Akku Entladeschaltung - first Test

Na, dann auch mal ein Post von mir. Hab meine Entladeschaltung dieses Wochenende getestet.
Was, wen? Ganz einfach: Eine Schaltung, welche an ein Arduino Board angeflanscht, es ermöglicht die Entladekurve eines Akkus aufzuzeichnen.

Ja, natürlich - ein Leben ohne Entladeschaltung ist möglich. Auf die mentalen Abgründe, warum ich trotzdem eine haben muss, möchte ich gar nicht eingehen.

Oder doch:
Es sind die Dinge, welche im Leben einfach so passieren, wie z.B. der vergebliche Versuch mit einem Billig-Navi Geo-Caching zu machen. Es reicht nicht, das dieses Ding gerade mal genau genug ist, den Landkreis in dem man sich befindet korrekt anzuzeigen - nein irgendwo, mitten in der Botanik, am Ende der Welt, den genervten Sohn nörgelnd hinter sich, versagt auch noch der Akku. Nicht verzagend tackert der findige Bastler einfach ein paar zusätzliche Akkus an das Teil, ist doch eigentlich kein Problem, oder? Leider doch, wie der Feldversuch zeigte. NiMH Akkus haben eine zu steile Entladekurve. Mehr Akkus und ein Spannungsregler wären nötig. Einige Modifikationen später packte mich der Ehrgeiz. Ist das denn so schwer das Flimmerding mit Energie zu versorgen? Offensichtlich. Akkus, das große Rätsel, Chemie inside, ein Mysterium. Düstere Geschichten über Memory-Effekte, abgebrannte, ja sogar Explodierende Zellen, Sandbunker und vieles mehr!

Das Thema "Akku" verfolgt mich eigentlich seit einigen Jahren. In meinen ersten Robter-Projekten war es immer ein Problem über den Ladestand der Akkus nicht genau Bescheid zu wissen. Voll, halb leer, eine Zelle schlecht, oder zwei, und wie schlecht ist schlecht?

Heutzutage verwendet man eigentlich keine Ni-Mh Akkus mehr. Zumindest im Modellbau. Das Zeitalter der Lithium-Akkus ist längst angebrochen. Doch so einfach und robust wie die alte Technik sind sie nicht. Überladen, ebenso sowie tiefentladen führt zum sicheren Exitus der Zellen.

Also sind zwei Dinge beim Einsatz notwendig: ein ordentliches Ladegerät und im Verbraucher ein Tiefentladeschutz. Natürlich könnte man jetzt einfach hergehen, Akku kaufen, irgendwo her einen Tiefentladeschutz holen (z.B. ELV), Ladegerät dazu, ran ans Navi und fertig.
Doch da komme ich mir selbst in die Quere. Warum soll ich für wenig Geld kaufen, was man mit viel Aufwand (und mehr Geld) auch selber bauen kann?

Deshalb das große Ziel: ein Ladegerät bauen für Li-Io / Li-Po Akkus, eine Entladeschaltung dazu und irgendwie alles so gemacht, dass man sichtbar hat, was im Akku drin ist.

Und deshalb bin ich heute an einem Punkt, wo eine Entladeschaltung unabdingbar ist.

Zum Projekt:

Erste Station: Alten, kaputten Laptop aus der Schublade geholt, Akku aufgesägt, Entladeschaltung gebaut und Kennlinie aufgezeichnet.

Die Entladeschaltung ist denkbar einfach. Spannung wird über einen Spannungsteiler direkt gemessen, der Strom als Spannungabfall über einen Shunt. Über eine OP-Verstärkerschaltung wird die Shunt-Spannung in den Messbereich des AD-Wandlers gebracht. Die Schaltung zu posten lohnt eigentlich noch nicht, findet man überall im Netz.
Ach ja, Basis ist natürlich ein Arduino-Board, mit zusätzlichem SD-Card-Shield.

Hier teste ich ob die Software richtig funktioniert und gleiche die Schaltung ab. Als "Akku" dient ein Netzteil, die Lampe als Stromsenke.

Erster Einsatz. Die originale Akku Elektronik hab ich dran gelassen. Bei welcher Entladespannung wird sie abschalten?

Auf der SD-Karte wird der Entladevorgang aufgezeichnet:

Strom in Blau, Spannung in Rot. Den Leistungstransistor hab ich ohne Kühlkörper betrieben, weshalb die Kennlinie des Stromes im ersten Viertel unstetig ist. Die "Beule" kommt übrigens davon, dass ich den Transistor angeblasen habe.

