Battery for Navman 500
Der Umbau erfolgt auf eigene Gefahr. Für Schäden, die am Navman, am Palm oder an anderen Geräten entstehen, kann keinerlei Haftung übernommen werden! Es ist zu beachten, daß Lithium-Ionen-Akkus bei unsachgemäßer Handhabung (z.B. Kurzschluß, Überlastung etc.) explodieren können! Insbesondere beim im folgenden beschriebenen Umbau des Akkus ist also mit Vorsicht vorzugehen!
Und wissen, an welchem Ende der Lötkolben heiß wird, sollte man natürlich auch ;o) Genug der Vorrede - los geht's!
Das Wandern ist des Müllers Lust...
Der Navman an sich ist ein guter GPS-Empfänger - zumindest hatte ich bisher noch keinerlei Empfangsprobleme damit. Leider ist sein größter Vorteil, die Mobilität, dadurch eingeschränkt, daß er keine eigene Stromversorgung hat, sondern sich aus dem internen Akku des Palm bedient - und das nicht gerade zimperlich. Demzufolge geht dem Gespann Palm-Navman recht schnell die Puste aus - mein Tungsten T hält mit GPS ca. 1h. Auch wenn Wandern etwas aus der Mode kommt - das ist tatsächlich ein bißchen kurz.
Andere Empfänger können dagegen mit Batterien betrieben werden und kommen so auf etwa 6h Dauerbetrieb. So richtig komfortabel sind Batterien aber natürlich auch nicht; abgesehen davon, daß sie immer dann leer sind, wenn man sie braucht, sind sie nicht die umweltfreundlichste Variante. Im Falle des Navman spricht schon der Platzbedarf dagegen - die "üblichen Verdächtigen" der Größen AAA oder gar AA passen nicht.
Scotty, Energie!
Das Zeitalter der Handys hat neben immer neuen Klingeltönen auch neue Akkus hervorgebracht. Lithium-Ionen-Zellen sind nicht länger nur teuren Laptop-Akkus vorbehalten. In Form von Handy-Akkus bekommt man auch "Einzeller" mit hoher Kapazität - die noch dazu so klein sind, daß man sie in Geräte wie den Navman einbauen kann.
Ein Vertreter der Gattung ist der abgebildete Akku für das nokia 6100. Er hat eine (angegebene) Leistung von 1000 mAh; d.h., er ist in der Lage, einen Strom von 1A über eine Dauer von einer Stunde abzugeben - beachtlich, denn er ist dabei nur 5,3 x 3,4 cm "groß" und vor allem nur 4mm dick! Wie sich gleich zeigen wird, ist die Akku-Zelle selbst sogar noch ein bißchen kleiner.
5,3 x 3,4 cm reichen für den Navman noch nicht ganz. Wer seinen schonmal aufgeschraubt hat - etwa, um zu sehen, ob irgendwo Platz für einen Akku wäre ;o) - wird gesehen haben, daß sich oben neben der Antenne ein Plätzchen findet, was auch in der Höhe genügend Platz für den Akku läßt. Dieser Platz ist aber nur 4,6cm breit - ein knapper Zentimeter zu wenig...
Wenn man vom Nokia-Akku die Schutzfolie abzieht, sieht man, daß er sich zerlegen läßt. Die Zelle ist in einen Rahmen eingebaut, oben ahnt man, daß auch ein bißchen Elektronik vorhanden ist. Diese gilt es zuerst von der Kopfseite des Akkus an die Seite zu verlegen, wo sie im Navman nicht stört.
Nachdem der Rahmen entfernt wurde, wird die Elektronik knapp an der Akkuzelle abgeschnitten. Es schadet nichts, sich zu merken, welcher Pol des Akkus wo angeschlossen war... Außerdem sollte man ca. 5mm der Leitungen überstehen lassen: LiIon-Akkus mögen Hitze nicht allzu gern. Wenn man beim Wiederanlöten nicht direkt am Akku lötet, sondern 5mm Leitung dazwischen hat, überhitzt man den Akku nicht so schnell. Dafür sollte man mit der Löttemperatur nicht zu sparsam sein: durch das Metallgehäuse kann die Wärme schnell abfließen. Also nicht mit 250° Lötkolbentemperatur "herumbrutzeln", sondern fix mit 350° innerhalb einer Sekunde eine saubere Lötstelle produzieren. Plus- und Minuspol der Anschlußpads sollte man auch markieren, damit man den Akku später nicht verpolt anschließt und damit seinen Navman in's Nirvana befördert.
