Mesurador de potència EBike: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Recentment he convertit una bicicleta de muntanya en bicicleta elèctrica. La conversió va transcórrer relativament sense problemes, de manera que, en acabar el projecte, vaig saltar i em vaig dirigir a un creuer de barats. Vaig estar atent a l’indicador de càrrega de la bateria, sense saber fins a quin punt esperava que la moto funcionés amb la bateria. Sobre el temps que el mesurador de potència va mostrar un 80%, sentint-me bastant bé, ja que havia recorregut un llarg camí, vaig aterrar amb una bateria esgotada. Una trucada infeliç al fabricant va donar lloc a paraules com "Oh, l'indicador de bateria realment no és bo per a gaire, la tecnologia encara no hi és". Necessitava millor que això.

Volia saber quina marxa em donava la millor eficiència, quant costava el vent en contra de la capacitat de la bateria, quin nivell de potència proporciona més quilòmetres, realment ajuda a pedalar, si és així, quant? En resum, volia saber si la bateria em portaria a casa. És crucial, no creus?

Aquest projecte és el resultat del meu llarg viatge amb pedal a casa. Bàsicament, aquest petit mòdul es troba entre la bateria i l’entrada de subministrament elèctric per a e-bike per controlar el corrent i el voltatge de la bateria. A més, un sensor de velocitat de la roda proporciona informació de velocitat. Amb aquest conjunt de dades del sensor, es calculen i es mostren els valors següents:

• Eficiència instantània: mesurada en quilòmetres per hora de consum de bateria
• Eficiència mitjana: des que va començar aquest viatge, km / AH
• Nombre total d'Amphours utilitzades des de l'última càrrega
• Corrent de la bateria
• Voltatge de la bateria

Pas 1: dades importants

L’eficiència instantània aborda totes les meves preguntes sobre com minimitzar el consum de bateria. Puc veure l’efecte de pedalar amb més força, afegir més potència electrònica, canviar de marxa o lluitar contra un vent en contra. L’eficiència mitjana del viatge actual (des de l’encesa) pot ajudar-me a avaluar la potència aproximada que caldrà per tornar a casa.

El nombre total d’AmpHours utilitzat des de la darrera xifra de càrrega és crucial per arribar a casa. Sé que la meva bateria és (suposadament) de 10 AH, així que tot el que he de fer és restar mentalment la xifra que es mostra de 10 per conèixer la meva capacitat restant. (No he fet això al programari per mostrar AH restant perquè el sistema funcioni amb bateries de qualsevol mida i no crec que la meva bateria sigui de 10 AH).

El consum actual de la bateria és interessant, ja que pot demostrar la força del motor. De vegades, una curta pujada forta o un tram de sorra poden disminuir ràpidament la bateria. Descobrirà que, de vegades, és millor baixar i empènyer la bicicleta amb un pendent pronunciat que aconseguir la temptadora palanca de l’accelerador.

El voltatge de la bateria és un indicador de seguretat de l’estat de la bateria. La meva bateria de 14 cel·les s’esgotarà gairebé completament quan el voltatge arribi a 44 volts. Per sota de 42 volts, risc de danyar les cèl·lules.

També es mostra una imatge de la meva pantalla muntada a la pantalla estàndard Bafang C961 que ve amb el sistema de motor BBSHD. Tingueu en compte que el C961 m’assegura feliçment que tinc la bateria plena, de fet, la bateria s’ha esgotat un 41% (4,1 AH d’una bateria de 10 AH).

Pas 2: diagrama de blocs i esquema

Un diagrama de blocs del sistema mostra que el mesurador de potència eBike es pot utilitzar amb qualsevol sistema d’alimentació amb bateria / eBike. Es requereix l’addició d’un sensor de velocitat de bicicleta estàndard.

Un diagrama de blocs més detallat il·lustra els blocs de circuits clau que componen el mesurador de potència eBike. El LCD 1602 de 2x16 caràcters té una placa d’interfície PCF8574 I2C connectada.

El circuit és molt senzill. La majoria de resistències i condensadors són 0805 per facilitar el maneig i la soldadura. El convertidor de dòlars CC-CC s’ha de triar per suportar la sortida de la bateria de 60 volts. La sortida de 6,5 volts s’escull per superar la tensió d’abandonament del regulador de 5 volts incorporat a l’Arduino Pro Micro. El LMV321 té sortida de rails a rails. El guany del circuit del sensor de corrent (16,7) s’escull de manera que 30 amperes a través de la resistència de detecció de corrent de 0,01 Ohm generin 5 volts. La resistència de sentit actual s’ha de classificar per un màxim de 9 watts a 30 amperes, però, pensant que no utilitzaria tanta potència (1,5 quilowatts), vaig escollir una resistència de 2 watts que té una potència d’uns 14 amperis (750 watts de potència del motor)).

