VV-Akkutraeger Eigenbau: V1
Hallo zusammen.
Ich möchte hier mein erstes Test-Projekt zum Thema "Regelbarer Akkuträger" vorstellen.
Da dies erstmal ein Test zur Machbarkeit ist, beschränke ich mich bei den Features des Gerätes auf das Wesentliche.
Projekt: Akkuträger V1
Was wird der Akkuträger haben:
- Gehäuse aus Holz
- 2 Akkus in Reihe
- Akku-Einzelüberwachung der Spannung unter Last
- Spannung 3V - 6,7V (Regelbar über Potenziometer (Poti))
- Nachregelung der Ausgangsspannung bei abfallender Akkuspannung
- Max. 4A Strom (Begrenzt durch rückstellende Sicherung)
Was wird er NICHT haben:
- kein Display
- keine Widerstandsmessung
- keine Temperatursicherung
- keinen Verpolschutz
- kein kleines, handliches Gehäuse 
Abschnitt 1: Die Elektronik
Frei nach dem Motto "Das Wichtigste zuerst" habe ich mit der Elektronik angefangen, denn wenn es hier schon hakt, dann braucht man sich doch um den Rest wie z.B. dem Gehäuse keine Gedanken mehr machen.
Da ich zu den grobschlächtigen Grobmotorikern zähle, gehört es nicht zu meinen Fähigkeiten SMD-Bauteile löten zu können - zumindest nicht so, daß sie hinterher nicht im Kurzschluß-Modus laufen 
- also benutze ich Bauteile in "Normalgröße" und nehme in kauf, daß die Platine nicht dem Durchmesser eines 18650er Akkus entspricht. 
Der Vorteil dieser Bauteile ist allerdings, daß sie wesentlich "belastbarer" sind und man ein wenig "kompromissloser" zu Werke gehen kann.
Herzstück der Elektronik ist ein AtmelAVR ATMega 8 Microcontroller, der unheimlich viele Funktionen mit sich bringt und mit wenigen Bauteilen drum rum schon die gesamte Steuerung übernimmt.
Selbstverständlich benötigt ein solcher Microcontroller ein maßgeschneidertes Programm, welches ich in der Programmiersprache "C" geschrieben habe.
Das in Silikon eingegossene Kabel mit den farbigen Schildchen (Grün/Gelb/Weiß/Rot/Grau) wird nur zur Datenübertragung des geschriebenen Programms vom Netbook zum AVR-Microcontroller angeschlossen.
Die Spannung wird durch ein simples PWM (Pulsweitenmodulation) geregelt, welches durch stetiger Messung der Akkuspannung ständig nachgeregelt wird, um eine konstante eingestellte Ausgangsspannung zu haben. (Zum VMax-Problem komme ich später!)
Da ich mich zum testen nicht am Verdampfer schwindelig nuckeln wollte, habe ich als leistungsstarken Verbraucher eine 12V 50W Halogenlampe (mein Lieblings-Test-Verbraucher
) angeschlossen.Rein rechnerisch sollte der Widerstand dieser Lampe bei 2,88 Ohm liegen, was ein guter Ersatz für einen Verdampfer ist.
Um die Nachregelung der eingestellten Spannung zu testen, habe ich den Microcontroller auf Dauerfeuer programmiert (wer will schon 'ne gefühlte halbe Stunde lang 'nen Taster gedrückt halten??).
Test:
- Ausgansspannung eingestellt auf 5V (linkes Multimeter)
- aktuelle Akkuspannung unter Last (rechtes Multimeter)
Wie man erkennen kann, wird immer schön auf 5V nachgeregelt, sodass unabhängig von der Akkuspannung ohne Leistungsverlust gedampft werden kann!
Apropos dampfen: So'n Trockenlauf mit theoretischen Messwerten ist ja schön und gut, aber man will ja wissen, wie es dampft!
)
Da bei 4,7V Ausgangsspannung ungewöhnlich viel Dampf erzeugt wurde, testete ich das Teil bei eingestellten 3V und musste leider feststellen, daß meine Elektronik das gleiche Verhalten wie der VMax von Smoktech an den Tag legte: für die niedrige Spannung extrem viel Dampf !!
Normalerweise sollte der Verdampfer im JV-Tank mit (gemessenen) 2,7OHM bei 3V gerade mal ein laues Lüftchen bringen, aber stattdessen ..... DAMPF ... dichter Dampf!
Nächter Beitrag: Der VMax-Effekt .... oder: Des widerspenstigen Zähmung
#2
#3
#4
The-Dark-Side#5
Zitat von Captain Blackbird im Beitrag #5
So wie das aussieht hast du dem Atmel ne PWM programmiert und steuerst damit nen Fet an
Das zweite scheint ein Festspannugnregler für den Atmel zu sein 3.3 oder 5V, richtig?
Genau !
Leider hatte ich keinen kleineren 5V-Spannungsregler zur Hand, daher diese 1A-Version im TO220-Gehäuse (im Bild links), obwohl der Atmel nur einen Bruchteil davon an Strom benötigt.
Das andere ist der MOSFET (IRL 3803) welcher mit knapp 16kHz getaktet wird. (PWM)
Die 4 Widerstände auf der rechten Seite unter dem MOSFET bilden 2 verschiedene Spannungsteiler, damit die zwei unterschiedlichen Spannungen der Akkus (3,7V Akku 1 + 7,4V beide Akkus in Reihe) auf einen für den Atmel verträglichen Wert "heruntergebrochen" werden.
Diese (analogen) Spannungen können dann mittels ADC (Analog-Digital-Converter) des Atmel-Chips in einen digitalen Wert umgewandelt werden, womit man dann rechnen kann.
Die Akku-Überwachung:(Hatte ich doch glatt vergessen ....)
Die Akkus werden (wie eben beschrieben) einzeln überwacht und schalten bei einer Lastspannung(!) von 3,35V - 3,40V ab. Bis zum Wechsel der Akkus ist die Feuerfunktion (also das dampfen
) blockiert.Gruß
Zitat von Bagor im Beitrag #7
Super interesant!!!
ob du einen Schaltplan postest wenn du vertig bist??? "ganz lieb Guck"
Hö .... der Schaltplan nützt Dir ja nix, wenn Du das Programm nicht hast oder besser gesagt, wenn Du nicht weisst, wie Du das Programm in diesen (2,-Euro teuren
) Microcontroller bekommst.Es wäre kein Problem das Programm irgendwo im Netz zur Verfügung zu stellen, aber da braucht man noch ein Programmiergerät.
Ich benutze zum Beispiel dieses hier (unter Linux).
An mir soll's da nicht scheitern
Gruß
Der VMax-Effekt:
Das Problem beim VMax ist, daß lediglich der per PWM eingestellte Gleichspannungs-Mittelwert als Ausgangsspannung benutzt wird und die tatsächliche Effektivspannung vollkommen aussen vor gelassen wird.
Hat man z.B. eine Last-Akku-Spannung von 8V (frisch geladen) und stellt 3V ein, wird das PWM so getaktet, daß im Durchschnitt nur 37,5% der 8V am Verdampfer anliegen.
Ergebnis = 3V als Mittelwert
Die Effektivspannung wird daraus wie folgt berechnet:
Tastgrad (Duty Cycle) 37,5% = 0,375
Last-Akkuspannung = 8V
Effektivspannung = Last-Akkuspannung * √(Tastgrad)
Effektivspannung = 8V * √0,375 = 4,899 V
Wurde der Akku schon etwas benutzt und hat eine Lastspannung von 7,4V, liegt der Tastgrad bei 40,5% (bei eingestellten 3V)
Effektivspannung = 7,4 * √0,405 = 4,709V
Kurz vor Ende der Akku-Kapazität liegt die Lastspannung bei 6,6V und der Tastgrad um auf die 3V zu kommen bei dementsprechend 45,45%:
Effektivspannung = 6,6 * √0,4545 = 4,045V
Da dies nicht auf meinem Mist gewachsen ist und ich auch nicht die Absicht habe, mich mit fremden Federn zu schmücken, kann man die kompletten Erkenntnisse der ausführlichen VMax-Analyse (der Firma Pipeline GmbH) H I E R nachlesen!
Fazit:
Wenn lediglich der Spannungsmittelwert ausgegeben und dieser durch eine Regelung konstant gehalten wird, ergeben sich zwei gravierende Nachteile:
1. Die tatsächliche Effektivspannung liegt weit oberhalb des eingestellten Wertes.
2. Mit sinkender Akku-Spannung sinkt die Effektivspannung trotzdem ab !
Ein kurzer Test meiner Elektronik mit verschiedenen Akku-Spannungen macht deutlich, wie stark die Effektiv-Spannung von der eingestellten Spannung abweicht:
Lösung:
Die Lösung des Problems liegt eigentlich darin, daß der Atmel-Microcontroller sich den passenden PWM-Wert aus dem eingestellten Wert des Potis und dem dementsprechenden Effektivwert selbst errechnet .......
..... und genau das hört sich wesentlich einfacher an, als es ist, denn der Microcontroller kann zwar rechnen, aber man muss ihm schon einprogrammieren, was und wie er rechnen soll.
Da ich weder Mathematiker noch Hochleistungszahlenjongleur bin, habe ich recht lange an der Berechnung gefeilt und musste trotzdem am Ende noch mit aus den Fingern gesogenen Faktoren das Ergebnis zurechtrücken.
Aber wie sagt man so schön: Es gibt für ein Problem 1000 verschiedene Lösungen .... mir reicht eine!
Wie man sehen kann wird Ausgangsspannung ständig passend zur Akkuspannung errechnet, damit eine (relativ) konstante Effektivspannung über die gesamte "Akku-Lebensdauer" zur Verfügung steht.
Da ich die Berechnung auf ca. 4,7V effektiv optimiert habe, sind die Abweichungen zwischen vollem und leerem Akku unter- bzw. oberhalb dieser Spannung etwas höher (max. 0,25V) .... für mich genau genug!
Die Elektronik ist damit erstmal fertig und die nächsten Tage werde ich mich dem Gehäuse widmen.
Gruß
#10
Ähm.... 
Nee, nicht nur blonder Moment - insgesamt blond und nix versteh.
ABER - wenn du
1. so ein Programmierdingens hast
2. weißt, wie das Dingens das andere Dingens richtig programmiert
...würdest dann programmierte Dinger verkaufen an die, die von sowas keinen Plan haben? *liebguck*
bunte Grüßlis
Tina
Wer in der Gummizelle sitzt, sollte nicht mit Flummis werfen.
Zitat von bunte_seele im Beitrag #10
...würdest dann programmierte Dinger verkaufen an die, die von sowas keinen Plan haben? *liebguck*
das wäre ne feine Sache - Ich könnte auch mit Gehäusen dienen
#12
Welches Derivat nutzt du?
Bin auch mittlerweile Homogen mit Linux zuhause (Ubuntu) & Apple JB (Debian)
Dieatmel gibbet doch auch in PLCC oder ähnlich, oder?
Ach und welche Sprache nimmt man da?
Hab vor Ewigkeiten Assembler auf 6502 CPU programmiert, Basic, COMAL, AREXX, Brainfuck ;)... noch paar Exoten
Mit C steh ich aufm Kriegsfuß, ich raff die Syntax einfach nicht...
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Hello, World\n");
return 0;
}
Da hört's dann auf 
Mir lag eher Zeug wie:
lda #$00
sta $d020
sta $d021
rts
Zitat von bunte_seele im Beitrag #10
ABER - wenn du
1. so ein Programmierdingens hast
2. weißt, wie das Dingens das andere Dingens richtig programmiert
...würdest dann programmierte Dinger verkaufen an die, die von sowas keinen Plan haben? *liebguck*
Also nur damit keine Missverständnisse entstehen:
1. Ich mache das nur als Hobby. Mein Beruf ist fachlich gesehen Kilometer weit von Elektronik und Programmierung entfernt. Dementsprechend ist mein Wissen begrenzt auf die für mich interessanten Dinge.
