Batterie-Refresher, Sulfatierung 11.2.2015 Beim normalen Entladevorgang bildet sich an beiden Platten einer Batterie Bleisulfat (PbSO4). Dieses ist normalerweise sehr fein und ausreichend reaktionsfreudig. Während des Ladens wird es normalerweise wieder elektrochemisch zerlegt und kann keinen Schaden anrichten. Bei einer nicht benutzten oder selten geladenen Batterie (z.b. Lagerung über Winter) wandelt sich das Sulfat zu Kristallen, die sich auf der Oberfläche der Bleiplatten ablagern. Im Laufe der Zeit werden sie hart und grobkörnig. Man nennt das Sulfatierung. Links eine intakte, rechts eine zerstörte Bleiplatte (Bild aus Wikipedia) Einerseits verringert dies die aktive Oberfläche der Elektroden und führt so zu einer schlechteren Reaktionsfähigkeit und die Batterie kann weniger Ladung aufnehmen, andererseits können die gebildeten Bleisulfat-Kristalle durch Erschütterungen von den Elektroden abfallen und am Boden der Zelle eine Schlammschicht bilden. Diese Ablagerung kann so hoch werden, dass sie beide Elektroden berührt. Es entsteht ein Kurzschluss (Plattenschluss) der die Akkuzelle zerstört. Seltene Ladezyklen bzw. Selbstentladung sind somit die Hauptursachen der Kristallbildung. Das Ziel ist es, diese Sulfatierung zu verlangsamen bzw. schon gebildete Kristalle wieder zurückzuführen. 1
Dies wird häufig auf elektronischem Wege mit speziellen Impulsen erreicht, die im Batteriepulser (Refresher) erzeugt werden. Prinzipbild Der Batteriepulser ist dabei am Plus- und Minuspol einer Batterie angeschlossen. Um die Batterie vor einer Entladung zu schützen, ist er nur dann in Betrieb, wenn sie sich im Ladevorgang befindet (Batteriespannung > 12,8V). Durch Stromimpulse in einer bestimmten, sehr hohen Frequenz (Eigenfrequenz der Kristalle) werden diese zum Zerbrechen gebracht und lösen sich dann in der Batteriesäure wieder auf. Da nun die aktive Oberfläche der Bleiplatten wieder vergrößert wurde, erhöht sich auch die Kapazität des Akkus. Man kann sich das wie das Zerspringen eines Glases bei entsprechenden Tönen vorstellen. Die eingebaute LED signalisiert den aktiven Zustand des Refreshers. 2
Ein Nachteil ist, daß sich der Refresher-Impuls (s.prinzipbild) aufteilt in einen Teil in Richtung Batterie und einen Teil in Richtung Ladegerät bzw. Verbraucher. Letzteres ist nicht erwünscht. Jetzt kam die Idee, einen Filter zu bauen, der die Refresher Impulse in Richtung Ladegerät / Verbraucher sperrt, den Lade- bzw. Entladestrom, der jeweils mehrere Ampere haben kann, durchläßt. Soweit die Definition der Aufgabe. Es gibt zwar eine Menge Refresher Geräte, über deren Funktionsweise aber nur prinziphafte Informationen und schon gar kein Schaltplan zu erhalten sind. Außer dass es "geeignete" Impulse sind erfährt man nichts. Es ist aber zu erkennen, das das Prinzip der Refresher gleich oder mindestens ähnlich ist. Um Detailkenntnisse zu bekommen war es nötig, ein Fertiggerät zu kaufen und die ausgesendeten Impulse zu messen und oszillografieren. Prinzipbild der Versuchsanordnung Und der Prüfaufbau 3
