Charger
For a long life of the lead-acid batteries on loading and unloading are important points to consider. If the battery is not empty, the battery can make up to 500 cycles. At full discharge only 200 cycles. A discharge under 12 volts is already leading to permanent damage to the battery.On Overloading there is a risc of explosion or the escape of toxic fumes. Too high charging current also reduces the life span.
Therefore, i build a Processor controlled Loader.
In the meantime, in collaboration with Uwe Hofmann and Dr. Thomas Scherer an Article in Elektor is raised. Hardware and software were again significantly improved.
Schematics
The Controllerboard is measuring the empty Battery and decide what kind of Loadingprocedure is the best. The Board drives an SMPS, whitch serve the right Voltage or Current.
The Controllerboard is protected against wrong polarity and overcurrent.
PCB
Sourcecode
' ------------------------------------------------------------------------------
' _____ _ _ _ _ _ _ _ _ _
' | __| |___| |_| |_ ___ ___ | | | | |_ ___ ___| |_|___
' | __| | -_| '_| _| . | _| | | | | | -_| -_| | | -_|
' |_____|_|___|_,_|_| |___|_| |_____|_|_|___|___|_|_|___|
'
' ------------------------------------------------------------------------------
' ------------------------------------------------------------------------------
' Purpose
' Elektor-Wheelie charger board source code
'
' Changes Log
' - 0.9b first Beta version
'
' Notes
' Finetuning
' ------------------------------------------------------------------------------
$regfile = "attiny24.dat"
$crystal = 8000000
'Den A/D-Wandler und die Timer einrichten
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Internal_1.1
Start Adc
'Die Hardware-PWM für den Ausgang
Config Timer0 = Pwm , Compare A Pwm = Clear Up , Prescale = 1
'Die Stoppuhr für das zeitlich begrenzte Aufpeppeln bei Unterspannung
Tccr1b = &B00000101
Tccr1a = &B00000000
On Timer1 Timer1_interrupt 'Wenn der Timer überläuft wird ein Interrupt ausgelöst
Timsk1.toie0 = 1
Enable Interrupts
'Mit Aliasen wird der Code lesbarer
Pwm_ausgang Alias Ocr0a
Hauptschalter Alias Porta.4
Led_fehler Alias Portb.0
Led_unterspannung Alias Portb.1 'Unterspannung und Überladung leuchten beide = Schnelladung
Led_ueberladung Alias Porta.7
Led_fertig Alias Porta.3
'Ein paar Konstanten um den Code noch lesbarer zu machen...
Const Aus = 0
Const Ein = 1
Const Unterladung = 1
Const Schnellladung = 2
Const Ueberladung = 4
Const Erhaltungsladung = 5
Const Fehler = 6
Const Voll = 7
Config Pinb.0 = Output
Config Pinb.1 = Output
Config Pinb.2 = Output
Config Pina.3 = Output
Config Pina.4 = Output
Config Pina.7 = Output
'###################################################################################################################################
'Mit diesen Konstanten sind die Ladeparameter festgelegt
Const Zellenschluss = 689 'unter 10V wird der Akku nicht mehr geladen, eine Zelle könnte Kurz sein
Const Unterspannung_unten = 825 'ab 12V wird schnell geladen
Const Unterspannung_oben = 835 'ein 2. Wert leicht versetzt als Hysterese
Const Erhaltungsspannung = 939 '13.65V Erhaltungsspannung
Const Ladeschlussspannung = 1011 '14,7V Ladeschlußspannung
Const Schellladestrom = 200 '2,5A Schnelladestrom
Const Unterladestrom = 47 '0,5A bei Unterladung
Const Schnellladestrom_min = 65 '0,7A Ladestrom
Const Unterspannung_timeout = 108 'Multiplikator für 8,3 Sekunden Timout
Const Schnellladung_timeout = 900
'###################################################################################################################################
'Variablen
Dim Ladestatus As Byte 'welcher Ladestatus ist aktuell
Dim Old_ladestatus As Byte 'der Ladestatus der vorigen Messung für die Hysterese
Dim Ladestrom As Word 'Strommessung (Word wegen der 10Bit Genauigkeit des A/D-Wandlers)
Dim Batteriespannung As Word 'Spannungsmessung
Dim Unterspannung_stoppuhr As Word
Dim Unterspannung_stoppuhr_start As Bit
Dim Schnellladung_stoppuhr As Word
Dim Schnellladung_stoppuhr_start As Bit
Dim Korrektur As Word 'Zählvariable für den Timeout
Dim Interval As Bit
'Korrektur der Spannungsfehlermessung
'Die Subs verhindern einen Überlauf beim Rauf- und Runterdimmen
Declare Sub Dim_up()
Declare Sub Dim_down()
Pwm_ausgang = 0
'Die Hauptschleife
Do
'Messung der Batteriespannung und des Ladestroms
Ladestrom = Getadc(1)
Batteriespannung = Getadc(2)
Korrektur = Ladestrom / 12 'um das Spannungsteilerverhältnis der Spannungsmessung reduzieiern
Batteriespannung = Batteriespannung - Korrektur 'Korrektur der Spannungsfehlerschaltung
'Es wird die Batteriespannung gemessen, und entschieden welcher Lademodus angewandt wird.
