Pulser 3 ist eine Schaltung, die periodisch Bleibatterien mit sehr hohen Strömen belastet. Ziel dieser Entladeimpulse ist der Abbau von Isolierschichten auf den Bleibatterieplatten. Diese Schichten entstehen, wenn Batterien in "nicht vollem Zustand" längere Zeit gelagert werden. Es sind Sulfatschichten (Stichwort Sulfatierung). Bei der Sulfatierung bilden sich Kristalle aus Bleisulfat, die die Bleiplatten isolieren und zudem elektrisch aktives Material binden. Sulfatierung kann verhindert werden (siehe hier) aber nur schwer wieder rückgängig gemacht werden.
Dennoch - ich habe es geschafft, eine neun Jahre alte Bleibatterie mit einer Kapazität von 7,2 Ah teilweise zu regenerieren. Von anfänglich 1500 mAh Restkapazität hat sie sich heute auf 2135 mAh Kapazität gesteigert. Das ist eine Steigerung um 42% innerhalb weniger Tage.
Neben der Sulfatierung gibt es auch Korrosion der Bleigitter. Diese ist leider nicht regenerierbar und wohl in meiner Batterie auch ein Einfluss für die sinkende Kapazität. Die vom Hersteller angegebene Lebenszeit der Batterie ist "bis zu 5 Jahre", und meine ist doppelt so alt. Darum ist mit einer Regenerierung zu 7,2 Ah nicht zu rechnen. Trotzdem stimmt es mich hoffnungsvoll, dass sich noch Kapazität rausholen lässt.
Zum Schaltplan: Ein Attiny 13 erzeugt 150µs-Impulse. Zum Desulfatieren werden diese 3 mal pro Sekunde ausgelöst (Dabei sollte ein Ladegerät angeschlossen sein, um die Entladung zu kompensieren). Über F1, D2, Shunt1 und T1 fließt ein Strom von etwa 80 - 100 A. LED1 blinkt und zeigt den Stromfluss an. D1 und VR1 bilden die Stromversorgung für den Microcontroller. Sofern die Batteriespannung in Ordnung ist, blinkt LED3 im Takt der Impulse. Wenn die Spannung zu niedrig wird, blinkt LED2 rot. Wenn die Spannung weiter sinkt, werden die Entladepulse abgeschaltet um den Akku nicht weiter zu entladen. LED1 blinkt parallel zum Lastwiderstand Shunt1. Sie zeigt den Spannungsabfall über Shunt1, der bis zu 10V (100A) werden kann. F1, D2 und T1 halten das locker aus, da die Impulse äußerst kurz sind. Für den Fall, dass der Attiny abstürzt und ggf. T1 dauerhaft ansteuert, ist F1 da. F1 wird durchbrennen und Schaden vermeiden.
Um neue Batterien vor Sulfatierung zu schützen, kann diese Schaltung ebenfalls verwendet werden - dafür ist sie eigentlich gedacht. Der Impuls sollte dann nur etwa alle 10 Sekunden erfolgen. Die Schaltung kann parallel zum Lader installiert werden. Bei mir lädt ein Lader "AL1600" während der Pulser parallel arbeitet. Insgesamt sind das etwa 25 mA Verbrauch (bei Desulfatierung), bei Schutz vor Sulfatierung (10 s) sind es rd. 9 mA.
Übrigens - Jmp1 entkoppelt den MOSFET vom Microcontroller. Das ermöglicht die den Test der Schaltung vor Inbetriebnahme sowie das Messen der Stromaufnahme der Schaltung. R3 und R4 sollten 1%-Widerstände sein, denn sie bilden den Spannungsteiler 15V/5V fürs Messen der Batteriespannung.