Erkenntnisse aus dem Versuch:

• Bei einer Zellenspannung von 2.8 - 3.0 Volt schaltet die Akku-Elektronik ab. Deutlich ist zu sehen, dass die abgegebene Leistung zusammenbricht. Es macht also keinen Sinn bis zu der Grenze von 2.5 Volt zu entladen, welche oft in verschiedenen Quellen genannt wird.
• Nach einer Entladung mit ca. 1.6A bis zur Abschaltung erholt sich der Akku wieder und die Zellenspannung steigt nach einer Stunde wieder bis ca. 3.6V an. Die Elektronik bleibt jedoch verriegelt. Heißt jedoch: mit weniger Belastung bekommt man mehr aus dem Akku heraus.
• Bemerkenswert ist, dass der Strom fast konstant bleibt, während die Spannung abfällt.

Als nächstes?
Die Entladung aufzuzeichnen war erst mal eine gute Fingerübung. Wirklich spannend ist jedoch der Ladevorgang. Zwischen Akku und Ladeelektronik soll ein entsprechender Monitor geklemmt werden, der die einzelnen Zellenspannungen und den Ladestrom aufzeichnet. Eine Schaltung dazu hab ich schon in Planung.

 To be continued.

SIM salabim

Im Laufe der Zeit haben sich bei uns diverse uralt-Handies angesammelt und so dachte ich mir, man könnte ja evtl. irgendwas nützliches damit anstellen und so habe ich eines aus den Tiefen meiner Spielzeugkommode ausgegraben: Ein olles Siemens C 45:

Schon etwas mitgenommen, hat aber einwandfrei funktioniert, bis es dann irgendwann durch ein neueres ersetzt worden war. Den dazugehörigen Akku konnte ich leider nicht mehr finden, aber egal – im WWW habe ich schnell entdeckt, daß es sich um einen NiMH Akku mit 3.6V mit 550mAh gehandelt hat – allerdings verticken diverse Drittanbieter LiPo Akkus als Ersatz?!? Aber eigentlich brauche ich eh keinen Akku für das, was mir vorschwebt: ein SMS getriggerter Türsummer. D.h. ich möchte das Handy per Steckernetzteil mit Strom versorgen und dann per geheimem SMS Code den Summer unserer Haustür betätigen können. Im heutigen und den (hoffentlich) gelegentlich folgenden Postings will ich versuchen, erste Schritte in diese Richtung zu gehen, indem ich mal studiere, ob ich das Handy zum laufen kriege, wie man SMS auslesen kann und schließlich wie ich die Verbindung zu unserer Gegensprechanlage hinbekomme.

1. Akt: Spannungsversorgung

In der Bastelkiste habe ich noch ein passendes Siemens Ladegerät gefunden, also werde ich zuerstmal testen, ob man das Handy damit betreiben kann, ohne daß ein Akku drinsteckt. Der Stecker des Ladegeräts ist ebenfalls nicht mehr ganz taufrisch, wie man sieht, aber immerhin liegt Spannung an:

Zwischen den beiden äußeren Pins liegen also 7.9V. Der mittlere scheint keine Spannung zu führen – vielleicht irgendeine Signalleitung? Akku-Erkennung? Handy-Erkennung? Akku-Voll-Erkennung?

Zum Glück gibt es ja das Internet und dort habe ich in Erfahrung gebracht, daß diese alten Siemens Handies einen sog. „Lumberg-Stecker“ verwenden, zu dem ich auf der Seite http://www.nobbi.com/steck_s25.html eine Belegungstabelle entdeckt habe, die ich hier mal wiedergebe (wieso kann diese blöde Blogger Software nicht ordentlich mit Tables umgehen? Und wieso müssen Bilder in so besch... Qualität eingebunden werden?):

D.h. ich lag garnicht so falsch mit meiner Vermutung. Leider macht das Handy aber keinen Mucks, wenn das Ladekabel angeschlossen ist. OK – war einen Versuch wert. Also als nächstes ein Blick ins Innere. Der Akku hat offenbar drei Kontakte. Etwas herumprobieren ergab, daß die Spannung an die beiden äußeren Pins muß:

Für ein paar Sekunden war ich mir sicher, das Spannungsversorgungsproblem gelöst zu haben bis dies geschah:

Das sagt er unter energischem Gepiepse so zwei oder dreimal und dann schaltet das Gerät aus! Habe ein bisschen mit Spannung und Strombegrenzung gespielt aber daran scheint es nicht zu liegen. Das Handy zieht je nach Zustand so zwischen 20 und 200mA (zumindest ohne SIM). Und auch eine Extra-Portion Spannung bis 3,8V hat daran nichts geändert. Vermutung: der dritte Pin signalisiert den Ladezustand des Akkus. Nur was muß da anliegen? Etwas Suchen im WWW hat mich dann auf eine andere Bastlerseite (http://www.kh-gps.de/alarm.htm) geführt, wo die Ansicht vertreten wird, der Mittelpin sei für die Temperaturüberwachung und man müsse diesen über einen 10k Widerstand gegen Masse schalten. Da die Federkontakte recht eng beisammen liegen, habe ich aber erstmal ein paar Kabel an die drei Kontakte gelötet, verschrumpfschlaucht und mit ein paar Blobs Heißkleber isoliert und gesichert, damit man vernünftig arbeiten kann:

Hm – habe den Mittelpin über 10k auf Masse gelegt: Immer noch Meldung „Akku leer“. Also mal testweise auf Plus – mit dem selben Ergebnis. Grumpf! Also weiter im WWW rumgelesen. Irgendwo stand dann dies: „ca. 3,6V = leer; ca. 4,2V = voll“ Also neuer Versuch, diesmal bei 4,1V und siehe da: es scheint zu gehen - es meckert nicht mehr! (oder nicht mehr so schnell und v.a. schaltet es nicht mehr einfach ab) :-)

2. Akt: first contact – not

Nachdem die Stromversorgung zu gehen scheint nun also eine SIM Karte rein. Habe mir extra eine Prepaid Karte dafür besorgt. Einschalten, große Vorfreude! Handy bootet und – will einen „telefon code“ von mir wissen. Also schnell die PIN freigerubbelt und eingegeben – falsch! Hä? Also nicht die PIN, sondern was anderes. Woher in aller @!# Welt soll ich nach 10 Jahren noch wissen, was für einen Telefon-Code das Ding hatte!?! Also noch zwei andere Zahlen probiert, die es evtl. gewesen sein könnten bis dann ...

Na toll – nun ist das Handy gebricked und ich darf erstmal versuchen, einen Crack dafür zu finden. Fortsetztung folgt...

Lichtschranke die 2te

So – wie versprochen werde ich mir nun mal die Funktionsweise der KEMO Lichtschranke genauer ansehen. Hier erstmal die Früchte meiner Arbeit in ganzer Pracht:




Sender

Die Schaltung sieht simpel aus: Drei Transistoren, die sich wohl gegenseitig beeinflussen. So aus dem Bauch heraus vermutlich einfach irgendein simpler Oszillator. Und bevor ich mir das Hirn heißdenke schauen wir uns das erstmal in der Praxis an. Schon mit bloßem Auge kann man sehen, daß die IR LEDs ein klein wenig sichtbares Licht abgeben, wenn man 9V auf die Schaltung gibt. Die Digitalkamera ist offenbar richtig IR empfindlich und so sieht man die LEDs hübsch aufleuchten:



Also messen wir doch mal das Signal von Masse gegen einen LED-Pin:


OK – also ein Rechteckgenerator mäßiger Qualität. Soweit keine große Überraschung. Nochmal Blick auf die Schaltung und ein wenig Nachlesen zeigt: Das ist wohl eine astabile Kippschaltung aka Multivibrator (da war mein uralter Beuth mal richtig nützlich). An dieser Stelle ist mir der Sender langweilig geworden.

Empfänger

Hier fällt erstmal der IC ins Auge: U2531B. Hm – nie gehört. Also Tante Google fragen und so bin ich auf ein Datenblatt gestoßen, daß aussieht, als stamme es aus der Zeit unserer Urväter und mir verrät, daß es sich hier um einen integrierten Verstärker für IR Fernbedienungen handelt, den die vor Aeonen von Jahren pleite gegangene Telefunken hergestellt hat. Der Rest der Schaltung scheint wenig aufregend. Also mal das Oszi dran und schauen, was sich auf Pin 3 (PCM) so tut. Wenn ich richtig liege, sollte hier ja das Übertragene Signal rauskommen:


Au weia – das könnte Julian vermutlich schöner zeichnen! Aber immerhin scheint es ein Signal zu sein. Nur warum hat es fast die doppelte Frequenz des Senders? Hm – vielleicht liegt es daran, daß der Sender nicht wirklich direkt auf den Empfänger ausgerichtet ist, sondern einfach irgendwo auf dem Schreibtisch rumliegt? Das Ding scheint nämlich ganz schön Sendepower zu haben, denn ich kann die Lichtschranke auf kurze Distanz nicht mit meiner Hand unterbrechen, sondern muß die Lichtquelle abschalten, oder unter den Tisch halten.
Aber zurück zum empfangenen Signal, diesmal sauber ausgerichtet:


Ah – so soll das aussehen! Hatte ich da vorher eine Reflexion an der Wand oder sowas mit im Bild?

Habe noch etwas herum experimentiert, um das zu Klären. An eine Reflexion glaube ich nicht mehr, da das Phänomen auch auftritt, wenn man die Linse drauf macht und dann die Ausrichtung nicht exakt stimmt. Vielleicht schwingt da irgendwas selber mit? Oder hat es evtl. was mit dieser ominösen Schaltung mit dem FT1 zu tun? Jedenfalls wird das Output Signal doppelgipflig bis komplett verdoppelt, sobald man nicht direkt zielt, sondern von der Seite einstrahlt. Verstehe ich gerade nicht, aber das könnten man ja mal zusammen weiter erforschen...

