erstellt  12.12.2017
Akku Ladegerät 2017
Das Akkuladegerät soll Akkus mit einer Spannung bis 4,0 Volt laden und dabei die Energiemenge die beim laden dem Akku zugeführt wird anzeigen.
Der Ladestrom soll dann mit der Ladezeit zu einer Ladeleistung berechnet werden um den Akkuzustand zu beurteilen.
Dazu benötigen wir erst einmal eine Grundsteuerung bestehend aus Controller , Display, Relais  und Programmierschnittstelle ,usw.
Beim ersten Test stellte ich fest das auf dem Display keine Anzeige statt fand.
Die Ursache lag an der JTAG Schnittstelle die bei einem neuen Atmega 16 standardmäßig aktiviert ist,somit sind die Pin C5. C4-C3 -C3-C2
nicht für das Display zu benutzen.
Um sie doch nutzen zu können muss in den sogenannten "Fuse Bits" die JDTAG Schnittstelle deaktiviert werden.
Außerdem ist die Schaltung in der Lage die Entlademenge zu messen dazu wird anstatt des Ladegerätes der Akku angeschlossen, und an der Stelle wo ursprünglich der Akku dran war
wird eine Last zum Entladen angeschlossen , dazu benutzte ich meist eine kleine Glühbirne weil es der nichts ausmacht wenn sie heiß wird. 
Erst einmal die Grundschaltung , die sich vorwiegend zusammen setzt aus:
  • 5 Volt Spannungsregler
  • Display mit 4 Zeilen a 16 Zeichen
  • Atmega 32 ( oder Atmega 16 ( Pin Kompatibel))
  • Eine Programmierschnittstelle hier als USB ausgeführt
  • Einige Widerstände -Leuchtdioden , und Kondensator
Funktion
Die Rote Led dient als Betriebsanzeige und soll blinken und somit anzeigen ob die Programmschleife läuft , falls sie nicht mehr blinkt wissen wir das dass Programm
irgendwo hängen geblieben ist,oder aber auf etwas wartet.
Dann benötigen wir noch  zwei analoge Eingänge um die Batteriespannung und den Ladestrom zu messen, dazu dienen die Anschlüsse ADC0 und ADC1.
Um die ADC Eingänge nutzen zu können brauchen wir zwingend die gelb Hinterlegten Verbindungen im nachfolgenden Plan.
Alle zu messenden Spannungen werden mit einer Referenzspannung verglichen, und daraus ihr realer Wert berechnet.
Nun gibt uns der Controller verschiedene Möglichkeiten in Bezug auf die Referenzspannung
  • Ein Möglichkeit ist es die Betriebsspannung des Atmega hier also die 5 Volt als Bezug zu nehmen
  • Eine andere Möglichkeit ist es die vom Atmega selber intern bereitgestellte Spannung von 2,54 Volt als Bezug zu nutzen
  • Oder aber eine x-beliebige Spannung von maximal 5 Volt die wir von außen an den AREF Eingang ( Pin 32 ) anlegen zu nutzen.
Bei der Option mit internen 2,54 Volt muss auf jeden Fall am Pin AREF ( Pin32) mindestens ein Abblock-Kondensator angeschlossen werden.
Laut Hersteller sollte es sogar ein Spule und Kondensator sein.
Ich nutze hier aber die 1. Option mit 5 Volt als Referenz.
Kommen wir zum Prinzip der Messung.
Vom Ladegerät (Plusleitung) fließt ein Ladestrom über den Relais Kontakt K1 zum Akku, dann weiter über R3 zurück zum Ladegerät Minus.
Dabei wird zum einen die abfallende Spannung über Widerstand 3 gemessen und Eingang ADC1 zugeführt ,der daraus resultierende Strom wird dann vom Atmega berechnet.
Zum anderen wird die Spannung gemessen die gleichzeitig über Widerstand R3 und Akku abfällt und Eingang ADC0 zugeführt.
Wenn die zuvor über R3 ( ADC1) abfallende Spannung dann von der gesamten Spannung (ADC0) subtrahiert wird, bleibt die Spannung übrig die am Akku anliegt.
Dazu benötigen wird noch zwei Relais um die Ladespannung und Batteriespannung schalten zu können.
Außerdem wird noch eine Infrarot Diode (IR1) eingesetzt damit mit einer Handelsüblichen Infrarot Fernbedienung Parameter eingegeben bzw. geändert werden können.
Die Komplette Schaltung
Auflösung