Pas 3: PCB

El disseny del PCB es va fer per minimitzar la mida del projecte. El subministrament de commutació DC-DC es troba a la part superior del tauler. L’amplificador de corrent analògic es troba a la part inferior. Després del muntatge, la placa completa es connectarà a l’Arduino Pro Micro amb cinc cables sòlids (RAW, VCC, GND, A2, A3) tallats des de les resistències dels forats. El sensor de roda magnètica està connectat directament al pin Arduino "7" (etiquetat així) i a terra. Soldeu una cua curta i un connector de 2 pins per connectar-lo al sensor de velocitat. Afegiu una altra cua a un connector de 4 pins per a la pantalla LCD.

La placa d’interfície LCD i I2C es munta al recinte de plàstic i s’uneix al manillar (he utilitzat cola de fusió en calent).

El tauler està disponible a OshPark.com; de fet, obteniu 3 taulers per menys de 4 dòlars, inclosos els enviaments. Aquests nois són els més grans!

Resum breus: he utilitzat DipTrace per a la captura i el disseny esquemàtics. Fa uns quants anys, vaig provar tots els paquets de disseny esquemàtic de captura / PCB disponibles i em vaig instal·lar a DipTrace. L’any passat vaig fer una enquesta similar i vaig concloure que, per a mi, DipTrace va ser el guanyador.

En segon lloc, és important l'orientació de muntatge del sensor de roda. L'eix del sensor ha de ser perpendicular al recorregut de l'imant en passar pel sensor, en cas contrari obtindrà un doble pols. Una alternativa és muntar el sensor de manera que l’extrem apunti cap a l’imant.

Finalment, en ser un interruptor mecànic, el sensor sona durant més de 100 uS.

Pas 4: programari

El projecte utilitza un Arduino Pro Micro amb un processador ATmega32U4. Aquest microcontrolador té uns recursos més que el processador Arduino ATmega328P més comú. S’ha d’instal·lar l’Arduino IDE (Sistema de desenvolupament integrat). Establiu l'IDE per a EINES | JUNTA | LEONARDO. Si no coneixeu l’entorn Arduino, no deixeu que això us desanimi. Els enginyers d’Arduino i la família de col·laboradors de tot el món han creat un sistema de desenvolupament de microcontroladors realment fàcil d’utilitzar. Hi ha una gran quantitat de codi provat prèviament per accelerar qualsevol projecte. Aquest projecte utilitza diverses biblioteques escrites per col·laboradors; Accés EEPROM, comunicacions I2C i control i impressió LCD.

Probablement haureu d’editar el codi per canviar, per exemple, el diàmetre de la roda. Saltar!

El codi és relativament senzill, però no senzill. Probablement trigarà una estona a entendre el meu enfocament. El sensor de roda està accionat per interrupció. El comunicador del sensor de rodes utilitza una altra interrupció des d’un temporitzador. Una tercera interrupció periòdica constitueix la base d'un planificador de tasques.

Les proves al banc són fàcils. Vaig utilitzar una font d’alimentació de 24 volts i un generador de senyal per simular el sensor de velocitat.

El codi inclou un avís crític de bateria baixa (pantalla parpellejant), comentaris descriptius i generosos informes de depuració.

Pas 5: embolicar-ho tot

El coixinet etiquetat com a "MTR" va a la connexió positiva amb els circuits de control del motor. El coixinet amb l'etiqueta "BAT" va al costat positiu de la bateria. Els cables de retorn són comuns i al costat oposat del PWB.

Després de provar-ho tot, poseu el conjunt en un embolcall retràctil i instal·leu-lo entre la bateria i el controlador del motor.

Tingueu en compte que el connector USB de l’Arduino Pro Micro continua sent accessible. Aquest connector és bastant fràgil, per tant el vaig reforçar amb una generosa aplicació de cola de fusió en calent.

Si decidiu construir-lo, poseu-vos en contacte per obtenir el programari més recent.

Com a comentari final, és lamentable que el protocol de comunicació entre el controlador del motor Bafang i la consola de pantalla no estigui disponible perquè el controlador "coneix" totes les dades que recull aquest circuit de maquinari. Donat el protocol, el projecte seria molt més senzill i net.

Pas 6: fonts

DipTrace Files: haureu de descarregar i instal·lar la versió gratuïta de DipTrace i després importar l’esquema i el disseny dels fitxers.asc. Els fitxers Gerber s’inclouen en una carpeta independent:

Arduino: descarregueu i instal·leu la versió adequada de l'IDE -

Caixa, "Caixa de projecte de caixa de projectes de plàstics electrònics de bricolatge 3,34" L x 1,96 "W x 0,83" H "-

LM5018 -

LMV321 -

Inductor -

LCD:

Interfície I2C:

Arduino Pro Micro -