Miernik mocy EBike: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Niedawno przerobiłem rower górski na rower elektryczny. Przebudowa przebiegła stosunkowo gładko, więc po ukończeniu projektu wskoczyłem i wyruszyłem na rejs próbny. Nie spuszczałem oka ze wskaźnika naładowania baterii, nie wiedząc, jak daleko można się spodziewać, że rower będzie działał na zasilaniu bateryjnym. Mniej więcej w momencie, gdy miernik mocy pokazał 80%, a ja czułem się całkiem dobrze, ponieważ przeszedłem długą drogę, zatrzymałem się z rozładowaną baterią. Nieszczęśliwy telefon do producenta zaowocował słowami typu „Och, wskaźnik baterii naprawdę nie jest dobry – technologii po prostu jeszcze nie ma”. Potrzebowałem czegoś lepszego.

Chciałem wiedzieć, który bieg zapewnił mi najlepszą wydajność, ile kosztował wiatr czołowy w pojemności akumulatora, jaki poziom mocy zapewnia najwięcej kilometrów, czy naprawdę pomaga pedałować, jeśli tak, to ile? Krótko mówiąc, chciałem wiedzieć, czy moja bateria zabierze mnie do domu. Trochę kluczowe, nie sądzisz?

Ten projekt jest wynikiem mojej długiej jazdy do domu na pedały. Zasadniczo ten mały moduł znajduje się między akumulatorem a wejściem zasilania e-bike, aby monitorować prąd i napięcie akumulatora. Dodatkowo czujnik prędkości koła dostarcza informacji o prędkości. Za pomocą tego zestawu danych czujnika obliczane i wyświetlane są następujące wartości:

• Sprawność chwilowa – mierzona w kilometrach na amperogodzinę zużycia baterii
• Średnia wydajność – od początku tej podróży, km/AH
• Całkowita liczba amperogodzin zużytych od ostatniego ładowania
• Prąd baterii
• Napięcie baterii

Krok 1: Ważne dane

Wydajność chwilowa odpowiada na wszystkie moje pytania dotyczące tego, jak zminimalizować zużycie baterii. Widzę efekt mocniejszego pedałowania, dodawania większej mocy elektrycznej, zmiany biegów lub walki z wiatrem w twarz. Średnia wydajność dla bieżącej podróży (od włączenia zasilania) może pomóc mi ocenić przybliżoną moc potrzebną do powrotu do domu.

Całkowita liczba amperogodzin zużytych od ostatniego ładowania ma kluczowe znaczenie dla powrotu do domu. Wiem, że moja bateria ma (podobno) 10 AH, więc wszystko, co muszę zrobić, to mentalnie odjąć wyświetlaną liczbę od 10, aby poznać pozostałą pojemność. (Nie zrobiłem tego w oprogramowaniu, aby pokazać pozostałe AH, aby system działał z baterią dowolnego rozmiaru i naprawdę nie wierzę, że moja bateria ma 10 AH.)

Pobór prądu akumulatora jest interesujący, ponieważ może pokazać, jak ciężko pracuje silnik. Czasami krótka stroma wspinaczka lub piaszczysty odcinek mogą szybko osłabić akumulator. Przekonasz się, że czasami lepiej jest zsiąść i wjechać na stromym wzniesieniu, niż sięgnąć po kuszącą dźwignię przepustnicy.

Napięcie baterii jest zapasowym wskaźnikiem stanu baterii. Moja 14-ogniwowa bateria będzie prawie całkowicie wyczerpana, gdy napięcie osiągnie 44 wolty. Poniżej 42 V ryzykuję uszkodzenie ogniw.

Pokazane jest również zdjęcie mojego wyświetlacza zamontowanego pod standardowym wyświetlaczem Bafang C961, który jest dostarczany z systemem silnika BBSHD. Zauważ, że C961 radośnie zapewnia mnie, że mam pełną baterię, podczas gdy w rzeczywistości bateria została wyczerpana o 41% (4,1 AH z baterii 10 AH).

Krok 2: Schemat blokowy i schemat

Schemat blokowy systemu pokazuje, że miernik mocy eBike może być używany z dowolnym systemem zasilania akumulatorowego / eBike. Wymagane jest dodanie standardowego czujnika prędkości roweru.

Bardziej szczegółowy schemat blokowy ilustruje kluczowe bloki obwodów, które składają się na miernik mocy eBike. Do wyświetlacza LCD 1602 2x16 znaków dołączona jest karta interfejsu PCF8574 I2C.

Obwód jest bardzo prosty. Większość rezystorów i kondensatorów to 0805, co ułatwia obsługę i lutowanie. Przetwornica DC-DC buck musi być tak dobrana, aby wytrzymała napięcie wyjściowe akumulatora 60 V. Moc wyjściowa 6,5 V została wybrana tak, aby przekroczyć napięcie zaniku wbudowanego regulatora 5 V w Arduino Pro Micro. LMV321 ma wyjście szyny na szynę. Wzmocnienie obwodu czujnika prądu (16,7) jest tak dobrane, że 30 A przez rezystor czujnika prądu 0,01 Ohm daje napięcie 5 woltów. Rezystor czujnika prądu powinien mieć maksymalnie 9 watów przy 30 amperach, jednak myśląc, że nie będę używał tak dużej mocy (1,5 kilowata), wybrałem rezystor 2 wat, który jest oceniany na około 14 amperów (moc silnika 750 watów).).

