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Kapazitätsmessung am Akku

Projekt "Kapazitätsmessung am Akku" unter Nutzung des Microcontrollers 68HC05b mit den Punkten:
  • Idee und Aufgabe,
  • Team und deren Vorstellung,
  • Aufbau, Funktion von Hard- und Software,
  • der Einsatz und
  • die Auswertung der gewonnen Daten erfolgt bei den Methoden.

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.
  • 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:
qmess01a.jpg Abb. 1a: Team (v.links n.rechts KVo, MBi, GMu)
  • die Leitung des Projekts,
  • die Entwicklung der Stromlaufpläne für die Schaltung und
  • 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

qmess02a.jpg Abb. 2a: Steuerkreis der Endladeschaltung

qmess02b.jpg 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
  1. Eingabeprozedur in der der Nutzer die elektrischen Werte Nennspannung U und Nennkapazität Q seines Akkus eingeben muss.
  2. Überprüfung der vom Benutzer eingegebenen Werte.
    qmess02c.gif Abb. 2c: Struktogramm des Hauptprogramms
    Sind diese nicht richtig, wird die Schritt 1 wiederholt. Danach wird die Kennziffer für die Technologieform des Akkus abgefragt.
  3. Über einen einstellbaren Spannungsteiler wird die Akku−Spannung den A/D Wandler vom Microcontroller zugeführt und gemessen.
  4. 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.
  5. 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.
  6. In der Endladephase ist das Programm im Pausemodus für eine Zeit tPause.
  7. Die Berechnung der entnommenen Kapazitäten erfolgt durch Aufsummieren der geflossenen Ströme mal Zeitdauer des Fliesens.
  8. Es wird der Wert der Spannung gemessen welche am Akku anliegt. Hat dieser die Endladeschlussspannung nicht erreicht, springt er wieder zum Punkt 3.
  9. 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,
qmess02d.png 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
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

Quellenangaben

Die Quellen werden mit Titel, Autor, Verlag und ISBN-Nr. angegeben
  • C-Control/plus von Conrad als Handbuch
  • Steuercomputer 1997
  • C-Control-Applikationsboard von Conrad als Handbuch
  • Motorola 68HC05, Zegin, Heise, 3-88229-034-X
  • B-Familie Zekeriya 1998, 5. A.
  • C-Control Anwendungen, Kainka, Franzis, 3-7723-5514-5
  • MSR-Technik für ..., - , Förster 1998, -
  • Messen-Steuern-Regeln, Kainka, Franzis 3-7723-6734-8
  • mit dem C-Control/BASIC, -, Burkhard 1998
  • Der Keil C51-Compiler, Baldisc, Electro ,3-9804331-6-1
  • v6.0 und æVison2 hweiler nic