Misuratore di potenza Ebike: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Recentemente ho convertito una mountain bike in una bici elettrica. La conversione è andata relativamente bene, quindi dopo aver completato il progetto, sono salito su e sono partito per una crociera di shakedown. Ho tenuto d'occhio l'indicatore di carica della batteria, non sapendo fino a che punto aspettarmi che la bici funzioni con la batteria. Circa il tempo in cui il misuratore di potenza ha mostrato l'80% con me che mi sentivo abbastanza bene, perché avevo fatto molta strada, mi sono fermato con una batteria scarica. Una chiamata infelice al produttore ha portato a parole come "Oh, l'indicatore della batteria non è davvero buono per molto - la tecnologia non è ancora arrivata". Avevo bisogno di meglio di così.

Volevo sapere quale marcia mi offriva la migliore efficienza, quanto costava il vento contrario in termini di capacità della batteria, quale livello di potenza eroga più miglia, aiuta davvero pedalare, se sì, quanto? In breve, volevo sapere se la mia batteria mi avrebbe portato a casa. Un po' cruciale, non pensi?

Questo progetto è il risultato del mio lungo viaggio verso casa a pedali. Fondamentalmente questo piccolo modulo si trova tra la batteria e l'ingresso di alimentazione dell'e-bike per monitorare la corrente e la tensione della batteria. Inoltre, un sensore di velocità della ruota fornisce informazioni sulla velocità. Con questo set di dati del sensore, vengono calcolati e visualizzati i seguenti valori:

• Efficienza istantanea – misurata in chilometri per Ampora di consumo della batteria
• Efficienza media: dall'inizio di questo viaggio, km/AH
• Numero totale di AmpHour utilizzate dall'ultima ricarica
• Corrente della batteria
• Voltaggio batteria

Passaggio 1: dati importanti

L'efficienza istantanea risponde a tutte le mie domande su come ridurre al minimo il consumo della batteria. Riesco a vedere l'effetto di pedalare più forte, aggiungere più potenza elettrica, cambiare marcia o combattere un vento contrario. L'efficienza media per il viaggio in corso (dall'accensione) può aiutarmi a valutare la potenza approssimativa necessaria per tornare a casa.

Il numero totale di AmpHour utilizzate dall'ultima cifra di addebito è fondamentale per tornare a casa. So che la mia batteria è (dovrebbe essere) 10 AH, quindi tutto ciò che devo fare è sottrarre mentalmente la cifra visualizzata da 10 per conoscere la mia capacità residua. (Non l'ho fatto nel software per mostrare AH rimanente in modo che il sistema funzioni con batterie di qualsiasi dimensione e non credo davvero che la mia batteria sia 10 AH.)

Il consumo di corrente della batteria è interessante in quanto può mostrare quanto sta lavorando il motore. A volte una breve salita ripida o un tratto sabbioso possono far diminuire rapidamente la batteria. Scoprirai che a volte è meglio scendere e spingere la tua bici su un pendio ripido piuttosto che raggiungere quell'allettante leva dell'acceleratore.

La tensione della batteria è un indicatore di backup dello stato della batteria. La mia batteria a 14 celle sarà quasi completamente scarica quando la tensione raggiunge i 44 Volt. Sotto i 42 Volt rischio danni alle celle.

Viene anche mostrata un'immagine del mio display montato sotto il display Bafang C961 standard fornito con il sistema motore BBSHD. Nota che il C961 mi sta felicemente rassicurando che ho una batteria piena mentre, in effetti, la batteria è stata scaricata del 41% (4,1 AH da una batteria da 10 AH).

Passaggio 2: diagramma a blocchi e schema

Uno schema a blocchi del sistema mostra che l'eBike Power Meter può essere utilizzato con qualsiasi batteria / sistema di alimentazione eBike. È necessaria l'aggiunta di un sensore di velocità della bicicletta standard.

Uno schema a blocchi più dettagliato illustra i blocchi circuitali chiave che compongono l'eBike Power Meter. Il display LCD 1602 da 2x16 caratteri ha una scheda di interfaccia PCF8574 I2C collegata.

