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Bau- und Bedienungsanleitung
Best.-Nr.: 65024
Version 2.0,
Stand: Oktober 2006
Hochstrom-Entlade-Testgerät
Technischer Kundendienst
Für Fragen und Auskünfte stehen Ihnen unsere qualifizierten technischen
Mitarbeiter gerne zur Verfügung.
ELV • Technischer Kundendienst • Postfach 1000 • D - 26787 Leer
Reparaturservice
Für Geräte, die aus ELV-Bausätzen hergestellt wurden, bieten wir unseren
Kunden einen Reparaturservice an. Selbstverständlich wird Ihr Gerät so
kostengünstig wie möglich instand gesetzt. Im Sinne einer schnellen Abwicklung
führen wir die Reparatur sofort durch, wenn die Reparaturkosten den
halben Komplettbausatzpreis nicht überschreiten. Sollte der Defekt größer
sein, erhalten Sie zunächst einen unverbindlichen Kostenvoranschlag. Bitte
senden Sie Ihr Gerät an:
ELV • Reparaturservice • Postfach 1000 • D - 26787 Leer
ELV Elektronik AG • Postfach 1000 • D-26787 Leer
Telefon 04 91/600 888 • Telefax 04 91/6008-244
ELVjournal 4/05
1

Bau- und Bedienungsanleitung
Mit bis zu 20 A Entladestrom kann die zur Verfügung stehende Kapazität von Einzelzellen
unter realistischen Einsatzbedingungen ermittelt werden. Das HET 20 ist besonders zur
Selektion von Zellen im Modellbaubereich geeignet, wobei alle wichtigen Technologien
wie NC, NiMH, Blei, Lithium-Ionen und Lithium-Polymer unterstützt werden.
Des Weiteren kann der Innenwiderstand der Zelle angezeigt werden.
Allgemeines
Bei Akkus im Hochstrombereich kommt
es auf das Verhalten unter realistischen
Lastbedingungen an. Neben der Kapazität
ist entscheidend, wann die Spannung unter
Lastbedingungen zusammenbricht. Je höher
der Innenwiderstand, desto mehr ist die
entnehmbare Kapazität von den Lastbedingungen
abhängig.
Wenn es um die Konfektionierung von
Akku-Packs geht, ist es für eine lange
Lebensdauer wichtig, dass alle Einzelzellen
die gleiche Kapazität aufweisen. Der
gesamte Akku-Pack ist immer nur so gut
wie die schwächste Zelle. Jede einzelne
Technische Daten: HET 20
Unterstützte Akku-Technologien: .................................................... NC, NiMH, Pb,
Lithium-Ionen, Lithium-Polymer
Entladestrom: ............................................................ einstellbar von 0,5 A bis 20 A
Entladeschluss-Spannung:..... je nach Akku-Technologie konfigurierbar (min. 0,8 V)
Display: ............................................. 2-Zeilen-Grafik-Display mit Hinterleuchtung
Anzeigemöglichkeiten .................... Kapazität, Leerlauf-Spannung, Last-Spannung,
Entladestrom, Akku-Innenwiderstand
Bedienung: .................................................................. menügesteuert über 4 Tasten
Schutzfunktion: ................................................ Endstufen-Temperaturüberwachung
Spannungsversorgung: .............................................................. 12–16 VDC, 200 mA
Besonderheiten:
4-Leiter-Messtechnik, serielle Schnittstelle, kompakte Abmessungen,
Displayeinheit kann wahlweise liegend oder stehend montiert werden
2 ELVjournal 4/05

ELVjournal 4/05
025221301A
Ri R Last
Bild 1: Das vereinfachte Ersatzschaltbild
verdeutlicht, dass der
Innenwiderstand des Akkus und die
Last eine Reihenschaltung bilden.
Zelle besteht aus der Spannungsquelle und
einem in Reihe geschalteten Innenwiderstand,
wie das vereinfachte Ersatzschaltbild
in Abbildung 1 zeigt. Bei mehrzelligen
Akku-Packs addieren sich dann die Innenwiderstände
der einzelnen Zellen zu einem
Gesamtinnenwiderstand, der in Reihe zur
angeschlossenen Last liegt.
Je höher der Entladestrom, desto geringer
ist der Widerstand der Last und desto
mehr Spannung fällt an dem in Reihe liegenden
Innenwiderstand ab.
Während des Entladevorgangs eines Akkus
steigt der Innenwiderstand kontinuierlich
an und die Spannung am Verbraucher
sinkt entsprechend ab. Die Leerlauf-Spannung
bei unterschiedlichem Ladezustand
ist hingegen nahezu gleich. Vergleichende
Messungen des Innenwiderstandes sollten
daher immer bei gleichem Ladezustand
der Zelle durchgeführt werden.
Treten bei einem Akku-Pack abrupte
Spannungseinbrüche beim Entladevorgang
auf, so ist dies eindeutig ein Indiz dafür,
dass nicht alle Zellen die gleiche Kapazität
haben bzw. eine oder mehrere Zellen bereits
geschädigt sind (deutlich zu sehen bei
Akku 2 in Abbildung 2). Während des
weiteren Entladeverlaufs kann es dann
zum Umpolen und somit zur weiteren
Schädigung dieser Zelle kommen. Gut selektierte
Zellen hingegen sorgen immer
dafür, dass Akku-Packs eine hohe Zuverlässigkeit
und insbesondere eine lange
Lebensdauer haben.
Neben dem Innenwiderstand der Akkus
sind bei hohen Strömen natürlich auch
Übergangswiderstände, hervorgerufen
durch Kabel- und Steckverbindungen, für
Spannungsverluste am Verbraucher verantwortlich.
Bei der Messwert-Erfassung unter Lastbedingungen,
wie z. B. der Messung der
Lastspannung, dürfen die parasitären Widerstände
an den Anschlussklemmen nicht
unberücksichtigt bleiben. Die parasitären
Widerstände können durchaus größer sein
als der Innenwiderstand der angeschlossenen
Zelle.
Um Messfehler auszuschließen, wird
beim HET 20 die 4-Leiter-Messtechnik
eingesetzt. Bei dieser Technik fließt der
Entladestrom über 2 Anschlussleitungen
mit entsprechendem Querschnitt, und
2 zusätzlich, parallel an der Zelle anzuschließende
„Sense“-Leitungen dienen zur
Spannungserfassung direkt an der Zelle.
Dadurch wird dann die tatsächliche Zellenspannung,
unabhängig vom Laststrom,
gemessen.
Funktion
Bild 2: Entladekurven von 4 unterschiedlichen 9,6-V-Akku-Packs bei gleichen
Entladebedingungen
Das HET 20 ist als recht kompaktes
Modul aufgebaut, wobei für den Einbau in
ein Gehäuse die Anzeigeeinheit stehend
oder liegend montierbar ist. Die Bedienung
erfolgt menügesteuert über vier Tasten
und zur Anzeige dient ein zweizeiliges
Grafik-Display mit zwei mal sechzehn Zeichen
und Hintergrundbeleuchtung.
Die Auswahl des Entladestromes erfolgt
menügesteuert im Bereich von 0 bis 20 A
mit 0,5 A Auflösung. Des Weiteren ist die
Akku-Technologie auszuwählen, und die
Entladeschluss-Spannung kann bei jedem
Akku-Typ im zulässigen Einstellbereich
konfiguriert werden.
Da alle Komponenten inklusive Kühlkörper
auf der Leiterplatte untergebracht
sind, entsteht ein sehr kompaktes Modul,
bei dem keine aufwändigen Verdrahtungen
erforderlich sind.
Zur Spannungsversorgung der Elektronik
ist eine Gleichspannung zwischen 12 V
und 16 V erforderlich, die an einer Niederspannungsbuchse
anzuschließen ist. Zur
externen Weiterverarbeitung werden alle
Messwerte zusätzlich in Form eines Datentelegramms
an einer einfachen seriellen
Schnittstelle ausgegeben.
Bedienung
Zur Bedienung stehen insgesamt vier
Tasten unterhalb des Displays zur Verfügung,
wobei mit der ersten Taste (links) die
gewünschte Anzeige auszuwählen ist.
Ohne Tastenbetätigung wird während
des Entladevorgangs die aufsummierte
Kapazität bzw. nach Beendigung des Entladevorgangs
der ermittelte Kapazitätswert
angezeigt.
Neben der Kapazität kann die Anzeige
des Entladestroms, der Leerlaufspannung,
der Lastspannung und des Akku-Innenwiderstandes
erfolgen. Die Auswahl der gewünschten
Display-Anzeige erfolgt mit der
Taste „Anzeige“, wobei die Taste eine
Toggle-Funktion hat, das heißt, die Taste
ist so oft zu betätigen, bis die gewünschte
Anzeige im Display erscheint.
Verschiedene Einstellmenüs sind mit der
rechts daneben angeordneten Toggle-Taste
„Menü“ aufzurufen, wobei die Einstellung
dann mit der Taste „Auswahl“ vorgenommen
wird. Die Übernahme der jeweils
getroffenen Einstellungen erfolgt mit der
Taste „OK“.
Sämtliche Einstellungen werden im
3

Bau- und Bedienungsanleitung
EEPROM-Bereich des Prozessors gespeichert
und bleiben auch ohne Betriebsspannung
nahezu unbegrenzt erhalten.
Betrachten wir nun die Menüs mit den
Auswahlmöglichkeiten im Einzelnen:
Menü Stromvorgabe
In diesem Menüpunkt kann mit der
Taste „Auswahl“ die Einstellung des gewünschten
Entladestromes zwischen 0 und
20 A erfolgen, wobei die Übernahme erst
mit Betätigung der Taste „OK“ erfolgt.
Auf dem Display erscheint wieder die normale
Anzeige.
Menü Akku-Technologie
Der nächste, mit der Taste „Menü“ aufzurufende
Menüpunkt ist die Akku-Technologie.
Hier stehen zur Auswahl NC/
NiMH, Pb, Lithium-Ionen und Lithium-
Polymer. Nach Auswahl der gewünschten
Akku-Technologie ist zur Übernahme wieder
die „OK“-Taste zu betätigen oder für
weitere Einstellungen zum nächsten Menüpunkt
zu wechseln.
Menü Entladeschluss
Je nach verwendeter Akku-Technologie
ist die Zellenspannung und somit auch die
Entladeschluss-Spannung unterschiedlich.
Auf die jeweilige Akku-Technologie angepasst,
kann in diesem Menüpunkt eine
Veränderung innerhalb der zulässigen Einstellgrenzen
erfolgen. Tabelle 1 zeigt die
zur Verfügung stehenden Einstellgrenzen,
und die Übernahme des eingestellten
Grenzwertes erfolgt wiederum mit der Taste
„OK“, sofern nicht zuvor weitere Einstellungen
im Menü erfolgen sollen.
