Ladegerät für Panasonic 26V Fahrradakku

Selbst gebraucht sind die Dinger viel zu teuer, also bau ich eins selbst.

Wem kommt dieser Akku und dieses Ladegerät bekannt vor?

Richtig, ein Akku und ein Ladegerät für ein Pedelec mit Panasonic 26V-Motor.

Wie das so mal passieren kann, ist das Ladegerät verlorengegangen, aber Akku und Fahrrad sind noch in gutem Zustand, es muss also ein Ersatz her. Sowohl der Preis für ein Neues als auch die Gebrauchtpreise erscheinen ziemlich hoch und dem Alter des Fahrrades bzw. Akkus nicht mehr angemessen.

Den Akku ohne das Original-Ladegerät zu laden, ist nicht allzu schwierig. Test- und Übergangsweise geht das mit meinem Ladegerät - oder auch nicht. Weil, wenn man einfach nur ein Ladegerät an die richtigen Kontakte des Akkus anschließt, schaltet das interne BMS (Batteriemanagementsystem) nach kurzer Zeit ab. Ein wenig Überzeugungsarbeit muß man doch noch investieren. Etwas Internet-Recherche fördert die Information zutage, daß man einen Kontakt des Akkus an 12V legen soll, damit der Akku geladen werden kann. Funktioniert auch soweit, nur stellt sich dabei ein kleiner Unterschied zum Original ein: Normal zeigt der Akku während des Ladens seinen Ladezustand auf den 5 LEDs an, mit der genannten Methode nicht. Lädt aber trotzdem, also erstmal nicht schlimm.

Nun geschah es, daß ich ein Original-Ladegerät leihweise testen konnte. Stellt sich heraus, es ist alles ganz einfach: Der richtige Kontakt am Akku (um den Ladevorgang zu steuern) ist der Andere. Der Akku hat insgesamt fünf Kontakte: Minus, Plus (Ausgang zum Motor), Ladestrom, Daten, und Ladesteuerung (allerdings nicht in dieser Reihenfolge). Besagter Hinweis aus dem Internet war "lege den Datenkontakt auf 12V", was auch bewirkte, daß ich den Akku über Minus und Ladestrom mit meinem Ladegerät laden konnte. Nur ist der Datenkontakt dafür gedacht, dem Motor bzw. dem Steuergerät am Fahrrad den Ladestand des Akkus mitzuteilen, nicht um den Ladevorgang zu steuern.

Die richtige Vorgehensweise ist diese: Man lege über einen 10k-Widerstand den Ladesteuerungskontakt an 12V. Der Akku teilt dem Ladegerät dann über die Spannung am Kontakt mit, welcher Ladestrom einzustellen ist und daß der Ladevorgang beendet ist.

  • >7.5V bzw. offen: Kein Akku angeschlossen
  • ca. 6.5V: Der Akku wünscht 0.2A Ladestrom
  • ca. 3.4V: Der Akku kann mit vollem Ladestrom geladen werden
  • <1V: Der Akku ist fertig geladen, Ladestrom abschalten
  • Mit einer einfachen Komparatorschaltung läßt sich das auswerten und für ein einfaches automatisches Ladegerät verwerten.

    Belegung der Kontakte am Akku, von links nach rechts:

  • Plus zum Motor
  • Plus (Ladestrom)
  • Daten (zum Motor / Steuergerät)
  • Minus (Motor / Ladegerät), Masse für Daten und Ladesteuerung
  • Ladesteuerung
  • Es gibt natürlich keine passenden Stecker für den Akku zu kaufen, also mußte ich hier etwas basteln:

    Als "Ladegerät" eignet sich ein fertig gekauftes Netzteil für nominell 27V und 100W. Dabei ist darauf zu achten, daß das Netzteil bei Überlast in den Strombegrenzungsbetrieb und nicht in den "Hickup"-Modus geht. Das sollte im Datenblatt des Netzteils erkennbar sein. Die Ausgangsspannung kann bei dem Exemplar, das ich verwendete, mit einem Poti auf die benötigte Spannung von 29.4V eingestellt werden, die Strombegrenzung sollte man auf jeden Fall etwas reduzieren, damit das Netzteil im Ladebetrieb nicht dauerhaft oberhalb seiner Nennleistung läuft. Hierzu war es notwendig, das Netzteil leicht zu modifizieren, die genaue Vorgehensweise hängt vom Netzteil ab, deswegen beschreibe ich das hier nicht genauer. Nach der Modifikation liefert das Netzteil ca. 3.4A im Strombegrenzungsbetrieb. Der Strombegrenzungsbetrieb macht den wesentlichen Teil des Ladevorgangs aus, daher muß man genau darauf achten, daß das Netzteil dafür geeignet ist.

