Contor de putere EBike: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Recent am transformat o bicicletă montană într-o bicicletă electrică. Conversia a mers relativ ușor, așa că, după finalizarea proiectului, am sărit și am pornit pentru o croazieră cu shakedown. Am stat cu ochii pe indicatorul de încărcare a bateriei, fără să știu până unde să mă aștept ca bicicleta să funcționeze cu bateria. Aproximativ la momentul în care contorul de putere a arătat 80%, simțindu-mă destul de bine, pentru că am parcurs un drum lung, am oprit cu o baterie descărcată. Un apel nefericit către producător a dus la cuvinte precum „Oh, indicatorul bateriei chiar nu este bun pentru mult - tehnologia pur și simplu nu există încă”. Aveam nevoie de mai bine de atât.

Am vrut să știu ce angrenaj mi-a oferit cea mai bună eficiență, cât a costat vântul din față în ceea ce privește capacitatea bateriei, ce nivel de putere oferă cele mai multe mile, chiar ajută să pedalez, dacă da, cât? Pe scurt, am vrut să știu dacă bateria mea mă va duce acasă. Un pic crucial, nu crezi?

Acest proiect este rezultatul călătoriei mele lungi acționate cu pedale. Practic acest mic modul se află între baterie și sursa de alimentare pentru e-bike pentru a monitoriza curentul și tensiunea bateriei. În plus, un senzor de viteză a roții oferă informații despre viteză. Cu acest set de date ale senzorului, sunt calculate și afișate următoarele valori:

• Eficiență instantanee - măsurată în kilometri pe AmpHour de consum al bateriei
• Eficiență medie - de când a început această călătorie, km / AH
• Numărul total de AmpHours utilizate de la ultima încărcare
• Curentul bateriei
• Voltajul bateriei

Pasul 1: Date importante

Eficiența instantanee abordează toate întrebările mele despre cum să-mi minimalizez consumul de baterie. Pot vedea efectul de a pedala mai greu, de a adăuga mai multă putere electrică, de a schimba vitezele sau de a lupta împotriva vântului. Eficiența medie pentru călătoria actuală (de la pornire) mă poate ajuta să măsoară puterea aproximativă necesară pentru a reveni acasă.

Numărul total de AmpHours utilizate de la ultima cifră de încărcare este crucial pentru a ajunge acasă. Știu că bateria mea este (ar trebui să fie) 10 AH, așa că tot ce trebuie să fac este să scăd mental cifra afișată din 10 pentru a-mi cunoaște capacitatea rămasă. (Nu am făcut acest lucru în software pentru a arăta AH rămas, astfel încât sistemul să funcționeze cu baterie de orice dimensiune și nu cred că bateria mea este de 10 AH.)

Consumul curent al bateriei este interesant, deoarece poate arăta cât de greu funcționează motorul. Uneori, o urcare abruptă scurtă sau o întindere nisipoasă poate reduce rapid bateria. Veți descoperi că, uneori, este mai bine să coborâți și să împingeți bicicleta cu un nivel abrupt decât să ajungeți la acea manetă de accelerație tentantă.

Tensiunea bateriei este un indicator de rezervă al stării bateriei. Bateria mea de 14 celule va fi aproape complet epuizată când tensiunea va atinge 44 de volți. Sub 42 de volți, risc de deteriorare a celulelor.

De asemenea, este afișată o imagine a afișajului meu montat sub afișajul standard Bafang C961 care vine cu sistemul motor BBSHD. Rețineți că C961 mă asigură cu bucurie că am o baterie plină în timp ce, de fapt, bateria a fost epuizată cu 41% (4,1 AH dintr-o baterie de 10 AH).

Pasul 2: Diagrama blocului și schema

O diagramă bloc a sistemului arată că contorul de putere eBike poate fi utilizat cu orice sistem de alimentare cu baterie / eBike. Este necesară adăugarea unui senzor de viteză standard pentru bicicletă.

O diagramă bloc mai detaliată ilustrează blocurile de circuite cheie care cuprind contorul de putere eBike. LCD-ul 1602 de 2x16 caractere are atașată o placă de interfață PCF8574 I2C.

Circuitul este foarte simplu. Majoritatea rezistențelor și condensatoarelor sunt 0805 pentru o ușurință de manipulare și lipire. Convertorul buck DC-DC trebuie ales pentru a rezista la ieșirea bateriei de 60 volți. Ieșirea de 6,5 volți este aleasă pentru a depăși tensiunea de cădere a regulatorului de 5 volți de pe Arduino Pro Micro. LMV321 are ieșire șină-șină. Câștigul circuitului senzorului de curent (16.7) este ales astfel încât 30 Amperi prin rezistorul de detectare a curentului de 0,01 Ohm să producă 5 volți. Rezistorul de simțire curent ar trebui să fie evaluat pentru maximum 9 W la 30 Amperi, cu toate acestea, gândindu-mă că nu voi folosi atât de multă putere (1,5 kilowați), am ales un rezistor de 2 W care este evaluat pentru aproximativ 14 Amperi (750 W putere motor)).