2. Eine Elektronik zu "entwickeln", also von der Bauteil-Auswahl über das Programmieren des Microcontrollers bis hin zum zusammenlöten ist eine Verantwortung, die ich bereit bin für mich zu übernehmen ..... aber nicht für andere.
Denjenigen, die Interesse haben diese Elektronik nachzubauen, kann ich maximal anbieten - wie Du schon geschrieben hast - den Microcontroller zu programmieren ... mehr nicht !!
Sämtliche anderen Bauteile inkl. der Platine müssen aber dann von jedem selbst gekauft und verlötet werden.
Mir persönlich wäre es aber lieber, wenn ich nur den Schaltplan und das Programm im Netz zur Verfügung stellen müsste und der interessierte Bastler dann alles weitere selbst erledigt.
Auch eine Art Support würde ich mir bestimmt nicht ans Bein binden, denn wenn irgendwas hinterher nicht klappt, dann liegt es eh an mir, meinem Programm oder einem defekten Microcontroller (den ich verschickt habe) .......
Und ganz besonders möchte ich noch darauf hinweisen, was ich im ersten Post geschrieben habe: Das Projekt hier ist für mich nur ein Test !!
Kurzum: Ich stelle gerne alle Informationen die benötigt werden zur Verfügung (sobald dieses Projekt beendet ist), aber alles weitere erfolgt in Eigenverantwortung ohne weitere Hilfestellung ..... auf eigene Kappe sozusagen.
Gruß
Zitat von Captain Blackbird im Beitrag #12
Welches Derivat nutzt du?
Bin auch mittlerweile Homogen mit Linux zuhause (Ubuntu) & Apple JB (Debian)
Ich bin mitlerweile im 13.Jahr Linuxer und habe meistens (Open-)SuSE benutzt! Hatte auch mal kurzzeitig Debian und Ubuntu aber SuSE ist und bleibt bis jetzt mein Favorit
Dieatmel gibbet doch auch in PLCC oder ähnlich, oder?
Ach und welche Sprache nimmt man da?
So weit ich weiss, gibts Compiler für Visual Basic, Assembler und C. Die bekannteste Entwicklungsumgebung für den Atmel ist wohl Bascom (Visual Basic - Windows), die frei zur Verfügung steht (glaube ich)
Man nimmt die Sprache, mit der man am besten zurecht kommt.
Hab vor Ewigkeiten Assembler auf 6502 CPU programmiert, Basic, COMAL, AREXX, Brainfuck ;)... noch paar Exoten
Mit C steh ich aufm Kriegsfuß, ich raff die Syntax einfach nicht...
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Hello, World\n");
return 0;
}
Da hört's dann auf
Mehr kann ich auch nicht .....
Mal ernsthaft: Ich habe C aus 'nem Taschenbuch von dem Autor Helmut Erlenköter "gelernt", der das sehr leicht verständlich erklären konnte.
Zuvor hatte ich so'ne "C/C++ über 1000 Seiten-Hardcover-Schwarte" von Prof. Dipl. Ing. Irgendwer, der der Meinung war, dass wenn man nicht mindestens Mathematik oder Informatik studiert, es doch lieber bleiben lassen sollte .... genau so hat er auch geschrieben und ich hab' nur "Bahnhof und Koffer-Klauen" verstanden
Und die Syntax von C ist 'ne reine Gewöhnungssache ..... wie bei jeder Programmiersprache
Mir lag eher Zeug wie:
lda #$00
sta $d020
sta $d021
rts
Und genau daraus wurde und werde ich nie, nie, nie im Leben schlau .... und bei näherem betrachten sieht dieses wirre Zahlen- und Buchstaben-Zeugs aus wie
Zitat von Rollmops im Beitrag #16
...und wer überhaupt keine Programmiersprache kann oder lernen will, nimmt einfach das Programm Flowcode.
