Projekt Kapazitätsmessung am Akku
Idee
Das Kapazitätsmessprogramm kam durch folgendes Problem zustande.
Ich kaufte mir für mein Mobiltelefon einen neuen Akku.
Der Händler sagte mir,
dieser Akku habe 2.500 mAh (ausgesprochen Milliampere Stunden).
Ich wollte ihn nun aufladen.
Steckte ihn ans Ladegerät und
dachte er muss nun circa 16 Stunden laden.
Dann sollte er für ca. 4 Wochen halten.
Dann hatte ich mal nach circa 3−3,5 Stunden nach gesehen und
sah dass der Akku fertig geladen war.
Wie konnte das gehen dachte ich mir.
Das Ladegerät hatte einen max. Ausgangsstrom von 500 mA,
wie konnte also eine Zelle mit 2.500 mA/h in noch nicht einmal
4 Stunden voll geladen sein?
Zuerst dachte ich das ist halt so,
weil die Zellen im Akku noch neu sind.
Aber als dieses Phänomen auch noch beim 3 und 4 Ladevorgang war,
dachte ich mir da muss was faul sein!
Wie konnte ich jetzt herausfinden,
wie viel Energie steckt den wirklich drin?
Wenn ich die Kapazität messen könnte,
könnte ich dies dem Händler vorlegen,
und so einen Umtausch beantragen.
Aufgabe
Es soll eine Schaltung und ein Programm entwickelt werden,
welche mit Hilfe eines Microcontroller die Akkukapazität misst.
-
Die Schaltung soll ermöglichen,
dass der Microcontroller seinen Spannungs−Messbereich und
die verwendete Last selber wählen kann.
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Die Aufgabe des Programms ist,
einen Akku über eine mittels Microcontroller gesteuerte Schaltung
zu entladen.
Durch die dem Programm übergebenen Daten soll im Anschluss
die Kapazität berechnet und ausgegeben werden.
Team
- Manuel Birkholz (MBi) verantwortliche für
-
Das Team bestand aus:
Abb. 1a: Team (v.links n.rechts KVo, MBi, GMu)
- die Leitung des Projekts,
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die Entwicklung der Stromlaufpläne für die Schaltung und
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die Generierung der Software incl. der dazugehörigen Dokumentation.
- Guido Müller (GMu) verantwortliche für
-
die Entwicklung der Layoutpläne für
- der Endladeschaltung und
- der Spannungsbereichwahl (Autorange).
- Karsten Voll (KVo) verantwortliche für
- die Integration der HTML-Seiten in die Firmenhomepage.
Aufbau und Funktion
Hardware
Abb. 2a: Steuerkreis der Endladeschaltung
Abb. 2b: Messbereichs- und Lastkreis der Endladeschaltung
Die Schaltung gibt die Werte von der Spannung an das Programm über
die A/D−Wandler des Microcontroller weiter.
Software
Dieses Programm verwendet die vom Nutzer eingegebenen Nennwerte des Akkus
um zu bestimmen,
welche Lastkreise über den Microcontroller angesteuert werden sollen.
Hier sehen Sie die Struktogramme für das Hauptprogramm und
das Unterprogramm zur Messbereichsauswahl mit dem Namen Autorange.
Mittels dieser kann nachvollzogen werden wie das Programm arbeitet.
Bestandteile des Programms
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Eingabeprozedur in der der Nutzer die elektrischen Werte
Nennspannung U und Nennkapazität Q seines Akkus eingeben muss.
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Überprüfung der vom Benutzer eingegebenen Werte.
Abb. 2c: Struktogramm des Hauptprogramms
Sind diese nicht richtig, wird die Schritt 1 wiederholt.
Danach wird die Kennziffer für die Technologieform des Akkus
abgefragt.
-
Über einen einstellbaren Spannungsteiler wird die
Akku−Spannung den A/D Wandler vom Microcontroller zugeführt und
gemessen.
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Berechnen der Maximallast:
Aus der eingegebenen Nennkapazität Q wird dann die
Last RLast(Soll) nach folgender Formel
Sollstrom ISoll = 1/10h * Q
und
RLast(Soll) = U / ISoll
berechnet.
-
Hier wird überprüft ob der Lastkreis überhaupt
für die Spannung ausgelegt ist,
welche geschaltet werden soll.
Somit wird ein Durchbrennen der Widerstände durch Überlastung
verhindert.
Danach wird das Schalten der Last durch die Stromzuführung
zum jeweiligen Relais veranlasst.
-
In der Endladephase ist das Programm im Pausemodus für
eine Zeit tPause.
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Die Berechnung der entnommenen Kapazitäten erfolgt durch
Aufsummieren der geflossenen Ströme mal Zeitdauer des Fliesens.
-
Es wird der Wert der Spannung gemessen welche am Akku anliegt.
Hat dieser die Endladeschlussspannung nicht erreicht,
springt er wieder zum Punkt 3.
-
Es erfolgt die Ausgabe der Gesamtkapazität und
das Programm wird beendet.
Zu Erstellung der Programme wird das Programm CC-Basic verwendet.
Das Unterprogramm zur Messbereichswahl,
Abb. 2d: Struktogramm der Messbereichwahl
auch Autorange genannt,
funktioniert wie folgt:
Der Messbereich wird auf maximale Spannung voreingestellt.
Ist der Messwert kleiner als ein Zehntel,
wird der Messbereich verkleinert.
Einsatz
Dokumentation für den Kunden
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Systemanforderung des Programms
Microcontroller MC68HC05B mit angeschlossenem Applikationsbord
und die Endladeschaltung PC ab 80286 mit 640 KByte RAM und
wenn möglich mit Festplatte
(für das Betriebssystem und CC-Basic mit Miniterminal)
es ist aber auch der Betrieb auf Disketten möglich.
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Installation des Programms
Kopieren sie die Datei Kapmess.bas auf Ihre Festplatte
Starten Sie das separat erhältliche CC-Basic für DOS und
öffnen sie die Datei Kapmess.bas.
Gehen Sie auf Entwicklung dann auf BASIC-Compiler.
Diese erstellt Ihnen nun die Binärdatei.
Nun müssen Sie diese in den Microcontroller laden.
Dieses geschieht mit Entwicklung Lader
Danach müssen Sie erneut auf Entwicklung und dann auf Miniterminal.
Nun betätigen sie den gelben Startknopf am Microcontroller.
Nun viel Spaß beim Nutzen des Programms.
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Bedienung des Programms
Drücken Sie auf Start.
Geben Sie die Nennspannung Ihres Akkus ein.
Geben Sie die Nennkapazität des Akkus ein
Geben Sie die Technologie des Akkus ein.
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Ausgaben des Programms
Aufforderung zur Eingabe der Nennwerte und Technologie des Akkus.
Nach Beendung Ausgabe der noch im Akku befindlichen Kapazität.
Ergebnis:
Als der Händler dann die Ergebnisse sah,
war er überzeugt,
dass er mir kein 2.500 mAh Akku verkauft hatte und
gab mir einen Teil meines Geldes zurück.
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