Menü Licht
Das zweizeilige Grafik-Display des
Hochstrom-Entlade-Testgerätes ist mit einer
Displayhinterleuchtung ausgestattet.
Mit der Taste „Auswahl“ kann nun bestimmt
werden, ob die Beleuchtung ständig
ausgeschaltet, ständig eingeschaltet oder
nach jeder Tastenbetätigung für 5 Sekunden,
10 Sekunden, 30 Sekunden oder auch
60 Sekunden aktiviert werden soll.
Start/Stop
Zum Start des Entladevorgangs ist ausgehend
vom normalen Anzeigemodus kurz
die „OK“-Taste zu betätigen. Nun erscheint
im Display oberhalb der beiden mittleren
Tasten „Start“ und „Stop“.
Mit der Taste unterhalb von „Start“ kann
der Entladevorgang gestartet werden, und
die Taste unterhalb von „Stop“ dient zum
vorzeitigen Abbruch eines bereits gestarteten
Entladevorgangs. Der aktivierte Entladevorgang
wird zusätzlich mit einer roten
LED angezeigt.
Sobald die eingestellte Entladeschluss-
Spannung unterschritten wird, erfolgt die
automatische Beendigung des Entladevorgangs.
Die rote Entlade-Kontroll-LED erlischt
darauf hin, und auf dem Display wird
die aufsummierte Kapazität angezeigt.
Temperatur-Schutzschaltung
Das Hochstrom-Entlade-Testgerät ist
mit einer Übertemperatur-Schutzschaltung
ausgestattet, deren Temperatursensor direkt
am Kühlkörper montiert ist. Bei Übertemperatur
wird der Entladevorgang unterbrochen
und automatisch fortgesetzt,
sobald die Temperatur wieder auf zulässige
Werte abgesunken ist. Während der
Übertemperatur erfolgt eine entsprechende
Display-Anzeige.
Tabelle 2: Datentelegramm der seriellen Schnittstelle
STX Kapazität Entladestrom Leerlaufspannung Lastspannung Innenwiderstand
0 x 02 hi byte lo byte hi byte lo byte hi byte lo byte hi byte lo byte hi byte lo byte
Alle Zeichen zwischen den Start- und Stoppzeichen müssen so bearbeitet werden, dass kein STX und kein
ETX darin vorkommen können. Die Bearbeitung erfolgt nach folgendem Schema:
< STX > (0 x 02) wird gesendet als < ENQ > (0 x 05) < DC2 > (0 x 12)
< ETX > (0 x 03) wird gesendet als < ENQ > (0 x 05) < DC3 > (0 x 13)
< ENQ > (0 x 05) wird gesendet als < ENQ > (0 x 05) < NAK > (0 x 15)
Tabelle 1:
Einstellbereich der
Entladeschluss-Spannung
Akku-Technologie Einstellbereich
NC
0,8–1,1 V
NiMH
0,8–1,1 V
Blei
1,7–2,0 V
Lithium-Ionen 2,7–3,1 V
Lithium-Polymer 2,7–3,2 V
Schnittstelle
An einer 6-poligen Western-Modular-
Buchse steht eine serielle Schnittstelle zur
Verfügung, die direkt mit der RS-232-
Schnittstelle eines PCs verbunden werden
kann. Hier wird im Normalbetrieb ca. alle
500 ms ein Datentelegramm gesendet.
Während des Zugriffs auf das Menü erfolgt
keine Datenausgabe. Die Datenübertragung
erfolgt mit 19.200 Baud, 1 Startbit,
8 Datenbits, 1 Paritätsbit (even) und
1 Stoppbit, wobei das Datentelegramm den
in Tabelle 2 dargestellten Aufbau hat.
Die Datenbytes sind vorzeichenbehaftete
Integer-Werte, die zum Übertragen in
Low-Byte und High-Byte aufgeteilt wurden.
Schaltung
Die Schaltung des Hochstrom-Entlade-
Testgerätes ist in Abbildung 3 dargestellt.
Durch den Einsatz eines modernen Flash-
Mikrocontrollers und eines direkt ansteuerbaren
Grafik-Displays hält sich der Schaltungsaufwand
in Grenzen. Neben dem
4-KByte-Flash-Speicher verfügt der AVR-
Controller (IC 1) über einen integrierten
8-Kanal-A/D-Wandler mit 10 Bit Auflösung,
256 Byte EEPROM und 512 Byte
RAM. Abbildung 4 zeigt die interne Struktur
dieses interessanten Mikrocontrollers.
Die Referenzspannung für den intergrierten
A/D-Wandler wird ebenfalls intern
generiert.
Das zweizeilige Grafik-Display mit
jeweils 16 Zeichen verfügt über einen
eigenen Controller und kommuniziert
über einen 4-Bit-Bus mit dem AVR-Controller
IC 1. Neben dem an PB 2 bis PB 5
angeschlossenen Datenbus sind noch die
Leitungen RS, R/W und CE mit dem Haupt-
Mikrocontroller verbunden.
Der über R 2 mit Spannung versorgte
Einstelltrimmer R 1 dient zur Einstellung
des Display-Kontrastes.
Wie bereits erwähnt, verfügt das Display
über eine integrierte LED-Hinterleuchtung.
Diese wird vom Controller über den
Treibertransistor T 1 gesteuert und über
R 8 mit Spannung versorgt.