Spannung am ADC0 Vorgegeben sind 1024 Bit bei 5 Volt  macht pro Bit 4,887586 mV
Strom am ADC1 Spannung / 1,8=2,7 Ampere geteilt durch 1024 Bit =2,71 mA
Relais K2 verhindert das sich bei angeschlossenen Akku und abgeschalteterer Ladespannung der Akku über die Schaltung entlädt.
Fernbedienung
Zur Nutzung der Infraroteingabe kann fast jeder herkömmliche Fernbedienung eines TV Gerät genutzt werde.
Folgende Tasten führen nachfolgende Funktionen aus:

Bedientaste ASKII  Funktion
Eine Zelle Zwei Zellen Drei Zellen
Pfeil Auf 80 Angewählter Wert erhöhen



Anzeige
bei Fehler
Pfeil Ab 81 Angewählter Wert verringern




Pfeil links 85 ohne Funktion




Pfeil rechts 86 ohne Funktion




OK 87 Bestätigen




1 1 Mindestspannung zum Abbruch des Entladevorgang, damit der Akku nicht völlig leer gesaugt wird - nur im Entlademodus gültig.
Standardwert steht auf 1,0 Volt


2,0 V

2 2 Maximal Spannung einstellen bis zu der die Batteriespannung ansteigen darf bevor der Strom abgeschaltet wird. Wenn die Akku-Spannung größer als die zuvor unter Taste 2 eingestellte , oder größer ist als der Voreingestellte Wert von 5 Volt wird das Laden für eine Minute unterbrochen, dann wird die Messung wiederholt und gegebenenfalls weiter geladen.
Der voreingestellte Wert sollte sich Idealerweise an der zuvor gemessenen Batteriespannung orietieren und evtl automatisch 1 Volt höher sein.


ca 4,19 Volt OVP
3 3 Hier gelangt man im Entlademodus, dazu wird der Akku an den beiden Gelben Kabel angeklemmt und eine Last ( Birne) an den Adern Rot und Schwarz Der Akku kann dann entladen werden , und zuvor kann mit Taste 1 die Mindestentladespannung angegeben werde, damit der Akku nicht komplett leer gesaugt wird.



4 4 Mit Taste 4 kann die Ladekapazität in Amperestunden eingegeben werden.
Angabe steht meistens auf Akku
Wenn diese Ladekapazität erreicht wird , schaltet Relais K1 den Ladevorgang ab und zeigt im Display "VOLL" an.
um nach ca 60 Sekunden dann die Aktuellen Akkuwerte anzuzeigen
Wird hier keine Eingabe gemacht, steht dieser Wert standardmäßig auf 1,0 Amperestunden.




5 5 Mit Taste 5 kann man einen einmal beendeten Vorgang noch einmal neu starten







Programmablauf
Nach einschalten der Betriebsspannung blinkt die Rote Led als Betriebsanzeige, gleichzeitig erscheint auf dem Display für kurze Zeit eine Einschaltmeldung mit Angabe der Softwareversion , Datum usw.
Nach kurzer Zeit  wird im Display  folgendes angezeigt:
Zeile 1= Aktuelle Ladespannung in Volt (L) Spannung die vom angeschlossenen Ladegerät kommt
Zeile 2= Aktuelle Batteriespannung in Volt (B) Spannung die Aktuell am Akku anliegt
Zeile 3= Aktueller Ladestrom in Ampere (A) Aktuell fließender Strom
Zeile 4= Kapazität in Amperestunden (K) Die geladene Kapazität ab Ladebeginn Der Ladestrom wird jede Sekunde kumuliert und dann durch die Anzahl der Kumulierungen geteilt , somit ergibt sich ein mittlerer
Ladestrom pro Zeiteinheit
angegeben in Ampere Stunden (Ah), dieser Wert wird auf den meisten Akkus angegeben.
Mit Taste 4 auf der Fernbedienung kann ich nun den vom Akku abgelesenen Wert eingeben,
somit lädt die Elektronik bis zu diesem Wert und schaltet dann den Ladevorgang ab.
Mit den Tasten der IR Fernbedienung können Einstellungen vorgenommen werde.
So kann mit der Taste 3 ins "Entladen" Menü gesprungen werden.Dort kann ein angeschlossener Akku entladen werden wobei sich der Akku selbständig abschaltet wenn eine Mindest Akkuspannung erreicht wird.
Diese Mindestakkuspannung ist auf 1, 1 Volt voreingestellt kann aber unter Taste 3 verändert werden


Anschlussbild
Atmega 16

Aktualisiert 06.02.2019
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