Batterieladegerät 14,5 Volt / 24 A mit Schutzschaltung

15. März 2021

Vor über 20 Jahren hatte ich mir auf einem Amateurfunkflohmarkt ein Schaltnetzteil Kepko RAX 15-20k gekauft. Es diente mir viele Jahre zum Betrieb eines Amateurfunk-Kurzwellentransceivers. Jetzt habe ich es endlich in ein stabiles Gehäuse eingebaut und mit einer Schutzschaltung versehen, damit sich Starterbatterien gefahrlos laden lassen.

Mein „bombenfestes“ Netzteil 14,5 Volt / 24 A eignet sich als Batterielader und für den Betrieb von Amateurfunk-Transceivern. Das fast unverwüstliche Gehäuse besteht aus dicken Pressspanplatten für den rauen Einsatz. Schönheit stand nicht im Vordergrund. In der Werkstatt kommt es auch für das elektrolytische Entrosten zum Einsatz.

Das besagte Schaltnetzteil Kepko RAX 15-20k lässt sich von 12 bis 16,5 Volt Ausgangsspannung einstellen und liefert bis zu 24 Ampere laut seinem Datenblatt. Zudem soll es kurzschlussfest sein. Allerdings konnte man dem Datenblatt nicht entnehmen, was beim Anschließen einer Autobatterie passiert. Strom könnte im ausgeschalteten Zustand in das Schaltnetzteil fließen und es zerstören. Noch schlimmer wäre es, wenn man versehentlich den Plus- mit dem Minus-Pol vertauschen würde. Für das Laden von Starterbatterien habe ich das Netzteil auf 14,5 Volt eingestellt.

Schutzschaltung (ohne Gewähr) für das Laden von Starterbatterien. Siehe Text. D3 bis D7 müssen zusammen über 25 Ampere aushalten können. D1 und D2 sind 1N4007 oder ähnliche. Für die Strom- und Spannungsmesser kam bei mir eine digitale Kombianzeige zum Einsatz. Die Batterie ist immer im ausgeschalteten Zustand des Netzteils anzuschließen. Das ist praktisch, weil dann auch beim Hantieren mit den Kabelklemmen keine Kurzschlüsse auftreten können.

Zur Sicherheit entwickelte ich eine einfache Schutzschaltung. 4 parallel geschaltete Dioden direkt am Plus-Ausgang des Schaltnetzteils können bis zu 25 Ampere vertragen und sorgen dafür, dass nie Strom in den Pluspol hineinfließen kann. Danach kommt ein Relaiskontakt, der nur geschlossen ist, wenn das Schaltnetzteil eingeschaltet ist und Spannung liefert. Dieser Relaiskontakt ist also ein Schließer. Hinter diesem Kontakt kommt ein weiteres Relais, dessen Kontakt ein Öffner ist. In Serie zu seiner Wicklung befindet sich eine Diode. schließt jemand eine Batterie falsch an, öffnet sich deshalb der Relaiskontakt und es kann kein Strom in das Schaltnetzteil fließen.

Es kam die alte Relaistechnik zum Einsatz, weil Relais schon vorhanden waren und ein vollständige Umsetzung mit Leistungshalbleitern sehr viel Entwicklungsarbeit bedeutet hätte. Umfangreiche Tests wären notwendig gewesen.

Leider arbeiten die Relais mit leichten Verzögerungen der Schaltzeiten, weshalb die Schutzschaltung nur zuverlässig funktioniert, wenn das Schaltnetzteil abgeschaltet ist. Man schließt also die Kabel an die Batterie und schaltet erst dann das Netzteil ein. Sollte die Batterie falsch herum angeschlossen sein passiert nichts. Das dafür verantwortliche Relais sollte schon bei 10 oder 11 Volt schalten können, damit es auch auf defekte Batterien reagiert. Wenn eine Batterie richtig angeschlossen ist, kann man das Netzteil gefahrlos anschalten und wieder ausschalten. Ein Stromausfall stellt keine Gefahr dar und das Netzteil lässt sich deshalb über eine Zeitschaltuhr betreiben.

Die Verdrahtung ist leider doch etwas wild geraten. Es ist aber alles elektrisch sicher. Rechts vorne das EMV-Filter für den Betrieb einer Kurzwellenstation.
Die Frontplatte lässt sich für die Montage abschrauben, weshalb längere Kabel notwendig waren. Das graue Relais ist der Schließer. Das orangene Relais ist der Öffner für die versehentliche Verpolung einer angeschlossenen Batterie. In der Industrie würde man hoffentlich nie so verdrahten.
Die vier Schutzdioden sind zur besseren Kühlung mit langen Anschlussdrähten versehen und auf einer großen Kupferfläche verlötet. Es sieht nicht besonders ordentlich aus. Es wurde aber alles auf Sicherheit getestet.
Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für den Fall eines Stromausfalls ist hier zu Testzwecken aufgebaut.

Im ursprünglichen Zustand lief der Lüfter permament mit voller Drehzahl. Wegen des Lärms hatte ich vor langer Zeit die Drehzahl mit einem Vorwiderstand reduziert und eine temperaturabhängige Zweipunktregelung eingebaut. Probleme mit der Temperatur gab es nie. Zudem ist das Schaltnetzteil gegen Überhitzung geschützt und schaltet sich ab.

Möchte man zum Laden oder für das elektrolytische Entrosten eine Strombegrenzung verwenden, lässt sich eine 12-Volt-KFZ-Scheinwerfer-Glühbirne in Serie zum Ausgang des Netzteils schalten. Die Glühbirne ist ein Kaltleiter. Je weniger Strom fließt, desto geringer ist die Temperatur und damit der Widerstand des metallischen Glühfadens.

Übrigens kamen für dieses Projekt nur Teile zum Einsatz, die in meinen Schrottkisten bereits vorhanden waren.

Nachtrag 14.11.2023: Das Netzgerät speist seit einem Jahr meine Notstromversorgung bestehend aus zwei Bleibatterien (Solarbatterien) und einem Wechselrichter mit echtem Sinus.