Select Case Batteriespannung
Case Is < Zellenschluss 'unterhalb dieser Spannung wird nicht geladen
Ladestatus = Fehler
Case Zellenschluss To Unterspannung_unten 'langsam aufpeppeln bis zur Unterladung-Grenze
Ladestatus = Unterladung
Case Unterspannung_unten To Unterspannung_oben 'Hysterese um ein hin- und herspringen beim Übergang zu verhindern
If Old_ladestatus = Unterladung Then
Ladestatus = Unterladung
Else
Ladestatus = Schnellladung
End If
Case Unterspannung_oben To Ladeschlussspannung 'jetzt volle Pulle laden, wenn nicht schon voll
If Ladestatus = Ueberladung Then
If Batteriespannung > Erhaltungsspannung And Ladestrom < Schnellladestrom_min Then
Ladestatus = Voll
If Ladestrom < 2 Then
Ladestatus = Fehler
End If
End If
Elseif Ladestatus = Voll Then
Else
Ladestatus = Schnellladung
End If
Case Is > Ladeschlussspannung
If Ladestatus = Schnellladung And Ladestrom < Schnellladestrom_min Then
Ladestatus = Ueberladung
End If
End Select
'Die Stoppuhren prüfen
If Ladestatus = Unterladung Then
Unterspannung_stoppuhr_start = 1
If Unterspannung_stoppuhr > Unterspannung_timeout Then 'Wenn das Aufpeppeln zu lange dauert abbrechen
Ladestatus = Fehler
End If
Else
Unterspannung_stoppuhr_start = 0
End If
If Ladestatus = Schnellladung Then
Schnellladung_stoppuhr_start = 1
If Schnellladung_stoppuhr > Schnellladung_timeout Then 'Wenn die Schnellladung zu lange dauert abbrechen
Ladestatus = Ueberladung
End If
Else
Schnellladung_stoppuhr_start = 0
End If
'Zum Detektieren einer steigenden oder fallenden Spannung für die Hysterese
Old_ladestatus = Ladestatus
'Je nach Ladestatus wird der Ausgang Pwm_ausgang mit einer Konstanten verglichen und ausgeregelt
Select Case Ladestatus
Case Schnellladung
Hauptschalter = Ein
Led_fehler = Aus
Led_unterspannung = Ein 'Unterspannung und Überladung leuchten beide = Schnelladung
Led_ueberladung = Ein
Led_fertig = Aus
If Ladestrom < Schellladestrom And Batteriespannung < Ladeschlussspannung Then
Dim_up
Else
Dim_down
End If
Case Unterladung
Hauptschalter = Ein
Led_fehler = Aus
Led_unterspannung = Ein
Led_ueberladung = Aus
Led_fertig = Aus
If Ladestrom < Unterladestrom Then
Dim_up
Else
Dim_down
End If
Case Ueberladung
Hauptschalter = Ein
Led_fehler = Aus
Led_unterspannung = Aus
Led_ueberladung = Ein
Led_fertig = Aus
If Batteriespannung < Erhaltungsspannung Then
Dim_up
Else
Dim_down
End If
Case Voll
Hauptschalter = Ein
Led_fehler = Aus
Led_unterspannung = Aus
Led_ueberladung = Aus
Led_fertig = Ein
If Batteriespannung < Erhaltungsspannung Then
Dim_up
Else
Dim_down
End If
Case Fehler
Hauptschalter = Aus
Pwm_ausgang = 0
Led_fehler = Ein
Led_unterspannung = Aus
Led_ueberladung = Aus
Led_fertig = Aus
End Select
Waitms 100 'nur kein Stress ;-)
Loop
'Beim Überlauf des Timer1 wird dieser Interrupt ausgeführt
Timer1_interrupt: 'alle 8,3 Sekunden (bei 8 MHz)
If Unterspannung_Stoppuhr_start = 1 Then
If Unterspannung_stoppuhr < 65535 Then
Incr Unterspannung_stoppuhr
Else
Unterspannung_stoppuhr = 65535
End If
Else
Unterspannung_stoppuhr = 0
End If
If Schnellladung_stoppuhr_start = 1 Then
If Schnellladung_stoppuhr < 65535 Then
Incr Schnellladung_stoppuhr
Else
Schnellladung_stoppuhr = 65535
End If
Else
Schnellladung_stoppuhr = 0
End If
Toggle Interval
Return
'Das Rauf und Runterdimmen wird begrenzt um Überläufe zu verhindern.