Einpacken!
Nun sollte man den Akku erstmal isolieren. Dazu wird das Gehäuse mit Tesafilm umwickelt - das ist isolierend, klebt gut und macht nicht Dick. Da die Anschlüsse noch verlötet werden müssen, wird erstmal nur quer um den Akku herum gewickelt. Dann wird das lange Kabel von der Elektronik abgelötet und am hinteren Pol des Akkus neu verlötet. Die Lötstellen muß man flach halten, sonst paßt der Akku nicht - es geht um jeden Millimeter. Zum Löten folgender Tip: erst den Anschluß am Akku mit wenig Zinn verzinnen, dann die Anschlußleitung. Jetzt legt man die beiden entstandenen Zinnperlen aufeinander und heizt mit dem Lötkolben von oben, also die Rückseite der Anschlußleitung. So "klebt" man die beiden Leitungen mittels des Lötzinns aufeinander und erreicht sehr flache Lötstellen. Übrigens: der Metallmantel des Akkus ist nicht der Minuspol wie bei herkömmlichen Batterien oder Akkus - sondern der Pluspol! Wer's nicht glaubt, so wie ich zu Anfang, kann gerne nachmessen.
Der Akku sollte jetzt in etwa wie auf dem rechten Bild aussehen, deutlich sind die Tesa-Lagen zu erkennen. Auf der Seite, auf der gleich die Elektronik aufgelegt wird, habe ich zusätzlich einen Streifen Tesa längs geklebt - ein bißchen Schutz gegen Durchscheuern kann nicht schaden, schließlich ist es ein mobiles Gerät. Hat man die Leitung so gekürzt, daß die Elektronik gut an der Seite untergebracht werden kann, wird die Elektronik einseitig wieder angelötet. Dabei darauf achten, daß man richtigherum anlötet: wenn die Elektronik auf dem Akku aufliegt, müssen die rückwärtigen Anschlußterminals außen liegen - hier müssen wir ja später noch dran. Den Rest des langen Kabels lötet man an der anderen Seite der Elektronik fest. Jetzt kann diese mittels Tesa fixiert werden, auch das Isolieren der Leitungen nicht vergessen. Wenn alles paßt, die zweite Leitung verlöten und isolieren.
Nun sollte man seinen Navman aufschrauben und den Platz für den Akku inspizieren. Mit flachen Lötstellen und verschobener Elektronik sollte es so wie im Bild aussehen (ob es empfehlenswert ist, den Palm angeschlossen zu haben, mag der geneigte Leser selbst entscheiden; meiner lebt aber noch...) Bekommt man den Deckel noch drauf, kommt der zweite Teil: der Aufbau des Akkulade- und Spannungsreglermoduls.
Volle Ladung
LiIon-Akkus müssen definiert geladen weren, sonst kann es sein, daß der Akku überlädt und dabei explodiert oder sich entzündet. Aus diesem Grund kommt ein Ladecontroller zum Einsatz, der die richtigen Akkuparameter einhält und die Ladung des Akkus überwacht. Außerdem wird der Ladestrom auf 500mA begrenzt - das Navman-Kabel ist mit 1A angegeben, so bleibt noch etwas für die Ladung des Palm übrig. Das Aufladen des komplett leeren Navman-Akkus dauert so ca. 2h, auch mit eingesetztem Palm.