Flowcode soll wohl auch unter Linux mit Wine laufen.
Gruß,
Rollmops
Hört sich sehr interessant an .... leider nur für Windows, sonst hätte ich mir die Free-Edition (oder Test-Version?) gerne mal angeschaut.
Abschnitt 2: Das Gehäuse
Obwohl das Projekt ja nur ein Test ist, möchte ich doch später ein schickes, wenn auch schlichtes Gehäuse haben, welches ich nicht verstecken muss, wenn mal Besuch kommt.
Da sich der Aufwand und die Kosten trotzdem in Grenzen halten sollen, kommt für mich nur Buche-Leimholz in Frage, da ich davon genügend hier habe.
Zuerst mal habe ich zwei Holzleisten von einem Leimholz-Brett mit den Maßen 140 x 45 x 18mm abgesägt und anschließend mit wasserfestem Leim verklebt. Der enstandene Holzklotz wurde dann auf meiner Mini-Fräse bearbeitet:
Angefangen habe ich mit der dem Bereich für den hinteren Deckel, dann der Bereich für die Akkus und ganz unten das "Versteck" für die Elektronik!
Dann der Bereich für Taster, Poti und 510er-Anschluß!
Da die Ausfräsungen damit beendet sind und alles ungefähr passt, kann ich die Gesamtlänge des Gehäuses später um 30mm auf ca. 110mm kürzen.
Weiter geht's, wenn ich die Woche mal Zeit (und Lust) habe
Gruß
#21
Bei esoterischen Programmiersprachen bekomme ich seltsamerweise immer Schreikrämpfe... Warum nur? 
Gutes altes C/C++ ist mir immer noch am liebsten. 
#23
Zitat von BalooTheBear im Beitrag #14Zitat von bunte_seele im Beitrag #10
ABER - wenn du
1. so ein Programmierdingens hast
2. weißt, wie das Dingens das andere Dingens richtig programmiert
...würdest dann programmierte Dinger verkaufen an die, die von sowas keinen Plan haben? *liebguck*
Also nur damit keine Missverständnisse entstehen:
...
Denjenigen, die Interesse haben diese Elektronik nachzubauen, kann ich maximal anbieten - wie Du schon geschrieben hast - den Microcontroller zu programmieren ... mehr nicht !!
...
Mir persönlich wäre es aber lieber, wenn ich nur den Schaltplan und das Programm im Netz zur Verfügung stellen müsste und der interessierte Bastler dann alles weitere selbst erledigt.
...
Auch eine Art Support würde ich mir bestimmt nicht ans Bein binden, denn wenn irgendwas hinterher nicht klappt, dann liegt es eh an mir, meinem Programm oder einem defekten Microcontroller (den ich verschickt habe) .......
...
Danke für deine ausführliche Antwort.
Ich werde dann mal drüber nachdenken, ob ich mich in die Materie einarbeite (inklusive Kauf des Programmierdingens) oder dich eventuell doch irgendwann mal lieb bitte, mir ein Ameisendingens zu programmieren.
Es eilt ja nix - und wär schon genialer, wenn ich sowas (mehr oder weniger) selbst hinkriegen würde.
bunte Grüßlis
Tina
Wer in der Gummizelle sitzt, sollte nicht mit Flummis werfen.
#24
@Seele
Ich bin neu hier, hast du auch so ein Dampfdingens mit dem man so Liquiddingens verdingsen kann
@Baloo
Setz mal den Schaltplan rein, mal schauen was du dir da zusammengekritzelt hast.
#25
Zitat von Captain Blackbird im Beitrag #24
@Seele
Ich bin neu hier, hast du auch so ein Dampfdingens mit dem man so Liquiddingens verdingsen kann
bunte Grüßlis
Tina
Wer in der Gummizelle sitzt, sollte nicht mit Flummis werfen.
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