Sub Dim_up()
If Pwm_ausgang < 255 Then
Incr Pwm_ausgang
Else
Pwm_ausgang = 255
End If
End Sub
Sub Dim_down()
If Pwm_ausgang > 0 Then
Decr Pwm_ausgang
Else
Pwm_ausgang = 0
End If
End Sub
' _____ _ _ _ _ _ _ _ _ _
' | __| |___| |_| |_ ___ ___ | | | | |_ ___ ___| |_|___
' | __| | -_| '_| _| . | _| | | | | | -_| -_| | | -_|
' |_____|_|___|_,_|_| |___|_| |_____|_|_|___|___|_|_|___|
'
' ------------------------------------------------------------------------------
' ------------------------------------------------------------------------------
' Purpose
' Elektor-Wheelie charger board source code
'
' Changes Log
' - 0.9b first Beta version
'
' Notes
' Finetuning
' ------------------------------------------------------------------------------
$regfile = "attiny24.dat"
$crystal = 8000000
'Den A/D-Wandler und die Timer einrichten
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Internal_1.1
Start Adc
'Die Hardware-PWM für den Ausgang
Config Timer0 = Pwm , Compare A Pwm = Clear Up , Prescale = 1
'Die Stoppuhr für das zeitlich begrenzte Aufpeppeln bei Unterspannung
Tccr1b = &B00000101
Tccr1a = &B00000000
On Timer1 Timer1_interrupt 'Wenn der Timer überläuft wird ein Interrupt ausgelöst
Timsk1.toie0 = 1
Enable Interrupts
'Mit Aliasen wird der Code lesbarer
Pwm_ausgang Alias Ocr0a
Hauptschalter Alias Porta.4
Led_fehler Alias Portb.0
Led_unterspannung Alias Portb.1 'Unterspannung und Überladung leuchten beide = Schnelladung
Led_ueberladung Alias Porta.7
Led_fertig Alias Porta.3
'Ein paar Konstanten um den Code noch lesbarer zu machen...
Const Aus = 0
Const Ein = 1
Const Unterladung = 1
Const Schnellladung = 2
Const Ueberladung = 4
Const Erhaltungsladung = 5
Const Fehler = 6
Const Voll = 7
Config Pinb.0 = Output
Config Pinb.1 = Output
Config Pinb.2 = Output
Config Pina.3 = Output
Config Pina.4 = Output
Config Pina.7 = Output
'###################################################################################################################################
'Mit diesen Konstanten sind die Ladeparameter festgelegt
Const Zellenschluss = 689 'unter 10V wird der Akku nicht mehr geladen, eine Zelle könnte Kurz sein
Const Unterspannung_unten = 825 'ab 12V wird schnell geladen
Const Unterspannung_oben = 835 'ein 2. Wert leicht versetzt als Hysterese
Const Erhaltungsspannung = 939 '13.65V Erhaltungsspannung
Const Ladeschlussspannung = 1011 '14,7V Ladeschlußspannung
Const Schellladestrom = 200 '2,5A Schnelladestrom
Const Unterladestrom = 47 '0,5A bei Unterladung
Const Schnellladestrom_min = 65 '0,7A Ladestrom
Const Unterspannung_timeout = 108 'Multiplikator für 8,3 Sekunden Timout
Const Schnellladung_timeout = 900
'###################################################################################################################################
'Variablen
Dim Ladestatus As Byte 'welcher Ladestatus ist aktuell
Dim Old_ladestatus As Byte 'der Ladestatus der vorigen Messung für die Hysterese
Dim Ladestrom As Word 'Strommessung (Word wegen der 10Bit Genauigkeit des A/D-Wandlers)
Dim Batteriespannung As Word 'Spannungsmessung
Dim Unterspannung_stoppuhr As Word
Dim Unterspannung_stoppuhr_start As Bit
Dim Schnellladung_stoppuhr As Word
Dim Schnellladung_stoppuhr_start As Bit
Dim Korrektur As Word 'Zählvariable für den Timeout
Dim Interval As Bit
'Korrektur der Spannungsfehlermessung
'Die Subs verhindern einen Überlauf beim Rauf- und Runterdimmen
Declare Sub Dim_up()
Declare Sub Dim_down()
Pwm_ausgang = 0
'Die Hauptschleife
Do
'Messung der Batteriespannung und des Ladestroms
Ladestrom = Getadc(1)
Batteriespannung = Getadc(2)
Korrektur = Ladestrom / 12 'um das Spannungsteilerverhältnis der Spannungsmessung reduzieiern
Batteriespannung = Batteriespannung - Korrektur 'Korrektur der Spannungsfehlerschaltung
'Es wird die Batteriespannung gemessen, und entschieden welcher Lademodus angewandt wird.