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+5V TA1 TA2 TA3 TA4
Kontrast
R1
1K
C1
R2
10K
+10V
EIN
R33
10K
23
PCINT8 ADC0 PC0
24
PCINT9 ADC1 PC1
25
PCINT10 ADC2 PC2
26
PCINT11 ADC3 PC3
27
PCINT12 SDA ADC4 PC4
28
PCINT13 SCL ADC5 PC5
29
PCINT14 /RESET PC6
30
PCINT16 RXD PD0
31
PCINT17 TXD PD1
32
PCINT18 INT0 PD2
1
PCINT19 OC2B INT1 PD3
2
PCINT20 XCK T0 PD4
9
PCINT21 OC0B T1 PD5
10
PCINT22 OC0A AIN0 PD6
11
PCINT23 AIN1 PD7
IC1
ELV05470
18
AVCC
20
AREF
19
ADC6
22
ADC7
PB0 ICP1 CLKO PCINT0
PB1OC1A PCINT1
PB2 OC1B /SS PCINT2
PB3 MOSI OC2A PCINT3
PB4 MISO PCINT4
PB5 SCK PCINT5
PB6 OSC1 XTAL1 PCINT6
PB7 OSC2 XTAL2 PCINT7
12
13
14
15
16
17
7
8
C2
1n/SMD
R3
100K
Anzeige
Menü
Auswahl
OK
+10V
100n
SMD
R4
10K
R5
10K
R6
10K
R7
10K
R8
39R
1Watt
+5V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
LCD1
GND
+5V
Contrast
RS
R/W ¯¯
CE
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
GND
Light
LC-Display
Mikrocontroller
Q1
1 3
R9
1K
R10
10K
BCW
66H
T1
ST2
AKKU +
2
4 MHz
Hinterleuchtung Ein/Aus
R11
100K
ST1
AKKU +
R34
10K
R16
39K
C20
C6
100n
SMD
100p
SMD
1
+
IC2
3
+
A
2
-
TLC277C
R15
10K
C7
10p
SMD
R19
56K
R13
10M
C8 10n/SMD
IC2
6
-
7
+
B
5
+
TLC277C
Entladeregler
R21
10K
R22
47K
BC337-40
T2
+10V
R26
100R
R12
100K
SI1
T7
25 A
IPP03N03LA
R14
4K7
SAX1
+5V
SAA965
Temperatursensor
R17
220R
R18
10K
EIN
R23
10K
T4
ST3
AKKU -
Entladen
D1
3mm
rot
C9
22p
SMD
C10 +
100u
16V
R20
5K6
C11
22p
SMD
R24
10K
BC848C
R25
470R
R35
100R
R27
20m
R28
20m
ST4
AKKU -
BU1
12-16V / DC
SI2
500 mA
D3
1N4001
SMD
C14 + C15
470u
25V
100n
SMD
IN
IN
IC3
78L05
GND
IC4
7810
GND
OUT
OUT
C12
C16
C13 +
100n
SMD
100n
SMD
+5V
10u
16V
+10V
C17 +
10u
16V
R29
470R
D2
Ein
8
IC2
TLC277C
4
3mm
grün
C18
+5V
IC1 4
Vcc
100n
SMD
6
Vcc
C19
GND GND GND
100n
3 5 21 ELV05470 SMD
R30
10K
BC848C
R31
10K
T6
R32
10K
BC858C
T5
6
5
4
3
2
1
BU2
Westernbuchse
serielle
Schnittstelle
Bild 3: Schaltbild des Hochstrom-Entlade-Testgerätes HET 20
Die Bedientaster des Mikrocontrollers
sind ohne weitere externe Beschaltung direkt
an Port PC 3 bis PC 5 und Port PD 0
angeschlossen.
Der integrierte Taktoszillator ist an Pin 7
und Pin 8 extern zugänglich und mit dem
4-MHz-Quarzbaustein Q 1 beschaltet. Die
erforderlichen Kondensatoren sind integriert.
Unterhalb des Digitalteils ist der analoge
Schaltungsteil zu sehen, der im Wesentlichen
aus einem Stromregler und
ELVjournal 4/05
der Leistungsendstufe besteht.
Die Sollwert-Vorgabe für den Endladestrom
erfolgt mit Hilfe eines PWM-Signals
von Port PB 1 des Mikrocontrollers.
Mit Hilfe des Integrationsgliedes, bestehend
aus R 19, R 20 und C 10, wird eine
zum Tastverhältnis proportionale Steuergleichspannung
gewonnen, die als Soll-
Wert direkt am nicht-invertierenden Eingang
von IC 2 B anliegt.
An den beiden Shunt-Widerständen R 27,
R 28 erhalten wir einen Spannungsabfall,
der direkt proportional zum Entladestrom
ist und somit den Ist-Wert repräsentiert.
Diese Spannung wird über R 22 auf den
invertierenden Eingang des Reglers IC 2 B
gekoppelt.
Der Reglerausgang (Pin 7) steuert über
R 21 den Treibertransistor T 2, der wiederum
über R 26 das Gate des FET-Leistungstransistors
T 7 steuert.
Abhängig von der Gate-Spannung wird
die Drain-Source-Strecke des Transistors
niederohmiger oder hochohmiger.
5

Bau- und Bedienungsanleitung
Die Reihenschaltung, bestehend aus der
Sicherung SI 1, der Drain-Source-Strecke
des Leistungs-FETs T 7 und der parallel
geschalteten Shunt-Widerstände R 27 und
R 28, belasten den an ST 1 und ST 2
angeschlossenen Akku.
