul ab 5V, da könnte ich doch die Spannungsversorgung auch direkt vom USB Lader nehmen, oder? Habe in der Küche einen 4 Fach Lader für meine Akkuträger und Smartphone, bei zwei Ausgängen würde ich dann jeweils ein Regelmodul anhängen.
Spricht da etwas dagegen? MFG