Die Schaltung (Eagle-Files für Schaltung und Leiterplatte gibt's hier) enthält außer den Chips nicht viel: drei Kondensatoren, die die Spannung glätten, und einen Vorwiderstand für die Leuchtdiode. Bei einem etwas größeren IC würde man die Bauteile wohl direkt auf die Anschlüsse des IC löten; bei der "Stabilität" dieser winzigen Pinchen empfiehlt sich aber doch ein fester Aufbau. Der Aufbau ist aufgrund der winzigen Bauelemente sicher nicht jedermanns Sache; wer sich's nicht selbst zutraut, sollte einen Bekannten fragen, der sich mit sowas auskennt. Die Anfertigung von Leiterplatten ist im Web auf genügend Seiten beschrieben; vor allem die FAQ der Newsgroup de.sci.electronics enthält gute Hinweise. Eine geätzte Leiterplatte muß zwar nicht unbedingt sein, Universalplatinen mit dem minimalen Pinabstand wird man aber kaum finden. Ein Aufbau auf Lochraster wäre denkbar: die Chips werden mit einem Tropfen Klebstoff auf der Platte fixiert, dann werden mit dünnem Kupferlackdraht die Verbindungen hergestellt.
Zur Schaltung noch einige Anmerkungen: vom LiIon-Ladecontroller BQ2420x gibt's mehrere Typen - daher das "x" in der Bezeichnung. Sie unterscheiden sich einmal in der Ladeschlußspannung (4.1V oder 4.2V), zum anderen gibt es Typen mit und ohne Temperaturüberwachung. Ich habe einen BQ24200 verwendet, er regelt auf 4.2V und besitzt eine Temperaturüberwachung (BQ24200, BQ24201). Die Überwachung wird aktuell nicht benutzt, deshalb muß über einen Spannungsteiler (R5, R6) auf 1/2 Vcc gelegt werden. Typen ohne Temperaturüberwachung benötigen dies nicht, hier ist Pin 6 mit Masse zu verbinden. Schließlich gibt es zwei Typen, die keine Statusanzeige bieten (BQ24204, BQ24205), hier entfallen natürlich die LED sowie der dazugehörige Vorwiderstand R1. Einen Link zu den Datenblättern gibt's bei den Downloads. In der Regel wird wohl die 4.2V-Variante die richtige sein; obwohl jeder Hersteller von Ladecontrollern auch 4.1V-Typen im Programm hat, gibt es (mittlerweile?) wohl nur noch Akkus, die mit 4.2V geladen werden können.
Wer den Laderegler nicht besorgen kann, kann versuchen, Samples von TI zu beziehen. Leider ist es oft schwierig, solche Teile in Kleinststückzahlen für den Heimgebrauch zu beziehen. Ausschlachten alter Geräte und Samples sind oft die einzigen Möglichkeiten. Als Alternative sei der Ladecontroller MAX1811 von Maxim genannt (gibt's z.B. bei Segor). Seine Beschaltung ist ähnlich einfach - zwei Kondensatoren genügen.
Der verwendete Spannungsregler hingegen ist sowohl bei Segor als auch von Conrad zu beziehen. Man achte beim Erstellen der Platine auf die Bauform, es gibt ihn in SOT223 und im DPAK-Gehäuse.
Anstelle des Spannungsreglers kann auch eine (Leistungs-)Diode benutzt werden. Leistungsdiode deshalb, weil Standarddioden wie die 1N4148 bei den vom Navman benötigten 150-200 mA schon einen Spannungsabfall von ca. 1V haben; der Navman sich aber nur mit minimal 2.8V zufrieden gibt. Wer sich einmal die Ladekurve eines LiIon-Akkus angesehen hat, weiß, daß die Spannung meist bei 3,7-3,6V liegt. Mit einer Diode, etwa des Typs Semikron GH-3, fallen bei 150mA ca. 0,6-0,7V ab - ergibt 3,4V für den Navman. Damit läßt sich der Akku bis etwa 3,4V entladen und somit etwa 90% der Kapazität nutzen.
's paßt scho!