Zur Messung des Entladestromes wird
die Spannung an den Shunt-Widerständen
abgegriffen und über R 15 auf den mit
IC 2 A aufgebauten nicht-invertierenden
Verstärker gegeben. Das um den Faktor
4,9 verstärkte Signal gelangt über R 34 auf
den im Mikrocontroller integrierten A/D-
Wandler zur Spannungsmessung. Das mit
R 34 und C 20 aufgebaute RC-Glied dient
dabei gleichzeitig zur Störunterdrückung.
Schwingneigungen des OPs unterdrückt
C 6, und C 7 verhindert HF-Einkopplungen
auf die OP-Eingänge.
Zur Spannungsmessung ist der am Pluspol
des Akkus angeschlossene Spannungsteiler
R 11, R 12 direkt mit dem A/D-
Wandler-Eingang PC 1 verbunden.
Die Bezugsmasse für die Messung wird
über die an ST 3 angeschlossene „Sense“-
Leitung zum Minusanschluss der zu messenden
Zelle geführt.
Der Temperatursensor SAX 1 überwacht
die Endstufentemperatur direkt am Kühlkörper.
Der Widerstand des Sensors und
somit auch die Spannung am SAX 1 ändert
sich mit der Temperatur. Zur Messung
gelangt die Spannung auf den A/D-Wandler-Eingang
PC 2 des Mikrocontrollers.
Eine aktivierte Entladung zeigt die
Leuchtdiode D 1 an, die über R 17 vom
Controller gesteuert wird.
Die vom Mikrocontroller erfassten
Messdaten werden als serielles Datentelegramm
an Port PD 1 ausgegeben. Über
R 30 gelangen die Daten auf die mit T 6
und T 5 aufgebaute Stufe, die an BU 2 eine
RS-232-Schnittstelle zur Verfügung stellt.
Das Netzteil des HET 20 ist recht einfach
und besteht im Wesentlichen aus zwei
Festspannungsreglern. Zum Betrieb ist eine
unstabilisierte Gleichspannung zwischen
12 und 16 Volt erforderlich, die an die Niederspannungsbuchse
BU 1 anzulegen ist.
Über die Sicherung SI 1 und die Verpolungsschutzdiode
D 3 gelangt die unstabilisierte
Spannung auf den Pufferelko C 14
und die Eingänge der Spannungsregler
IC 3 und IC 4.
Während IC 3 ausgangsseitig eine stabilisierte
Spannung von 5 V zur Verfügung
stellt, liefert IC 4 stabilisiert 10 V. Die
Elkos C 13 und C 17 dienen zur Schwingneigungsunterdrückung
an den Spannungsreglern
und die übrigen Keramik-Kondensatoren
verhindern hochfrequente Störeinkopplungen.
Bild 4: Interner Aufbau des Mikrocontrollers
Nachbau
Beim HET 20 kommen sowohl konven-
Ansicht der Montagemöglichkeiten der Displayeinheit
6 ELVjournal 4/05

tionelle bedrahtete Bauelemente als auch
SMD-Bauteile zum Einsatz. Besonders
einfach wird der praktische Aufbau dadurch,
dass die Leiterplatte mit komplett
bestückten SMD-Komponenten ausgeliefert
wird. Aufgrund der Miniatur-Bauweise
und der geringen Pin-Abstände, insbesondere
beim Mikrocontroller, wird die
Handbestückung der SMD-Komponenten
sonst zu schwierig. Zu leicht können dabei
Kurzschlüsse zwischen benachbarten IC-
Pins entstehen.
Das für 2 x 16 Zeichen ausgelegte Punktmatrix-LCD-Modul
mit Hinterleuchtung
wird anschlussfertig als komplett aufgebaute
Einheit geliefert.
Da von Hand nur noch die konventionell
bedrahteten Bauteile wie Taster, Buchsen
usw. zu bestücken sind, entsteht in recht
kurzer Zeit ein fertig aufgebautes Gerät.
Wie bereits im ersten Teil des Artikels
erwähnt, gibt es zwei unterschiedliche
Montagemöglichkeiten für die Displayeinheit,
wodurch der Einbau in ein Gehäuse
sehr flexibel möglich ist. Bei liegender
Displaymontage bleibt die Basisplatine als
eine große Einheit bestehen. Soll hingegen
das Display in stehender Position genutzt
werden, besteht die Möglichkeit, die Platine
entlang der Sollbruchstelle in zwei Hälften
zu brechen. Damit ein einwandfreies
Brechen der Platine möglich ist, ist die
Platine vor dem Brechen ebenfalls an der
Unterseite entlang der Sollbruchlinie einzuritzen
und die Leiterbahnverbindungen
im Bereich der Bruchstelle sind zu
unterbinden.Das Brechen der Platinen entlang
der Sollbruchstelle ist vor der weiteren
Bestückung mit Bauteilen vorzunehmen.
Die Displayeinheit mit den Bedientasten
wird dann nach der Bestückung mit
Hilfe von zwei Montagewinkeln rechtwinklig
an die Hauptplatine geschraubt,
und alle korrespondierenden Leiterbahnen
sind mit viel Lötzinn zu verbinden.
Im weiteren Verlauf der Nachbaubeschreibung
gehen wir von der zweiten
Variante (Display und Bedientaster im
90°-Winkel zur Hauptplatine montiert)
aus, wobei die Bestückung ansonsten identisch
ist.