Update 02.05.2019. Der Strombedarf der Schaltung von 7,2mA war mir zu hoch. Wenn man von einer Pulsperiode von 10 Sekunden ausgeht, sofern man das als Schutz vor Sulfatierung macht - also ohne angeschlossenes Ladegerät. Die Entladeimpulse bei 80A und 150µs bedeuten 1,2 mA Belastung für den Akku. Mit Elektronik (7,2 mA) sind das rund 9 mA. Bei einer Kapazität von 10Ah wäre ein Akku nach knapp 1,5 Monaten leer. Darum habe ich das Programm umgeschrieben. Die Pulse erfolgen jetzt alle 8,2 Sekunden (Warum - siehe Bascom-Code) was einem leicht erhöhten durchschnittlichen Pulsstrom von 1,5 mA entspricht. Hinzu kommt ein deutlich niedrigerer Strom für die Elektronik von 1,7 mA (hauptsächlich bedingt durch den Spannungsteiler R3 und R4 mit 1,3 mA, der Controller selbst benötigt nach Umprogrammierung nur noch 400µA). Das ergibt insgesamt 3,2 mA - rund 1/3 des bisherigen Verbrauchs. Durch die Programmierung alleine kommt man auf eine Entladezeit von nahezu einem halben Jahr.
Update 05.05.2019. Das Programm für den Pulser war für Kapazitätserhaltung gedacht, darum nur alle 8s einen Impuls. Zum "Trainieren" des Akkus ist es aber besser, kürzere Abstände zwischen den Impulsen zu haben. Leider ist dabei der Strombedarf zu hoch, sofern dieser nicht ausgeglichen wird. Also habe ich beides kombiniert. Wenn die Akkuspannung unter etwa 13,2V sinkt, dann werden 8s-Impulse verwendet, darüber 0,5s - Impulse. Über 13,2V kommt ein Bleiakku nur, wenn er gerade geladen wird - Bingo! Dann spielt der Stromverbrauch auch keine Rolle, denn er wird durch den Lader locker ausgeglichen. Übrigens ist die Kapazität des alten 7,2Ah-Akkus zwischenzeitlich auf 2600 mAh gestiegen. + 73%!!
Update 11.07.2019. Ein anderer Bleigelakku der Marke KungLong (gekauft am 10.11.2011), der noch im Einsatz ist 12V/12Ah hatte im Januar nur noch 4.624 mAh Restkapazität. Heute habe ich ihn nach zwei Monaten am Pulser parallel zum Lader erneut getestet: 5600 mAh. Das ist eine Steigerung um 23 %.
Update 27.01.2020. Wie das Foto des Oszilloskops im rechten Drittel zeigt, geht durch Induktivitäten der Bauteile und Kabel die Spannung beim Abschalten ins Negative. Diese Impulse sind zwar äußerst kurz, aber relativ hoch. D1 war bislang eine 1N4148, deren Sperrspannung (RV) mit 75V zu klein sein kann. Die Diode wurde beim Desulfatieren eines 100Ah-Akkus zerstört. Eine 1N4007 mit 1kV RV hat das Problem gelöst. Der Schaltplan ist aktualisiert. Auch ein Erhöhen der Widerstände des Spannungsteilers zum Messen der Akkuspannung aus R3, R8 und R4 hat zu einem wesentlich geringeren Stromverbrauch der Schaltung geführt. Er ist auf unter 1 mA gesunken.
Update 17.02.2021. Einfüllen von jeweils 10ml destillierten Wassers pro Zelle haben die Kapazität stark erhöht. Der Akku, der am 11.07.2019 noch 5600 mAh gehabt hat, hatte danach 7144 mAh. Anfangs hatte er noch 4624 mAh, nach dem Pulsen 5600 mAh. Nachdem etwas destilliertes Wasser nachgefüllt wurde nochmal über 27% mehr. Der recht alte Akku ist dank Pulser3 und destilliertem Wasser wieder einsetzbar.
Desulfatieren: Eine leer Batterie wird gepulst und parallel aufgeladen (3 Impulse/s). Durch Shunt1 fließen bis zu 100A Entladestrom 150 µs lang. Rechnerisch ergeben sich daraus 15 mA Strombelastung für die Batterie. Hinzu kommen etwa 7,2 mA für die Schaltung: 22 mA Bedarf. Das Oszilloskop zeigt die Spannung an Shunt1. Sie entspricht im Beispiel 68A.
Strombedarf ohne Pulse
Der aktuelle Strombedarf der Schaltung nach dem Software-Update vom 2. Mai:
