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Elektor

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Vor allem NiCd-Akkus, aber auch
Alkali-Mangan-Batterien haben die
Eigenschaft, daß die Zellenspannung
über den größten Teil der Entladezeit
im grünen Bereich bleibt. Das ist natür-
lich für die Verwendung von Vorteil,
hat aber beim Batterietest den Nachteil,
daß die gemessene Zellenspannung
auch bei Belastung nur eingeschränkt
Auskunft über den tatsächlichen Ent-
ladezustand gibt. Bei Akkus hat man
immerhin die Möglichkeit, anhand
eines vollständigen Lade-Entlade-
Zyklus die aktuelle Kapazität der Zelle
zu ermitteln. Bei einer Batterie bleibt
hingegen normalerweise nur der Bela-
stungstest, bei dem man aber auch bei
Belastung keine sehr genaue Aussage
über den Zellenzustand treffen kann.
Eine Entladung bis auf 0,9 V würde
natürlich sehr genau Aufschluß über
die verbliebene Kapazität geben, aber
dann nützt einem diese Erkenntnis
auch nicht mehr viel...
In der Praxis kann man aber doch fest-
stellen, daß man bei üblichen Batterie-
anwendungen mit relativ geringen
Strömen mit einem Batterietester, der
die Spannung unter einer für die Zel-

lengröße typischen Belastung mißt,
ganz gut zurechtkommt. Anders ist es
allerdings bei weniger üblichen Batte-
rieanwendungen, etwa in Blitzgeräten
oder in Kameras mit eingebautem
Blitzgerät. Auch bei Akkus mit hoher
Strombelastung, etwa im Modellbau-
bereich, ist ein Akkutest mit relativ
geringer Belastung nicht besonders
relevant. Überhaupt ist die Strombe-
lastbarkeit vieler Zellen eher gering. In
dieser Beziehung schneiden normale
Zink-Kohle-Batterien am schlechtesten
ab. Besser, aber im Vergleich zu Akkus
immer noch schwach sind Alkali-Man-
gan-Zellen. Obwohl immer noch bes-
ser als Batterien, sind auch Nickel-
Metallhydrid-Akkus für ausgespro-
chene Hochstromanwendungen nicht
sehr gut geeignet. Wenn es um extrem
hohe Entladeströme geht, sind Nickel-
Cadmium-Zellen prinzipiell immer
noch die beste Wahl, allerdings nur
dann, wenn die Zellen auch in einem
guten Zustand sind.
Ein geeignetes Maß für die Belastbarkeit
mit hohen Strömen ist der Innenwider-
stand einer Zelle, der bei einem guten
NiCd-Akku auch um Größenordnun-

Wie allgemein

bekannt ist, sagen

Spannungsmessun-

gen nicht allzuviel
über den Zustand

einer Batterie oder

Akkuzelle aus. Nur ein

Test unter Belastung

gibt darüber Auf-

schluß. Die hier vor-

gestellte Schaltung

verwendet ein noch

aussagekräftigeres

Meßverfahren, mit

dem schwache Zellen

zuverlässig erkannt

werden.

Batterie-

Impedanzmesser

Seriöser Test

für Batterien und Akkus

gen niedriger ist als bei Batterien.
Die hier vorgestellte Schaltung mißt
den Innenwiderstand von Akkus und
von Batterien. Das verwendete
Meßverfahren prüft das Verhalten der
Zelle bei stark wechselnden Belastun-
gen. Damit erhält man zwar auch
keine exakte Aussage über die vorhan-
dene Restkapazität, die Kondition und
die Qualität der Zelle sind aber über
den ermittelten Innenwiderstand
objektiv zu beurteilen.