PS: Nun ist mir zwar grob klar, wie die Lichtschranke funktioniert, aber den Sinn dieses "Seitenstrahlers" FT1 hab ich immer noch nicht kapiert. Warum in aller Welt sollte eine "Infrarot-Grundbeleuchtung" eine "Reichweitenreduzierung bei völliger Dunkelheit" verhindern???

Advent, Advent ein Lichtlein brennt - jedenfalls an der Lichtschrankenschaltung

Zu Weihnachten dachte sich ein Freund "Was schenke ich nur diesem verschrobenen Philipp?" und nach langem Grübeln hat er sich für einen Elektronikbausatz entschieden. Schonmal gut ;-)

Entschieden hat er sich dann für die Infrarot Lichtschranke von Kemo (B213). Und dem habe ich mich nun mal gewidmet. Sollte eigentlich ein Klacks sein, denn es ist ja nur simple Lötarbeit zu tun – dachte ich jedenfalls. Die Anleitung schien klar genug, wenngleich sie insofern enttäuschend ist, als sie zwar den Aufbau ermöglicht, aber leider kein Wort über die Funktionsweise der Schaltung verliert. Das beiliegende Original hat übrigens auch eine vernünftige Bestückungsliste – keine Ahnung, warum die im PDF fehlt. Hier ist sie:


Also schnell den Lötkolben angeheizt und die beiden Platinen bestückt und verlötet. Null Problemo für jemanden mit Lötzinn im Blut. Und so ging alles flott voran, bis ich mein Werk durch Einlöten von IRED1 und FT1 krönen wollte. Ist ja ganz einfach – steht ja alles auf der Platine. Aber welches der beiden verbliebenen Bauteile ist nun welches? Hm – in der Bauanleitung findet sich ja ein Bild der Sendediode:

Und in der Tat gibt es auch ein Bauteil, das in etwa so aussieht – das müsste also IRED1 sein. Nur wierum soll es in die Platine? Anhand des Aufdrucks konnte ich es jedenfalls nicht eruieren. Hm – also mal die Schaltung und Platine näher ansehen. Man kann erkennen, daß der "obere" Pin zum IC geht und der andere offenbar an die Massefläche. Letzterer sollte also die Kathode sein. Lötet man das aber so ein "schaut" die kleine Linse weg von FT1 und hin zum IC. Hm – ob das richtig ist? Vermutlich soll die Linse doch eher nach vorn schauen, dachte ich mir. Also Pins um 90 Grad biegen, so daß das Ding nach oben "schaut". Sieht besser aus, nur kann man nun leider FT1 nicht mehr einlöten, weil es zu eng zugeht auf dem Board. Also doch ungebogen einlöten. Sieht hübsch aus, aber leider geht die Schaltung dann nicht – grumpf!

Verfluchte Sch.... was soll das denn? Bei genauer Betrachtung der Anleitung kann man dann sehen, daß die Anordnung der beiden Bauteile auf der Abbildung der aufgebauten Schaltung exakt andersrum ist: das viereckige Ding ist dort außen angeordnet und schaut das andere Element an. Irgendwo in den unendlichen Weiten des WWW habe ich dann auch eine andere Variante der Anleitung gefunden, die diese Vermutung stützt: dort ist auch die Kennzeichnung der Platine so, daß das eckige Ding nach außen gehört. Also hab ich es dann so aufgebaut und man glaubt es kaum, aber nun funktioniert alles.

Mit etwas Nachdenken dann die Erkenntnis: das ist die Empfängerplatine – nicht der Sender. Also ist diese "Sendediode" wohl FT1 und das andere die IR Empfangsdiode. Schade nur, daß die Anleitung sich zur genauen Funktion dieser Anordnung nur nebulös äußert: irgendwas mit Reichweitenreduzierung bei Nacht, aber wirklich klar ist das nicht. Wie die Schaltung funktioniert schaue ich mir dann in der nächsten Folge an und dann wird hoffentlich auch dieses Rätsel gelüftet. Zuguterletzt muß ich zugeben, daß genaue Lektüre der Anleitung tatsächlich eine Erklärung zum Einlöten enthalten hätte – aber wer liest schon einen Abschnitt mit der wenig vielversprechenden Überschrift "Aufbauanweisung"? ;-)

Wenn ich die Sache richtig sehe, liegt die Wurzel des Übels darin, daß es keine gute Idee ist, ein Bauteil FT1 zu nennen, wenn es sich um eine IR Empfangsdiode handelt und gleichzeitig daneben ein Fototransistor verbaut wird, den man kreativerweise IRED1 nennt. Da hat doch der Praktikant die Bauteilbenennung gemacht!