Ja, den plan hab ich schnell in egale zusammengestümpert.

Eigentlich kann da die Spannung nach dem 5V Regler nicht größer sein, weil da keine großen kondensatoren o.ä. sind.
Die Lastschaltung läuft ja komplett über den lade-ic, und da sollte tunlichst nichts raus oder rüberkommen kommen zum µC.

Damit der Akku sich nicht entlädt, setzt du einfach die bereits angesprochene stromfähige Diode davor..
die spannung sinkt um 0,7V und der akku kann sich nichtmehr entladen, auch wenn der lade-ic durchbrennt.
Ich weiß ehrlich gesagt auch nicht wie der oben genannte lade-ic ohne so eine diode reagiert wenn mans netz (12V) wegnimmt, weil dann wäre die spannung am akku ja auch größer als die Spannung am lade-ic, somit könnte der genauso abrauchen wie ein spannungsregler.

Als "hauptsicherung" könntest du nen START-Schalter einbauen der erst nach dem anstecken den ic-hochfährt, die Software startet, und dann den akku zuschaltet. (z.b. per mosfet)

Für den "angesteckt und OK" zustand wäre zb ein mikroschalter im ladeschachtdeckel gut:
Akkupack anstecken
Akkupack in Fach legen (mit luftlöchern rundum,evtl lüfter)
Deckel schließen
-mikroschalter *klick*
1 sek softwarepause etc=>
Akku zuschalten
=> Start..

Wenn dann maln akku platzt ist auch die sauerei net so groß

#
den adc eingang kannst du zb auch noch mit nem 3:1 spannungsteiler
schützen, bei maximal 12V liegen dann maximal 4V an, also unterm dem ic maximum.
# 2 Potis zum einstellen von max-strom und max-spannung am ic fehlen auch noch
#n display wäre auch noch schön..

-nur mal ne Frage am Rand:
warum willst du das "nur" mit 3A maximal machen?

Wenn du das ganze Ding schon so aufwändig machst mit µC, kannst du doch gleich ein richtiges teil bauen..