Die eigentlichen Bestückungsarbeiten
beginnen wir mit dem Einlöten des Widerstandes
R 8 in stehender Position.
Es folgen die Elektrolyt-Kondensatoren,
wobei unbedingt die korrekte Polarität
zu beachten ist. Falsch gepolte Elkos können
sogar explodieren. Üblicherweise ist
die Polarität bei Elkos am Minuspol gekennzeichnet.
Nach dem Einlöten sind,
wie auch bei allen danach zu bestückenden
bedrahteten Bauelementen, die überstehenden
Drahtenden mit einem scharfen
Seitenschneider direkt oberhalb der Lötstellen
abzuschneiden.
Ansicht der fertig bestückten Platinen des Hochstrom-Entlade-
Testgerätes mit zugehörigem Bestückungsplan
ELVjournal 4/05
7

Bau- und Bedienungsanleitung
Im nächsten Arbeitsschritt ist der Einstelltrimmer
R 1 einzulöten, wobei eine zu
große oder zu lange Hitzeeinwirkung auf
das Bauteil zu vermeiden ist.
Der aus zwei Hälften bestehende Platinen-Sicherungshalter
wird gleich nach dem
Einlöten mit der dazugehörenden Glas-
Feinsicherung bestückt.
Mit einer Senkkopfschraube M3 x 12 mm,
Zahnscheibe und Mutter wird der Kfz-
Sicherungshalter auf die Leiterplatte montiert,
und anschließend sind die Anschlüsse
mit viel Lötzinn festzusetzen. Danach
ist die 25-A-Kfz-Sicherung in den Sicherungshalter
zu drücken.
Es folgt der Einbau des Spannungsreglers
IC 4 mit möglichst kurzen Anschlussbeinchen.
Die Western-Modular-Buchse BU 2
und die DC-Buchse BU 1 müssen vor dem
Verlöten plan auf der Platinenoberfläche
aufliegen.
Die Shunt-Widerstände R 27 und R 28
sind aus Manganindrahtabschnitten von
58 mm Länge herzustellen. Über die beiden
Manganindrahtabschnitte ist jeweils
ein 53 mm langer Isolierschlauch zu ziehen,
bevor die Widerstände in einem Bogen
nach oben in die Leiterplatte gelötet
werden. Nach dem Einlöten müssen jeweils
53 mm Länge des Widerstands-Drahtes
wirksam bleiben.
Zur Wärmeabfuhr wird der Leistungstransistor
T 7 an einen großflächigen Kühlkörper
montiert. Da die Kühlfahne des
Transistors gegenüber dem Kühlkörper isoliert
werden muss, sind eine Glimmerscheibe
und eine Isolierbuchse erforderlich. Die
Glimmerscheibe wird zur Verringerung des
Wärme-Übergangswiderstandes beidseitig
dünn mit Wärmeleitpaste bestrichen.
Danach erfolgt die Montage mit einer
Schraube M3 x 10 mm, Zahnscheibe und
Mutter am Kühlkörper.
Zur Befestigung des Temperatursensors
SAX 1 dient eine Metallschelle und eine
Bild 5: LCD-Modul mit angelöteter 16-poliger Stiftleiste
gewindeschneidende 3-mm-
Schraube. Auch der Temperatursensor
ist zur Verringerung
des
Wärmeübergangswiderstandes
an der abgeflachten
Seite dünn mit Wärmeleitpaste
zu bestreichen.
Danach werden die Anschlüsse
des Leistungstransistors
und des Temperatursensors
von oben
durch die zugehörigen Platinenbohrungen
geführt und
der Kühlkörper mit zwei
selbstschneidenden 3-mm-
Schrau-ben fest auf die Leiterplatte
montiert. Im nächsten
Arbeitsschritt sind danach
die Anschlusspins sorgfältig zu verlöten.
Auf der Frontplatine werden zuerst die
Printtaster zur Bedienung des Gerätes
nacheinander eingesetzt und an der Platinenunterseite
verlötet. Gleich im Anschluss
hieran werden die zugehörigen Tastkappen
stramm aufgepresst.
Die beiden Leuchtdioden benötigen eine
Einbauhöhe von 17 mm, gemessen von der
LED-Spitze bis zur Platinenoberfläche.
Danach wird das Displaymodul für den
Einbau vorbereitet, indem eine 16-polige
Stiftleiste entsprechend Abbildung 5 angelötet
wird. Die Montage des Moduls
erfolgt auf der Bedienplatine, die entweder
im rechten Winkel vor die Hauptplatine
geschraubt wird oder Teil der Hauptplatine
bleibt, wenn keine Trennung entlang
der Sollbruchstelle erfolgt.
Der Abstand des Displaymoduls zur
Bedienplatine wird durch vier Abstandsröllchen
von 8 mm Länge bestimmt. Zur
Montage sind vier Schrauben M2 x 14 mm
von oben durch die Befestigungsbohrung
der Displayplatine zu führen, die Schraubenenden
werden dann jeweils mit einem
Bild 6: Anschluss des HET 20 bei Akkus mit Lötfahne
Abstandsröhrchen bestückt und durch die
zugehörigen Bohrungen der Bedienplatine
geführt. An der Platinenunterseite erfolgt
letztendlich das Verschrauben mit vier
Muttern M2, wobei jeweils zwischen die
Platine und die Muttern eine M2-Fächerscheibe
zu legen ist. Damit sind die Leiterplatten
bereits vollständig bestückt.