M

E S S M E T H O D E

Mit einem konstanten Teststrom allein
kann man noch nicht feststellen, wie
sich die Zelle bei Belastungsänderun-
gen verhält. Dazu mißt die Schaltung
die Spannung der Zelle bei schnellen
Änderungen der Belastung. Wenn
man die Werte einer neuen Zelle als
Referenz heranzieht, kann man schnell
feststellen, in welchem Maße das Test-
objekt schon entladen ist. Handelt es
sich um einen gerade voll aufgela-
denen NiCd-Akku, so erhält man eine
Aussage darüber, wie stark der Akku
schon gealtert ist.
Um den Schaltungsaufwand gering zu
halten, wird für die Spannungsmes-
sung selbst ein schon vorhandenes
Digitalmultimeter verwendet. Aufgabe
der Testschaltung ist es dann nur noch,
für die geforderte schnell wechselnde
Belastung zu sorgen. Tatsächlich han-
delt es sich um die Kombination
zweier unterschiedlicher Belastungs-
komponenten, nämlich einer “Grund-
belastung” mit einem Gleichstrom von
1 A und einer alternierenden Kompo-
nente mit einem überlagerten Wech-
selstrom von 0,1 A. Die wechselnde
Komponente variiert mit einer Fre-
quenz von etwa 50 Hz, was einen für
die Messung gut geeigneten Wert dar-
stellt. Letzteres gilt auch in Hinblick auf
die Spannungsmessung mit dem Digi-
talmultimeter, das ja in jedem Fall für
50 Hz ( = Netzwechselspannung)
geeignet ist.
Wie sich schon vermuten läßt, ist die
Messung des Innenwiderstands jetzt
ganz einfach möglich. Mißt man mit
dem Digitalmultimeter im

Wechselspan-

nungsbereich die Spannung an der
Zelle, erhält man den Spannungsabfall
am Innenwiderstand, aus dem sich die
Batterieimpedanz (der mit Wechsel-
strom gemessene Innenwiderstand)
direkt ableiten läßt.

S

C H A L T B I L D

Wie heißt es immer so schön: Die
Schaltung “zerfällt” in zwei Teile. Hier
(Bild 1) besteht der eine Teil aus einer
spannungsgesteuerten Stromsenke,
die für die beschriebene Belastung der
Zelle sorgt. Der andere Teil ist der 50-
Hz-Generator, der die Stromsenke
steuert. Aufgrund der Gleichspan-
nungskomponente der Generator-
spannung fließt über die Stromsenke

ein Gleichstrom mit
einer überlagerten
50-Hz-Wechselstrom-
komponente.
Der Generator ist mit
IC1a und IC1b aufgebaut. Da es in der
vorliegenden Anwendung mehr auf
die Amplitudenstabilität und weniger
auf die genaue Einhaltung einer
Sinuskurvenform ankommt, wurde
ein Standard-Dreiecksgenerator mit
den beiden Opamps realisiert. Die Aus-
gangsspannug läßt sich mit P1 in
einem definierten Bereich einstellen.
Das Dreiecksignal am Ausgang von
IC1b wird durch das nachfolgende
Tiefpaßfilter mit R6/C3 zu einem
sinusähnlichen Signal geformt.
Für die benötigte Gleichspannungs-
komponente sorgt ein Spannungsteiler
mit R1 und R2, der den invertierenden
Eingang von IC1a und den nichtinver-
tierenden Eingang von IC1b auf etwa 4
V legt. Am Ausgang des Dreiecksgene-
rators ein weiterer Spannungsteiler
(R6/R12) die Spannung auf eine Gleich-
spannung von 0,47 V, der eine Wech-
selspannung von nur 47 mV überlagert
ist. Dieses Signal steuert die Strom-
senke mit IC1c und dem BUZ10 (T1).
Eine an die beiden Anschlüsse der
Stromsenke (PC1 und PC2) ange-
schlossene Zelle wird über die Drain-
Source-Strecke von T1 und den Sour-
cewiderstand R8 nach Masse entladen.
Durch die Regelung des Drainstroms
über IC1c folgt die Spannung am
Sourcewiderstand R8 exakt der Signal-
spannung am nichtinvertierenden Ein-
gang (Pin10) des Opamps. Bei einem
Wert von 0,47 Ω für R8 beträgt der
Sourcestrom dementsprechend 1 A für
die Gleichstromkomponente (0,47
V/0,47