Pasul 3: PCB

Aspectul PCB a fost realizat pentru a minimiza dimensiunea proiectului. Alimentarea cu comutare DC-DC se află în partea superioară a plăcii. Amplificatorul analogic de curent este în partea de jos. După asamblare, placa completă se va conecta la Arduino Pro Micro cu cinci conductoare solide (RAW, VCC, GND, A2, A3) decupate din rezistențele prin găuri. Senzorul roții magnetice este conectat direct la pinul Arduino „7” (etichetat astfel) și la masă. Lipiți o coadă scurtă și un conector cu 2 pini pentru a vă conecta la senzorul de viteză. Adăugați o altă coadă la un conector cu 4 pini pentru ecranul LCD.

Placa de interfață LCD și I2C sunt montate în carcasa din plastic și atașate la ghidon (am folosit adeziv hot melt).

Placa este disponibilă de pe OshPark.com - de fapt primiți 3 plăci pentru mai puțin de 4 USD, inclusiv transportul. Acești tipi sunt cei mai mari!

Rezumate scurte - am folosit DipTrace pentru captarea și aspectul schematic. Cu câțiva ani în urmă, am încercat toate pachetele gratuite de captare schematică / layout PCB disponibile și m-am așezat pe DipTrace. Anul trecut am făcut un sondaj similar și am concluzionat că, pentru mine, DipTrace a fost, cu mâinile în jos, câștigătorul.

În al doilea rând, orientarea de montare a senzorului roții este importantă. Axa senzorului trebuie să fie perpendiculară pe calea magnetului pe măsură ce trece pe lângă senzor, altfel veți obține un impuls dublu. O alternativă este montarea senzorului astfel încât capătul să indice spre magnet.

În cele din urmă, fiind un comutator mecanic, senzorul sună peste 100 uS.

Pasul 4: Software

Proiectul utilizează un Arduino Pro Micro cu un procesor ATmega32U4. Acest microcontroler are câteva resurse mai mult decât cel mai comun procesor Arduino ATmega328P. Arduino IDE (Integrated Development System) trebuie instalat. Setați IDE-ul pentru INSTRUMENTE | CONSILIU | LEONARDO. Dacă nu sunteți familiarizați cu mediul Arduino, vă rugăm să nu lăsați acest lucru să vă descurajeze. Inginerii de la Arduino și familia mondială de colaboratori au creat un sistem de dezvoltare cu microcontroler cu adevărat ușor de utilizat. O cantitate vastă de cod pre-testat este disponibilă pentru a accelera orice proiect. Acest proiect folosește mai multe biblioteci scrise de colaboratori; Acces EEPROM, comunicații I2C și control LCD și imprimare.

Probabil va trebui să editați codul pentru a schimba, de exemplu, diametrul roții. Sari inauntru!

Codul este relativ simplu, dar nu simplu. Probabil va dura ceva timp să înțeleg abordarea mea. Senzorul roții este acționat întrerupt. Debouncer-ul senzorului de roată folosește o altă întrerupere de la un cronometru. O a treia întrerupere periodică formează baza pentru un planificator de sarcini.

Testarea pe bancă este ușoară. Am folosit o sursă de alimentare de 24 Volți și un generator de semnal pentru a simula senzorul de viteză.

Codul include un avertisment critic privind bateria descărcată (afișaj intermitent), comentarii descriptive și rapoarte generoase de depanare.

Pasul 5: încheie totul

Tamponul etichetat „MTR” merge la conexiunea pozitivă cu circuitele de comandă ale motorului. Tamponul etichetat „BAT” se îndreaptă spre partea pozitivă a bateriei. Conductele de retur sunt comune și pe partea opusă a PWB.

După ce totul a fost testat, închideți ansamblul în folie termocontractabilă și instalați între baterie și controlerul motorului.

Rețineți că conectorul USB de pe Arduino Pro Micro rămâne accesibil. Conectorul este destul de fragil, prin urmare l-am întărit cu o aplicare generoasă de lipici topit la cald.

Dacă decideți să îl construiți, luați legătura cu cele mai recente software.

Ca ultim comentariu, este regretabil faptul că protocolul de comunicație între controlerul motorului Bafang și consola de afișare nu este disponibil deoarece controlerul „cunoaște” toate datele pe care le colectează acest circuit hardware. Având în vedere protocolul, proiectul ar fi mult mai simplu și mai curat.

Pasul 6: Surse

Fișiere DipTrace - va trebui să descărcați și să instalați versiunea freeware a DipTrace, apoi să importați schema și aspectul din fișierele.asc. Fișierele Gerber sunt incluse într-un folder separat -

Arduino - Descărcați și instalați versiunea corespunzătoare a IDE -

Carcasă, "Casetă de carcasă pentru proiectare electronică din plastic DIY 3,34" L x 1,96 "W x 0,83" H "-

LM5018 -

LMV321 -

Inductor -

LCD -

Interfață I2C -

Arduino Pro Micro -