Die Idee war, einen Akku an einen Refresher anzuschließen und den von ihm erzeugten Impuls zu messen. Dann in den oben gezeigten Refresherkreis eine Induktivität (Prüfling) einzuschleifen und so lange zu erhöhen, bis die von Refresher erzeugten Stromimpulse gesperrt werden. Die so ermittelte Induktivitätsgröße ist dann als Filter für die Impulse geeignet (s.o.). Der angehobene Fußpunkt soll möglichst neutral sein und die Akkuspannung (aus Sicht des Refreshers) auf die Einschaltspannung für die Impulse anheben. Der Impulsstrom wird dann durch einen Meßwiderstand (0,1 Ohm) detektiert und am Oszillograf sichtbar gemacht. Die Bauteile um Störimpulse bei zugleich hohen Strömen mit Induktivitäten (Drosseln) abzublocken, findet man sicher in Computernetzteilen. 1 (li) Musterluftspule als Vergleichsobjekt, L = uh-bereich R = 0,1Ohm 2 (mitte) antiparallel geschaltete Wicklungen aus dem 5V Kreis, L = 2x uh-bereich, R = 2x 0,01Ohm 3 (re) antiparallel geschaltete Wicklungen aus dem Primärkreis, L = 2x mh Bereich, R = 2x 0,12Ohm Diese 3 Prüflinge habe ich aus meinem Fundus herausgesucht. Man sieht, alle 3 Spulen haben einen sehr niedrigen Ohm Wert. Sie sind also alle für hohe Ströme konzipiert. Je nach Verwendungszweck haben sie aber verschiedene Induktivität. Spule Nr.2 ist z.b. aus dem 5V Sekundärteil. Immerhin soll das Netzteil bis 30A!!! Strom abgeben können. Spule Nr.3 ist aus dem gleichen Netzteil, aber aus dem Primärkreis und hat somit die Aufgabe Störimpulse auf der 230 V Netzspannung abzublocken. Es hat erstaunlicherweise auch einen sehr niedrigen Ohm Wert aber auch einen Induktivitätswert im mh Bereich. 4
Erster Versuch: Impuls ohne Prüfling x = 20usec/Div, y = 0,2V/Div, Prüfwiderstand 0,1Ohm Wie man sieht haben die Stromimpulse immerhin 3A Spitzenwert und widerholen sich alle 120usec (ca. 8,3kHz). Die Impulse sind ca. 20usec breit und haben ein ausgeprägtes Einschwingverhalten. Laut Aussage der Hersteller sind solche Impulse geeignet die Kristalle auf den Bleiplatten aufzulösen. Für diese Impulse gilt es nun einen Filter zu suchen, der diese sperrt, gleichzeitig aber einen hohen Gleichstrom durchläßt. Eine Induktivität oder 2 antiparallele Induktivitäten zwecks Entstörung fand ich wie vermutet in einem Computernetzteil. 5
Zweiter und dritter Versuch: Man sieht, daß das Einschwingen des Impulses sehr stark gedämpft ist, die Oberwellen sind alle weg. Der Impuls selbst ist aber nur ein wenig verschliffen. Da Spule 1 und 2 im ähnlichen Größenbereich sind, zeigen sie ein ähnliches Bild. Für die Blockierung des gesamten Impulses sind sie jedoch viel zu klein. Impuls mit Prüfling 1 und 2 x = 20usec/Div, y = 0,2V/Div, Prüfwiderstand 0,1Ohm 6
Vierter Versuch: Impuls mit Prüfling 3 x = 20usec/Div, y = 0,2V/Div, Prüfwiderstand 0,1Ohm Die antipallele Spule Nr.3 war erfolgreich. Man sieht den Impuls nur noch andeutungsweise. Die Spule hat einen Wert im mh Bereich und trotzdem die kleinsten mechanischen Abmessungen. Für diese Spule habe ich mich dann entschieden. Schaltplan des fertigen Geräts: 7
Jetzt braucht das Ganze noch ein Gehäuse: Es bot sich kaschiertes Material an. Die einzelnen Platten zusammengelötet 8
Das Gehäuse lackiert und bestückt Alles zusammengebaut 9
Das ist das fertige Gerät Eingangsseite (Ladegerät) und die Ausgangsseite ( Akku) Viel Spaß beim Lesen dieser Doku. Günter Kurschatke 10