Ω) und 0,1 A für die Wechsel-

stromkomponente (0,047 V/0,47 Ω). Der
Elko C4 soll dabei die Stabilität der

Stromsenke erhöhen
und ein Oszillieren
der Regelung verhin-
dern.
Bleibt noch die Teil-

schaltung mit IC1d. Es handelt sich um
eine Anzeigeschaltung, bei der die LED
D1 so angesteuert wird, daß sie vor
Meßfehlern warnt. Die LED leuchtet
nur auf, wenn die Spannungen an den
Eingängen von IC1d (Pin 12 und 13
von IC1) nahezu gleich groß sind.
Bevor man ein Meßergebnis auswertet,
sollte man einen Blick auf diese LED
werfen, um sicherzugehen, daß sie
auch leuchtet. Nur dann ist ausge-
schlossen, daß man eine leere Zelle irr-
tümlich für eine Zelle mit besonders
niedrigem Innenwiderstand hält. Bei
einer leeren Zelle fließt nämlich zu
wenig Strom über T1, so daß die Span-
nung an Pin 13 zu niedrig ist. Der Aus-
gang des Opamps ist dann High, so
daß die LED nicht leuchtet.
Zur Stromversorgung dient ein einfa-
ches 12-V-Steckernetzteil, das an die
Buchse K1 angeschlossen wird. Dieses
Steckernetzteil braucht nicht viel Strom
zu liefern, da der Eigenverbrauch der
Schaltung nur bei etwa 8,5 mA liegt.
Der Spannungsregler IC2 regelt die
unstabilisierte 12-V-Eingangsspannung
auf konstante 9 V herunter, wobei die
Diode D2 als Verpolschutz dient.

B

A U U N D

A

B G L E I C H

Für den einfachen und betriebssiche-
ren Aufbau wurde ein Platinenlayout
entworfen (Bild 2). Beim Bestücken
beginnt man mit der Spannungsrege-
lung (IC2 und Umgebung) und kon-
trolliert dann am besten gleich, ob kon-
stant 9 V herauskommen. Dann wird
der Rest der Platine bestückt. Mit P1 in
Mittelstellung überprüft man vor dem
weiteren Test der Schaltung, ob die

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Elektor

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2

3

1

IC1a

9

10

8

IC1c

6

5

7

IC1b

13

12

14

IC1d

R1

12k

R2

10k

R6

12k

R12

1k8

R9

10k

R8

0

Ω

47

5W

R11

3k9

R4

22k

R5

100k

R7

220

Ω

R10

2M2

47k

P1

C2

220n

R3

12k

T1

BUZ10
BUK455

BT

C4

10

µ

63V

C1

10

µ

63V

C3

2

µ

2

16V

D1

OK

+ CEL

– CEL

K1

D2

1N4001

C6

10

µ

63V

7809

IC2

C5

100n

IC1

4

11

A

A

A

B

C

C

D

12V

8mA5

9V

9V

9V

IC1 = TLC274

A

4V

B

0V5

AC

4V

DC

AC

DC

C

D

47mV
470mV

0V9

980027 - 11

Bild 1. Die wichtigsten
Bestandteile der Schal-
tung sind der Wechsel-
spannungsgenerator mit
IC1a und IC1b und eine
Stromsenke (IC1c und T1).

1

Spannungswerte an
den im Schaltplan
angegebenen Meß-
punkten stimmen.
Dabei ist natürlich darauf zu achten,
daß der richtige Meßbereich gewählt
wird (es gibt auch AC-Meßwerte).
Wenn mit einem Oszilloskop gemes-
sen wird, ist zu berücksichtigen, daß
bei einer Wechselspannung der Wert
von Spitze zu Spitze um den Faktor 2,8
größer ist als der Effektivwert.
Ist so weit alles in Ordnung, kann eine
1,5-V-Batteriezelle (Mignon) ange-
schlossen werden. Die LED D1 muß
jetzt leuchten. Ist das nicht der Fall,
fließt offenbar nicht genügend Strom
über R8, so daß der Fehler im Aufbau
der Stromquelle zu suchen ist.
Für den Abgleich von P1 wird die
Wechselspannung an R8 mit dem Mul-
timeter im AC-Bereich gemessen und
mit dem Trimmpoti auf einen Wert von
47 mV eingestellt. Anschließend schal-
tet man das Multimeter auf DC und
mißt zur Sicherheit noch die Gleich-
spannung an R8, die bei etwa 0,5 V lie-
gen sollte (der Gleichspannungswert
ist aber nicht kritisch).
Schließlich kann die Frequenz des