Krok 3: PCB

Układ PCB został wykonany w celu zminimalizowania rozmiaru projektu. Zasilacz przełączający DC-DC znajduje się w górnej części płyty. Na dole znajduje się analogowy wzmacniacz prądowy. Po zmontowaniu gotowa płytka zostanie podłączona do Arduino Pro Micro z pięcioma stałymi przewodami (RAW, VCC, GND, A2, A3) wyciętymi z rezystorów przewlekanych. Czujnik magnetyczny koła jest podłączony bezpośrednio do pinu Arduino „7” (tak oznaczonego) i masy. Przylutuj krótki pigtail i 2-pinowe złącze do podłączenia do czujnika prędkości. Dodaj kolejny pigtail do 4-pinowego złącza wyświetlacza LCD.

Płytka interfejsu LCD i I2C jest zamontowana w plastikowej obudowie i przymocowana do kierownicy (użyłem kleju topliwego).

Tablica jest dostępna na OshPark.com - w rzeczywistości otrzymujesz 3 tablice za mniej niż 4 USD, w tym koszty wysyłki. Ci faceci są najlepsi!

Krótkie uwagi - użyłem DipTrace do przechwytywania schematów i układu. Kilka lat temu wypróbowałem wszystkie dostępne darmowe pakiety do przechwytywania schematów / układów PCB i zdecydowałem się na DipTrace. W zeszłym roku przeprowadziłem podobną ankietę i doszedłem do wniosku, że dla mnie DipTrace był zwycięzcą.

Po drugie, ważna jest orientacja montażu czujnika koła. Oś czujnika musi być prostopadła do toru magnesu przechodzącego obok czujnika, w przeciwnym razie otrzymasz podwójny impuls. Alternatywą jest zamontowanie czujnika tak, aby koniec był skierowany w stronę magnesu.

Wreszcie, będąc przełącznikiem mechanicznym, czujnik dzwoni przez ponad 100 uS.

Krok 4: Oprogramowanie

Projekt wykorzystuje Arduino Pro Micro z procesorem ATmega32U4. Ten mikrokontroler ma o kilka więcej zasobów niż bardziej popularny procesor Arduino ATmega328P. Należy zainstalować Arduino IDE (Integrated Development System). Ustaw IDE dla NARZĘDZI | TABLICA | LEONARDO. Jeśli nie znasz środowiska Arduino, nie daj się zniechęcić. Inżynierowie z Arduino i światowa rodzina współpracowników stworzyli naprawdę łatwy w użyciu system rozwoju mikrokontrolerów. Dostępna jest ogromna ilość wstępnie przetestowanego kodu, aby przyspieszyć każdy projekt. Ten projekt korzysta z kilku bibliotek napisanych przez współtwórców; Dostęp do EEPROM, komunikacja I2C oraz sterowanie i drukowanie LCD.

Prawdopodobnie będziesz musiał edytować kod, aby zmienić np. średnicę koła. Wskoczyć!

Kod jest stosunkowo prosty, ale nie prosty. Zrozumienie mojego podejścia zajmie pewnie trochę czasu. Czujnik koła jest napędzany przerwaniem. Odbijacz czujnika koła wykorzystuje kolejne przerwanie z timera. Trzecie przerwanie okresowe stanowi podstawę harmonogramu zadań.

Testowanie na stanowisku jest łatwe. Do symulacji czujnika prędkości użyłem zasilacza 24 V i generatora sygnału.

Kod zawiera ostrzeżenie o krytycznie niskim stanie baterii (migający wyświetlacz), opisowe komentarze i obszerne raporty dotyczące debugowania.

Krok 5: Zawijanie wszystkiego

Podkładka oznaczona „MTR” przechodzi do dodatniego połączenia z obwodem sterowania silnikiem. Podkładka z napisem „BAT” trafia na dodatnią stronę baterii. Przewody powrotne są wspólne i znajdują się po przeciwnej stronie PWB.

Po przetestowaniu wszystkiego, zawiń zespół w folię termokurczliwą i zainstaluj między akumulatorem a sterownikiem silnika.

Zwróć uwagę, że złącze USB w Arduino Pro Micro pozostaje dostępne. Złącze to jest dość delikatne, dlatego wzmocniłem je obficie nakładając klej termotopliwy.

Jeśli zdecydujesz się go zbudować, skontaktuj się z nami, aby uzyskać najnowsze oprogramowanie.

Jako ostatni komentarz, niefortunne jest to, że protokół komunikacyjny między sterownikiem silnika Bafang a konsolą wyświetlacza nie jest dostępny, ponieważ sterownik "zna" wszystkie dane, które zbiera ten obwód sprzętowy. Biorąc pod uwagę protokół, projekt byłby znacznie prostszy i czystszy.

Krok 6: Źródła

Pliki DipTrace - będziesz musiał pobrać i zainstalować darmową wersję DipTrace, a następnie zaimportować schemat i układ z plików.asc. Pliki Gerber znajdują się w osobnym folderze -

Arduino - Pobierz i zainstaluj odpowiednią wersję IDE -

Obudowa, obudowa obudowy „DIY Plastic Electronics Project Box” 3,34 "L x 1,96" W x 0,83 "H" -

LM5018 -

LMV321 -

Cewka -

LCD-Https://www.aliexpress.com/item/32922004464.html? s…

Interfejs I2C-https://www.aliexpress.com/item/32404454240.html?s…

Arduino Pro Micro -