Vor dem Bestücken sollte man die Platine auf Maß feilen: die Platine soll später rechts neben der Antenne sitzen. Auflegen, und gucken, ob man das Gehäuse noch zu bekommt. Testweise auch den Akku mal lose auflegen; dank der Tesa-Isolierung passiert dabei nichts. Platine und Akku platzieren und Gehäuse schließen. Das Foto zeigt einen Test mit einer frühen Version der Platine - ich hatte sie falsch belichtet, daher ist das Layout auf der Unterseite... ;O)
Nun muß ein Platz für die Leuchtdiode gefunden werden. Ich habe sie unten neben dem Navman-Schriftzug eingebaut. Dazu einfach von innen zwischen Schraubenhülse und Durchbruch für den Universal-connector ein Loch mit etwas weniger als 3mm Durchmesser bohren. Ich habe zum Bohren einen 2,7mm-Bohrer aus einem Dremel-Bohrerset verwendet. Dann muß die LED nicht geklebt werden, sie läßt sich stramm in das Gehäuse pressen. Vorher die Anschlußdrähte der Diode auf 5mm kürzen und zwei Drähte anlöten.
Jetzt wird verkabelt: Akku und LED nach Plan anschließen. Der Minuspol des Ladereglers wird mit der Schutzdiode verbunden - so muß man keinen Lötlack von der Platine abkratzen. Der Pluspol des Ladereglers wird über eine Diode direkt an die Ladebuchse angeschlossen. Die Diode sollte eine Shottky-Diode sein, sonst kommen von den eingspeisten 5V nur 4.3V an - zu wenig, als daß der Laderegler den Akku mit 4.1V versorgen könnte. Die Diode ist notwendig, damit ohne Fremdspannungsanschluß nicht der Palm-Akku geladen wird.
Den 3.3V-Ausgang schließt man an einem Lötpunkt des Universal-Connectors an. Hier muß man vorsichtig den Lötstopplack abkratzen. Ein Glasfaserpinsel oder ähnliches leistet gute Dienste. Außerdem muß die Versorgung vom Palm abgekoppelt werden. Dazu gibt's zwei Möglichkeiten: man kann den Pin 9 (Sicht von vorn auf den Anschluß, 1 ist links) des Universal-Connectors einfach mit Nagellack o.ä. isolieren, oder den Pin komplett ausbauen. Zum Ausbauen erwärmt man den Pin mit einem Lötkolben und zieht ihn mit einer Pinzette vorsichtig nach unten heraus. Von oben durchdrücken bringt übrigens nichts - der Pin besteht aus einem Teil, die Kontaktfeder ist integriert. Mehr als verbiegen schafft man von oben also nicht.
Ist alles verkabelt, kann man Akku und Platine mit jeweils einem Tropfen Heißkleber im Navman fixieren. Dabei darauf achten, daß nichts am Rand übersteht - der Deckel muß noch drauf. Jetzt sollte man einen Probelauf starten und sicherheitshalber mit einem Multimeter alle Spannungen nochmal kontrollieren. Ist alles fertig, kann der Deckel drauf - der akkugespeiste Navman ist fertig! Ich habe das Gefühl, als wenn die geregelte Spannung und der eigene Akku, der im Zweifelsfall auch mal mehr Strom liefern kann (der Empfänger zieht kurzzeitig 150-160mA, der Ausgang des Palm ist nur für 100mA zugelassen!) die Empfangseigenschaften positiv beeinflussen: in der Wohnung, den Palm an's Fenster gelehnt hatte ich gleichzeitig Empfang von 8 Satelliten!
Die Laufzeit des Akkus beträgt bei meinem Navman ca. 4h - etwa so lange, wie auch mein Tungsten im Dauerlauf durchhält (bei minimaler Beleuchtung). Um die Akkulaufzeit noch weiter zu steigern, kann man zusätzlich den Trickle-Power-Modus aktivieren. Wie das geht, steht hier. Außerdem läßt sich der Navman um eine externe RS232-Schnittstelle erweitern und so als GPS-Maus am PC benutzen. Dazu sollte man vorher den Akku einbauen - sonst muß immer ein geladener Palm im Navman stecken.
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Letzte Änderung: 26.04.2004