Im nächsten Arbeitsschritt werden die
Anschlussleitungen zum Prüfling angefertigt
und angeschlossen. Das Gerät besitzt
zum Anschluss an der zu entladenden Zelle
jeweils zwei Leitungen für den Pluspol
und zwei Leitungen für den Minuspol, die
direkt an die Anschlusspole des Prüflings
anzuschließen sind.
Bei den zusätzlichen Leitungen handelt
es sich um so genannte Sense(Sensor)-
Leitungen für das Messprinzip des 4-Leiter-Messverfahrens.
Aufgrund der hohen
Entladeströme würden sonst Spannungsabfälle
an den Anschlussleitungen und
Übergangswiderstände das Messergebnis
zu stark verfälschen. Für genaue Messungen
ist es natürlich wichtig, dass die „Sense“-Leitungen
auch wirklich die Spannung
an der Zelle erfassen und nicht etwa über
gemeinsame Anschlussleitungen zusammen
mit den stromdurchflossenen Leitungen
zur Zelle geführt werden. In diesem
Fall würden die Übergangswiderstände der
Anschlussleitungen mit in das Messergebnis
eingehen.
Besonders einfach kann der Anschluss
bei Akkus mit Lötfahne realisiert werden,
wie das Beispiel in Abbildung 6 zeigt.
Doch kommen wir nun zur Konfektionierung
und zum Anschluss der einzelnen
Leitungen. Dazu werden jeweils eine rote
und eine schwarze Leitung von 50 cm
Länge mit einem Mindestquerschnitt von
2,5 mm 2 und jeweils eine rote und eine
schwarze „Sense“-Leitung gleicher Länge
benötigt, bei denen der Querschnitt eine
untergeordnete Rolle spielt. Hier sind dünne
Leitungen mit einem Querschnitt von
8 ELVjournal 4/05

Stückliste:
Hochstrom-Entlade-Testgerät HET 20
0,22 mm 2 vorgesehen.
Alle freien Leitungsenden werden auf
6 mm Länge abisoliert, verdrillt und vorverzinnt.
Das Leitungsende der roten Leitung
mit 2,5 mm 2 Querschnitt ist von oben
durch die Platinenbohrung von ST 1 und
das schwarze Leitungsende mit gleichem
Querschnitt durch die Bohrung von ST 4
zu führen. Mit ausreichend Lötzinn erfolgt
dann das Verlöten an der Platinenunterseite.
Die dünnen Sensorleitungen sind an
ST 2 (Rot) und ST 3 (Schwarz) anzuschließen.
Die Kontaktierung am Prüfling ist abhängig
von den individuellen Einsatzbedingungen.
Bei Zellen mit Lötfahne kann
z. B. der Anschluss erfolgen wie in Abbildung
6 gezeigt.
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Widerstände:
12 cm Manganindraht,
0,376 Ω/m ........................ R27, R28
39 Ω/1 W .........................................R8
100 Ω/SMD/0805 ................. R26, R35
220 Ω/SMD/0805 ..........................R17
470 Ω/SMD/0805 ................. R25, R29
1 kΩ/SMD/0805 ..............................R9
4,7 kΩ/SMD/0805 .........................R14
5,6 kΩ/SMD/0805 .........................R20
10 kΩ/SMD/0805 .... R2, R4–R7, R10,
R15, R18, R21, R23, R24, R30–R34
39 kΩ/SMD/0805 ..........................R16
47 kΩ/SMD/0805 ..........................R22
56 kΩ/SMD/0805 ..........................R19
100 kΩ/SMD/0805 ........ R3, R11, R12
10 MΩ/SMD/0805 ........................R13
PT10, liegend, 1 kΩ ........................R1
Kondensatoren:
10 pF/SMD/0805 .............................C7
22 pF/SMD/0805 .................... C9, C11
100 pF/SMD/0805 ...........................C6
1 nF/SMD/0805 ...............................C2
10 nF/SMD/0805 .............................C8
100 nF/SMD/0805 ........ C1, C12, C15,
C16, C18–C20
10 μF/16 V ........................... C13, C17
100 μF/16 V ..................................C10
470 μF/25 V ..................................C14
Halbleiter:
ELV05470/SMD ........................... IC1
TLC277C/SMD ............................. IC2
78L05............................................. IC3
7810 ............................................... IC4
BCW66H/Infineon .......................... T1
BC337-40 ........................................ T2
BC848C .................................... T4, T6
BC858C ........................................... T5
IPP03N03LA ................................... T7
SM4001/SMD ................................ D3
LED, 3 mm, Rot ............................. D1
LED, 3 mm, Grün ........................... D2
LCD MBC1620B, 2 x 16 Zeichen
LCD1
Abgleich
Um genaue Messergebnisse zu erhalten,
ist vor der ersten Inbetriebnahme ein Softwareabgleich
durchzuführen.