Select Case Batteriespannung
Case Is < Zellenschluss 'unterhalb dieser Spannung wird nicht geladen
Ladestatus = Fehler
Case Zellenschluss To Unterspannung_unten 'langsam aufpeppeln bis zur Unterladung-Grenze
Ladestatus = Unterladung
Case Unterspannung_unten To Unterspannung_oben 'Hysterese um ein hin- und herspringen beim Übergang zu verhindern
If Old_ladestatus = Unterladung Then
Ladestatus = Unterladung
Else
Ladestatus = Schnellladung
End If
Case Unterspannung_oben To Ladeschlussspannung 'jetzt volle Pulle laden, wenn nicht schon voll
If Ladestatus = Ueberladung Then
If Batteriespannung > Erhaltungsspannung And Ladestrom < Schnellladestrom_min Then
Ladestatus = Voll
If Ladestrom < 2 Then
Ladestatus = Fehler
End If
End If
Elseif Ladestatus = Voll Then
Else
Ladestatus = Schnellladung
End If
Case Is > Ladeschlussspannung
If Ladestatus = Schnellladung And Ladestrom < Schnellladestrom_min Then
Ladestatus = Ueberladung
End If
End Select
'Die Stoppuhren prüfen
If Ladestatus = Unterladung Then
Unterspannung_stoppuhr_start = 1
If Unterspannung_stoppuhr > Unterspannung_timeout Then 'Wenn das Aufpeppeln zu lange dauert abbrechen
Ladestatus = Fehler
End If
Else
Unterspannung_stoppuhr_start = 0
End If
If Ladestatus = Schnellladung Then
Schnellladung_stoppuhr_start = 1
If Schnellladung_stoppuhr > Schnellladung_timeout Then 'Wenn die Schnellladung zu lange dauert abbrechen
Ladestatus = Ueberladung
End If
Else
Schnellladung_stoppuhr_start = 0
End If
'Zum Detektieren einer steigenden oder fallenden Spannung für die Hysterese
Old_ladestatus = Ladestatus
'Je nach Ladestatus wird der Ausgang Pwm_ausgang mit einer Konstanten verglichen und ausgeregelt
Select Case Ladestatus
Case Schnellladung
Hauptschalter = Ein
Led_fehler = Aus
Led_unterspannung = Ein 'Unterspannung und Überladung leuchten beide = Schnelladung
Led_ueberladung = Ein
Led_fertig = Aus
If Ladestrom < Schellladestrom And Batteriespannung < Ladeschlussspannung Then
Dim_up
Else
Dim_down
End If
Case Unterladung
Hauptschalter = Ein
Led_fehler = Aus
Led_unterspannung = Ein
Led_ueberladung = Aus
Led_fertig = Aus
If Ladestrom < Unterladestrom Then
Dim_up
Else
Dim_down
End If
Case Ueberladung
Hauptschalter = Ein
Led_fehler = Aus
Led_unterspannung = Aus
Led_ueberladung = Ein
Led_fertig = Aus
If Batteriespannung < Erhaltungsspannung Then
Dim_up
Else
Dim_down
End If
Case Voll
Hauptschalter = Ein
Led_fehler = Aus
Led_unterspannung = Aus
Led_ueberladung = Aus
Led_fertig = Ein
If Batteriespannung < Erhaltungsspannung Then
Dim_up
Else
Dim_down
End If
Case Fehler
Hauptschalter = Aus
Pwm_ausgang = 0
Led_fehler = Ein
Led_unterspannung = Aus
Led_ueberladung = Aus
Led_fertig = Aus
End Select
Waitms 100 'nur kein Stress ;-)
Loop
'Beim Überlauf des Timer1 wird dieser Interrupt ausgeführt
Timer1_interrupt: 'alle 8,3 Sekunden (bei 8 MHz)
If Unterspannung_Stoppuhr_start = 1 Then
If Unterspannung_stoppuhr < 65535 Then
Incr Unterspannung_stoppuhr
Else
Unterspannung_stoppuhr = 65535
End If
Else
Unterspannung_stoppuhr = 0
End If
If Schnellladung_stoppuhr_start = 1 Then
If Schnellladung_stoppuhr < 65535 Then
Incr Schnellladung_stoppuhr
Else
Schnellladung_stoppuhr = 65535
End If
Else
Schnellladung_stoppuhr = 0
End If
Toggle Interval
Return
'Das Rauf und Runterdimmen wird begrenzt um Überläufe zu verhindern.
Sub Dim_up()
If Pwm_ausgang < 255 Then
Incr Pwm_ausgang
Else
Pwm_ausgang = 255
End If
End Sub
Sub Dim_down()
If Pwm_ausgang > 0 Then
Decr Pwm_ausgang
Else
Pwm_ausgang = 0
End If
End Sub