    Die Schaltung sieht ungefähr so aus (Vorsicht, kann Fehler enthalten):

    Der Ladevorgang wird durch Drücken des Tasters SW1 gestartet. Dies versorgt die Schaltung mit der notwendigen Hilfsspannung von 12V durch das Hilfsnetzteil. Das als Ladegerät umfunktionierte Netzteil wird ebenfalls mit Netzspannung versorgt.

    Falls kein Akku angeschlossen ist, sorgt der Komparator U1A dafür daß das Relais K1 nicht einschaltet, und die Schaltung wird wieder stromlos sobald man den Taster SW1 wieder losläßt.

    Über R13 fließ ein kleiner Strom in den Ladesteuerungskontakt des Akkus. Dies signalisiert dem Akku, daß der Ladevorgang beginnen soll. Der Akku steuert nun über die an dem Kontakt anliegende Spannung den Ladestrom. U1C und U1D werten diese Information aus. Der Ausgang von U1C wird hier nicht gebraucht und ist daher nicht angeschlossen.

    Solange jetzt die Spannung am Ladesteuerkontakt ca. 6.5V beträgt, erwartet der Akku einen niedrigen Ladestrom (das Original-Ladegerät liefert hier ca. 0.2A). Der niedrige Ladestrom wird vermutlich benötigt, um einen tiefentladenen Akku vorsichtig aufzuwecken, oder falls der Akku fast voll ist und der interne Balancer nicht den vollen Ladestrom einer einzelnen Zelle ableiten kann.

    Der Akku signalisiert mit einer Spannung von ca. 3.4V an dem Steuerkontakt, daß der volle Ladestrom fließen kann. Es gibt Originalladegeräte mit ca. 2A und ca. 4A Ladestrom, in diesem Bereich sollte dann auch der Ladestrom liegen. Der Ausgang von U1D schaltet das Relais K2 ein, damit der volle Ladestrom fließen kann.

    Wenn der Akku voll ist, signalisiert dieser dies indem er die Spannung am Steuerkontakt auf ca. 0.5V bringt. U1B schaltet dann K1 ab, damit trennt sich der Lader selbst vom Netz und vom Akku. Q1 und R4 sind zur "Schnellentladung" des Hilfsnetzteils vorgesehen, da sonst ein undefiniertes Verhalten auftreten kann, wenn dessen Ausgangsspannung zu langsam abfällt.

    An der Datenleitung liegt ein seriell codiertes digitales Signal an, das u.A. den Ladezustand des Akkus an den Motor bzw. das Steuergerät übermittelt. Die Originalladegeräte werten diese Leitung nicht aus (man kann hier auch den Widerstand R14 einfach weglassen).

    Es kann sinnvoll sein, direkt an den Ausgang des Netzteils einen Elko (z.B. 2200uF / 35V) anzuschließen, da zumindest mein Netzteil beim Test gelegentlich in die Überspannungsabschaltung gelaufen ist. Dies tritt z.B. auf, wenn im Konstantstrombetrieb K2 öffnet und das Netzteil schnell in den Konstantspannungsmodus umschalten muß. Dabei kann ein Überschwingen der Ausgangsspannung auftreten, was den internen Überspannungsschutz zum Ansprechen bringt. Das Netzteil schaltet dann ab bis es vom Netz getrennt wird. Ein hinreichend großer Elko am Ausgang reduziert die Amplitude des Überschwingers, so daß es nicht abschaltet. Allerdings tritt durch den Elko beim Einschalten von K2 ein recht hoher Einschaltstromstoß auf, der zum Verkleben der Kontakte des Relais oder anderen Problemen führen kann. Man sollte den Elko also nur falls unbedingt notwendig einbauen. Bisher konnte ich noch nicht beobachten, daß der Akku während des Ladebetriebs von vollem auf reduzierten Strom umschaltet, daher ist der Fall wahrscheinlich nicht so kritisch und man kommt ohne den Elko aus.

    Zurück ... und ein Zaehlpixel hab ich auch :-)