Wer kennt nicht das Problem selten genutzter Akkuschrauber, wie in einem Privathaushalt nun mal üblich?
Ein neuer Akku-Pack ist fast immer finanzieller Unsinn, Akkuschrauber werden für wenig Geld verkauft. Aber will man einfach nur die Probleme paar Jahre später erneut erleben sowie Geld verschwenden und Müll produzieren? (Der 2. Punkt löst sich damit ohnehin nie.)
Klar: Kabellos arbeiten zu können ist ein großer Vorteil (etwa im Garten oder auf dem Dach), aber wenn man schließlich doch eins braucht (etwa weil die dicke Schlagbohrmaschine zwar unhandlich ist, aber nie schlapp macht), bräuchte man einen Akkuschrauber mit Stromanschluss.
Der Akku-Pack wird ausgeräumt und die toten Akkus entsorgt. Ein möglichst flexibles Kabel mit großem Kupferquerschnitt wird daran angelötet. 3 m für gute Reichweite als Kompromiss zum Spannungsabfall. Lautsprecherkabel mit mindestens 2,5 mm² Querschnitt sind dafür prädestiniert. Ans andere Ende kommt ein Zigarettenanzünder-Stecker! Dieser ist verpolungs- und narrensicher, allgemein bekannt sowie für hohe Ströme gemacht. Damit kann man den Akkuschrauber:
Das funktioniert für Akkuschrauber mit 9..18 V Betriebsspannung, also die meisten. Am LKW (24 Volt Bordspannung) sollte man das Ganze nicht benutzen.
Ein versuchsweises altes PC-Netzteil (für 12 V) funktioniert leider nicht. Nach dieser Umrüstung mit Strombegrenzung geht es.
Gefährlich für Akkus in Reihenschaltung ist die Tiefentladung bei Umpolung mindestens einer der Zellen. Die Überbrückung mit reversen Dioden, Schottky-Dioden und ähnlichem erscheint mir wenig hilfreich. Besser ist es, bereits beim Erreichen der Entladeschlussspannung abzuschalten. Am besten jede Zelle einzeln (siehe unten) oder — einfacher — der gesamte Pack.
Wie so häufig vereinfacht der Einsatz eines Mikrocontrollers die Abfrage der einzelnen Zellenspannungen erheblich.
Wurde für LiIon-Akkupacks gelöst: Mit Platine zum Einbau in Akkupacks mit 2..6 Zellen in Reihe. Nur Standardschaltkreise und einfacher Mikrocontroller ATtiny13A.
Der 14-beinige Mikrocontroller IC3 (hierfür geht auch ein PIC16F1455 ganz gut) fragt der Reihe nach die Zellenspannungen ab und deaktiviert T1 wenn eine der Zellen Unterspannung aufweist. Gewisse Schwellwerte in der Software müssen Schwingneigung unterdrücken. Die Reversdiode in T1 erlaubt den ungestörten Betrieb am Ladegerät.
Der trickreiche Teil ist der Umgang mit den 12 V für den Mikrocontroller und dem möglichst einfachen und Energie sparenden Potenzialversatz. Dazu werden jene in den Analogmultiplexern IC1 4051 bzw. IC2 4053 benutzt. 74HC4051 bzw. 74HC4053 können hier nicht benutzt werden, da sie nur 10 V (nicht 15 V) Gesamtspannung vertragen. Diese arbeiten jedoch nur an der High-Seite. Daher wurde der Controller kurzerhand an Plus gelegt. Er wird von einer Anzapfung der Akku-Kette mit nominell 3,6 V versorgt. Diese kann auch mal auf 3 × 0,85 V = 2,55 V zusammenbrechen oder über 3 × 1,45 V = 4,35 V (beim Laden) anwachsen. Da dieser mit dem 128-kHz-Taktgenerator sehr gemütlich läuft und die meiste Zeit nur wartet, verbraucht dieser sehr wenig Strom im Mikroampere-Bereich, der vernachlässigt werden kann. Auch die Analogsignalschalter haben eine vernachlässigbare Stromaufnahme. Nur der 4:1-Spannungsteiler aus R1 und R2 benötigt Strom. Dieser wird nur gelegentlich durch die Firmware des Controllers aktiv und fällt daher ebenfalls kaum ins Gewicht. Sogar der Schalttransistor T1 wird über einen ruhestromlosen Potenzialversetzer in IC2 mit der vollen Akkusummenspannung angesteuert.
Mit SV1 steht ein standardisierter ISP-Programmieranschluss zum Firmware-Update zur Verfügung.
Im Archiv ist auch eine Schaltung für 14,4 V enthalten. Dabei werden die Grenzwerte des CD4051 angefahren, und das verwendete Ladegerät sollte eine Spannungsbegrenzung bei 20 V aufweisen. Für noch mehr Akkunennspannung (bspw. 18 V) muss die Analogsignalumschaltung gänzlich anders gelöst werden.
Wahrscheinlich ist es am besten, leere Zellen per Umschaltrelais auszuklinken. Das hat den Vorteil, dass:
In diesem Fall wird kein Leistungs-MOSFET benötigt. Aber 10 Relais mit 10-A-Kontakten und 5 V Ansprechschwelle dürften ganz schön (Ruhe-)Strom fressen.
Aber das macht's deutlich komplexer und passt nicht mehr in das Akkugehäuse. Der Ersatz der 10 Relais durch 20 MOSFETs verursacht noch mehr Kopfzerbrechen für die Gate-Ansteuerung.
Das Messen der Zellenspannungen erfolgt am besten bei noch nicht angezogenem Relais. Sonst werden noch mehr Analogmultiplex-Eingänge benötigt. Mit einem Taster, per Timeout, bei allzu geringer Summenspannung oder einem noch unbekannten Trick fallen alle Relais zurück. Das ist zum Laden erforderlich.