Generators noch
geprüft werden, die bei
etwa 50 Hz liegen
sollte, aber ohne weite-

res abweichen kann (selbst 25 oder 100
Hz sind noch akzeptabel). Die Fre-
quenz ändert sich übrigens etwas mit
der Einstellung von P1.
Zum Schluß noch einige praktische
Hinweise. Obwohl die Messung meist
nicht lange genug dauert, um den
Transistor T1 warm werden zu lassen,
kann es nicht schaden, einen kleinen
Kühlkörper vorzusehen. Angesichts
der geringen Platinenabmessungen
dürfte es kein Problem sein, ein pas-
sendes Gehäuse zu finden. Die
Meßschnüre für den Anschluß der
Batterie sollten nicht zu dünn sein,
zweckmäßigerweise verwendet man
rot für Plus und schwarz für Minus,
um die Polarität eindeutig zu kenn-
zeichnen. Bild 3 zeigt den Aufbau des
Labormusters.

M

E S S A N L E I T U N G

Beim Messen mit dem Impedanzmeter
handelt es sich um einen einfachen
Vorgang: Batteriezelle an die Meßklem-
men anschließen, kontrollieren, ob die

LED D1 leuchtet und mit dem Multi-
meter im AC-Bereich die Wechsel-
spannung an den Meßklemmen mes-
sen. Je niedriger die gemessene Span-
nung, desto kleiner ist der
Innenwiderstand der Zelle. Den Zah-
lenwert des Innenwiderstands in Ω
kann man ebenso einfach ermitteln,
indem man den Wert der gemessenen
Wechselspannung (in V) durch den
Faktor 10 teilt. Eine Wechselspannung
von 100 mV (0,1 V) bedeutet demnach,
daß der Innenwiderstand der gemes-
senen Zelle etwa 100 mΩ (0,1 Ω)
beträgt.
Durch Messung an neuwertigen und
hochwertigen Zellen erhält man
Anhaltspunkte für eine qualitative
Beurteilung der Zellen.
Der Impedanzmesser eignet sich auch
zur Überprüfung der Übergangswid-
erstände von Batteriehaltern,
Anschlußsteckverbindungen und ähn-
lichen (Spannungs-)Verlustquellen.
Dazu mißt man zuerst den Innen-
widerstand mit ordentlichen Labor-
meßschnüren direkt an der Zelle und
anschließend noch einmal unter Ver-
wendung der zu testenden Anschluß-
mittel. Die festgestelle Zunahme des
Innenwiderstands gibt dann genau
Aufschluß über die Übergangswider-
stände der getesteten Anschlußkonfi-
guration.

980027

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Elektor

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Stückliste

Widerstände:
R1,R3,R6 = 12 k
R2,R9 = 10 k
R4 = 22 k
R5 = 100 k
R7 = 220

Ω

R8 = 0,47

Ω/5 W

R10 = 2M2
R11 = 3k9
R12 = 1k8
P1 = 47 k Trimmpoti

Kondensatoren:
C1,C6 = 10

µ/63 V stehend

C2 = 220 n
C3 = 2

µ2/16 V stehend

C4 = 10

µ/63 V

C5 = 100 n

Halbleiter:
D1 = Low-current-LED
D2 = 1N4001
T1 = BUZ10 der BUK455
IC1 = TLC274
IC2 = 7809

Außerdem:
K1 = Netzteilbuchse für Platinen-

montage

Kühlkörper für T1
Anschlußkabel

Bild 2. Kupfer- und
Bestückungsseite der
Platine.

Bild 3. Der Leistungs-FET T1
sollte mit einem kleinen Kühl-
körper versehen werden.

(C) Segment

980027-1

C1

H3

H2

C2

C3

C4

C5

C6

D1

D2

H1

H4

IC1

IC2

K1

P1

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11

R12

T1

980027-1

T

D

(C) Segment

980027-1

2

3