Beim ersten Anlegen der Betriebsspannung
sind noch keine Kalibrierparameter
im internen nicht-flüchtigen Speicher
(EEPROM von IC 1) abgelegt. Daher wird
nach der Anzeige „Hochstromentladegerät
Version x.x“ (Version zeigt die aktuelle
Sonstiges:
Keramikschwinger, 4 MHz, SMD .. Q1
Temperatursensor,
KTY81-121 (SAA 965) .......... SAX1
Hohlsteckerbuchse, 2,1 mm,
print ...........................................BU1
Western-Modular-Buchse 6P6C,
print ...........................................BU2
Mini-Drucktaster, B3F-4050,
1 x ein ...............................TA1–TA4
Tastknopf, 18 mm................TA1–TA4
Lötstift mit Lötöse ................ ST2, ST3
Stiftleiste, 1 x 16-polig, 13,9 mm,
gerade, print ............................ LCD1
Flachsicherung, 25 A ...................... SI1
Kfz-Sicherungshalter, print,
abgewinkelt ................................. SI1
Sicherung, 0,5 A, träge ...................SI2
Platinensicherungshalter (2 Hälften),
print ............................................. SI2
1 Kühlkörper, SK88, Typ 3,
bearbeitet
1 Isolierbuchse, TO-220
1 Glimmerscheibe, TO-220
4 Zylinderkopfschrauben, M2 x 14 mm
4 Zylinderkopfschrauben, M3 x 6 mm
3 Zylinderkopfschrauben, selbstschneidend,
M3 x 6 mm
1 Zylinderkopfschraube, M3 x 12 mm
1 Senkkopfschraube, M3 x 12 mm
4 Muttern, M2
4 Muttern, M3
4 Fächerscheiben, M2
6 Fächerscheiben, M3
1 Sensorschelle
2 Befestigungswinkel, vernickelt
4 Distanzrollen, M2 x 8 mm
11 cm Gewebeisolierschlauch, 2 mm
50 cm flexible Leitung,
ST1 x 0,22 mm 2 , Rot ..................ST2
50 cm flexible Leitung,
ST1 x 0,22 mm 2 , Schwarz ..........ST3
50 cm flexible Leitung,
ST1 x 2,5 mm 2 , Rot ....................ST1
50 cm flexible Leitung,
ST1 x 2,5 mm 2 , Schwarz ............ST4
Firmwareversion des Mikrocontrollers) automatisch
der Kalibriermode aufgerufen.
Befinden sich bereits Kalibrierparameter
im EEPROM, wird nach der Initialisierung
das Gerät in den normalen Betriebsmode
gehen. Natürlich kann auch jederzeit
eine Neukalibrierung erfolgen. Dazu ist
das HET 20 auszuschalten, die Tasten „Anzeige“
und „Menü“ sind gedrückt zu halten
und danach ist die Betriebsspannung wieder
anzulegen. Auf dem Display erscheint
nun nach der Initialisierung, wie zuvor
9

Bau- und Bedienungsanleitung
beschrieben, folgende Anzeige:
Soll kein Stromabgleich erfolgen, ist die
Taste unterhalb von „Nein“ zu betätigen.
Ohne Veränderungen vorzunehmen, geht
das Programm dann zum Spannungsabgleich.
Wird hingegen mit der Taste unterhalb
von „Ja“ der Stromabgleich bestätigt,
erfolgt zuerst der Nullpunkt-Abgleich für
die Strommessung.
Zum Abgleich ist nun ein Akku (der
einen Mindestentladestrom von 5 A liefern
kann) mit in Reihe geschaltetem Amperemeter
anzuschließen und mit Hilfe der
Tasten unterhalb der Pfeilsymbole der Entladestrom
von 5 A ± 1 % einzustellen. Soll
der Abgleich nicht bei 5 A, sondern bei
einem beliebigen anderen Strom erfolgen,
ist der gewünschte Stromwert mit Hilfe der
Taste unterhalb von I einzustellen.
Sobald die Anzeige des Multimeters mit
dem eingestellten Stromwert übereinstimmt,
erfolgt die Speicherung des Kalibrierwertes
mit der Taste OK. Danach geht
das Programm weiter zum Menü Spannungsabgleich.
Zum Nullpunkt-Abgleich sind alle Anschlussleitungen
einfach kurzzuschließen
(besonders die Sense-Leitungen), und mit
der Taste unterhalb von „OK“ wird dann
der Abgleichwert für den Nullpunkt im
EEPROM gespeichert. Das Programm geht
daraufhin zum Spannungsabgleich im
oberen Messbereich, der bei 4 V durchgeführt
wird.
Zum eigentlichen Abgleich ist bei offenen
Anschlussleitungen die Taste unterhalb
von „OK“ kurz zu betätigen. Daraufhin
geht das Programm zum eigentlichen
Stromabgleich.
Soll kein Spannungsabgleich erfolgen,
ist die Taste unterhalb von „Nein“ kurz zu
betätigen. Das HET 20 geht daraufhin automatisch
in den normalen Betriebsmode
über. Wird hingegen mit „Ja“ bestätigt, ruft
das Programm zuerst den Nullpunkt-Abgleich
für die Spannungsmessung auf.
Sobald an die Messleitungen eine Spannung
von genau 4 V angelegt wird, erfolgt
wieder in gewohnter Weise die Speicherung
des Messwertes mit der Taste unterhalb
von „OK“. Der vollständige Abgleich
des HET 20 ist damit bereits abgeschlossen
und der normale Betriebsmode wird
aufgerufen.
Nun ist das Gerät voll einsatzbereit, und
falls gewünscht, kann der Einbau in ein
geeignetes Gehäuse erfolgen. Bei der Gehäuseauswahl
ist unbedingt im Bereich des
Kühlkörpers für eine ausreichende Luftkonvektion
zu sorgen.
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Bau- und Bedienungsanleitung
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