NiMH Akkulader Baugruppe für Baofeng UV-5R+

Ein NiMH Akkulader nach meinen Vorstellungen

Für mein Handfunkgerät Baofeng UV-5R+ habe ich nachträglich ein passendes leeres Batteriegehäuse von einem chinesischen eBay-Händler erworben.

W A R N U N G !
Bestücken Sie dieses Leergehäuse nicht sofort mit Batterien oder Akkus!
Es besteht Brandgefahr!

Der Hersteller des Leergehäuses hat es in Kauf genommen, die geballte Kraft eines voll geladenen Akkupacks der Gefahr eines Kurzschlusses auszusetzen. Auf eine Länge von 10 cm entlang zweier R6 Zellen befindet sich in diesem Gehäuse eine breite scharfkantig gestanzte Blechbrücke, die lediglich durch die dünne Klebefolie, die die R6 Zellen umgibt, von den Minus-Polen direkt unter der Klebefolie getrennt ist. Bereits das einmalige vertikale harte Aufsetzen dieses Akkupacks auf einen Tisch führte zu einem "Aufsägen" der Akkufolie durch den Grat des Blechstreifens und zu einem Kurzschluß einiger Zellen.

Akkusäge:
Blechstreifen mit Grat

Ergebnis: Kurzschluß!
geschmolzene Folie

Abhilfe:
Isolierstreifen

Zukunft: Taikonauten
über meinem Kopf?

Nach der Beseitigung dieses Fehlers in der Hardware stellte sich eine weitere potentielle Fehlerquelle dar: Wird das Leergehäuse mit 6 Stück 1,5 V Zellen (kein Akku) bestückt, dann kann die Betriebsspannung für das Funkgerät auf 9 V steigen. Der originale Akkupack zum Funkgerät ist mit nur 7,4 V Nennspannung angegeben. Meine Versuche mit maximal 8,6 V Betriebsspannung hat das Funkgerät bisher überstanden und die angelegte Betriebsspannung wurde auch brav im Display angezeigt (Drücken Sie die Taste 0/SQL etwas länger). Den Betrieb des Funkgeräts mit 6 Stück 1,5 V Alkalizellen habe ich nicht versucht.
Nach den Umbauten habe ich das Leergehäuse mit 6 Stück NiMH Akkus R6 2500 mAh bestückt, was viele Stunden Funkbetrieb verspricht. Aber auch diese Akkus sind irgendwann einmal leer und müssen wieder aufgeladen werden. Dazu müssen die Akkus aus dem Batteriegehäuse entnommen und in ein externes Ladegerät eingesetzt werden. Etwas fummelig, diese Tauscherei.
Im Batteriegehäuse befindet sich ein nicht genutzter Raum, der mir groß genug erschien, eine Lade-Elektronik aufzunehmen. Auch für eine DC-Buchse und eine LED zur Zustandsanzeige ist genug Platz.

Folgende Eigenschaften sollen vorhanden sein:

Ladestrom etwa C/20, das sind etwa 120 mA. Damit können die NiMH-Akkus nicht überladen werden, auch wenn man einmal das Beenden des Ladevorgangs vergißt.
Versorgung aus 12 V Steckernetzteil, 12 V Solarzelle oder 12 V Autobatterie
Keine Mikroprozessor-Schaltung, da Störungen im Empfänger zu erwarten sind.
LED soll erst blinken, wenn wirklich Ladestrom fließt.
LED soll dauerhaft leuchten, wenn der Akku voll ist, jedoch soll weiterhin mit C/20 geladen werden.
Keine automatische Endabschaltung! Laden wird erst durch Entfernen der 12 V Quelle beendet.

Das Schaltbild und die Funktionsweise

Das Herz der Schaltung ist ein astabiler Multivibrator bestehend aus den Transistoren T2 und T4, der die LED D2 gemütlich blinken läßt.

Transistor T1 steuert erst dann durch, wenn Z-Diode D1 anfängt zu leiten und die Spannung U_BE von T1 auf etwa 0,7 V angestiegen ist, was bei etwa 8,2 V Eingangsspannung der Fall ist. Leitet T1, dann schaltet er die Emitter von T2 und T4 auf Massepotential, so daß der Multivibrator schwingen kann. Sinn dieser Einzelheit ist es, zu geringe Eingangsspannungen (wie etwa ein versehentlich angeschlossenes 5 V Netzteil) kenntlich zu machen. Bei 5 V erfolgt noch keine Ladung des Akkus, die LED bleibt dunkel, erst ab etwa 8 V beginnt der Ladevorgang und die LED beginnt zu leuchten.

Ähnlich wirken Transistor T3 und Z-Diode D3. Wird T3 leitend, was bei etwa 8,2 V Akkuspannung der Fall ist (je nach Exemplarstreuung von D3 und D4), dann wird die Basis von T2 auf Masse gezogen und der Multivibrator kann nicht mehr schwingen. Die Basis von T4 erhält über R5 ständig positive Spannung und steuert T4 durch. D2 leuchtet dauernd und erinnert daran, daß der Ladevorgang nun beendet werden kann (aber nicht: muß).

Der Ladestrom kann durch Änderung des Widerstandes R8 festgelegt werden. Kleinere Werte erhöhen den Ladestrom und verringern die Ladezeit, jedoch leider auch die Erwärmung der Elektronik, was dann durchaus als unangenehm heiß empfunden wird.
Ich habe mich bewußt für einen Ladestrom von etwa C/20 entschieden. Bei diesem Strom (etwa 110 mA) können die NiMH-Akkus theoretisch nie überladen werden, auch wenn man einmal das Abstöpseln der 12 V Quelle vergißt. Den Nachteil der nun etwa 20 Stunden langen Ladezeit nehme ich in Kauf.

Theorie / Layout

Praxis / Leiterplatte bestückt

So sieht die fertig eingebaute Ladeschaltung aus. Die auf der Leiterplatte stehend angeordneten Bauelemente haben 2 mm Abstand zu den darüber liegenden R6-Zellen. Zur Sicherheit habe ich eine Abdeckung aus hartem glasklaren Kunststoff eingefügt. Die überstehende Länge des Verbindungskabels verschwindet im nicht genutzten Raum ganz am Boden des Gehäuses.

Einbau

Iso-Abdeckung

Innenansicht

Noch eine Bemerkung zum vorhandenen Kontaktmaterial: Obwohl es aussieht wie gewöhnliches verzinntes Blech - es läßt sich mit Kolophonium als Flußmittel nicht löten.
Abhilfe schaffen zwei kleine 2 x 5 mm große Kontaktstücke aus einem Stück 0,25 mm dicken Messingblech, an die die Verbindungskabel zur Ladeelektronik mit wenig Zinn angelötet werden. Die Streifen werden anschließend etwas nach Art einer Blattfeder gebogen und passen straff zwischen Kunststoff und Blechteil für den Plus- oder Minuspol.