Il circuito è molto semplice. La maggior parte dei resistori e dei condensatori sono 0805 per facilità di manipolazione e saldatura. Il convertitore buck DC-DC deve essere scelto per resistere all'uscita della batteria a 60 Volt. L'uscita di 6,5 Volt viene scelta per superare la tensione di dropout del regolatore a 5 Volt integrato sull'Arduino Pro Micro. L'LMV321 ha un'uscita rail to rail. Il guadagno del circuito del sensore di corrente (16,7) è scelto in modo tale che 30 Ampere attraverso il resistore di rilevamento della corrente da 0,01 Ohm emettano 5 Volt. Il resistore di rilevamento della corrente dovrebbe essere valutato per un massimo di 9 Watt a 30 Amp, tuttavia, pensando che non avrei usato così tanta potenza (1,5 kilowatt), ho scelto un resistore da 2 Watt che è valutato per circa 14 Amp (potenza motore 750 Watt).

Passaggio 3: PCB

Il layout del pcb è stato fatto per ridurre al minimo le dimensioni del progetto. L'alimentazione di commutazione DC-DC si trova sul lato superiore della scheda. L'amplificatore di corrente analogico è in basso. Dopo l'assemblaggio, la scheda completata si collegherà all'Arduino Pro Micro con cinque cavi solidi (RAW, VCC, GND, A2, A3) ritagliati dai resistori a foro passante. Il sensore della ruota magnetica è collegato direttamente al pin "7" di Arduino (etichettato così) e messo a terra. Saldare un codino corto e un connettore a 2 pin per il collegamento al sensore di velocità. Aggiungi un altro codino a un connettore a 4 pin per l'LCD.

La scheda di interfaccia LCD e I2C sono montate nell'involucro di plastica e attaccate al manubrio (ho usato la colla a caldo).

La scheda è disponibile su OshPark.com - in realtà ottieni 3 schede per meno di $ 4 inclusa la spedizione. Questi ragazzi sono i più grandi!

Brevi note a margine: ho usato DipTrace per l'acquisizione schematica e il layout. Diversi anni fa ho provato tutti i pacchetti gratuiti di acquisizione schematica / layout PCB disponibili e ho optato per DipTrace. L'anno scorso ho fatto un sondaggio simile e ho concluso che, per me, DipTrace era, senza dubbio, il vincitore.

In secondo luogo, è importante l'orientamento di montaggio del sensore ruota. L'asse del sensore deve essere perpendicolare al percorso del magnete mentre passa dal sensore, altrimenti si otterrà un doppio impulso. Un'alternativa è montare il sensore in modo che l'estremità sia rivolta verso il magnete.

Infine, essendo un interruttore meccanico, il sensore suona per oltre 100 uS.

Passaggio 4: software

Il progetto utilizza un Arduino Pro Micro con un processore ATmega32U4. Questo microcontrollore ha poche risorse in più rispetto al più comune processore Arduino ATmega328P. L'IDE Arduino (Sistema di sviluppo integrato) deve essere installato. Imposta l'IDE per TOOLS | SCHEDA | LEONARDO. Se non hai familiarità con l'ambiente Arduino, non lasciarti scoraggiare. Gli ingegneri di Arduino e la famiglia mondiale di collaboratori hanno creato un sistema di sviluppo di microcontrollori davvero facile da usare. È disponibile una grande quantità di codice pre-testato per velocizzare qualsiasi progetto. Questo progetto utilizza diverse librerie scritte dai contributori; Accesso EEPROM, comunicazioni I2C e controllo e stampa LCD.

Probabilmente dovrai modificare il codice per cambiare, ad esempio, il diametro della ruota. Saltare nel!

Il codice è relativamente semplice, ma non semplice. Probabilmente ci vorrà un po' per capire il mio approccio. Il sensore ruota è azionato da interrupt. Il dispositivo antirimbalzo del sensore ruota utilizza un'altra interruzione da un timer. Un terzo interrupt periodico costituisce la base per un task scheduler.

Il test al banco è facile. Ho usato un alimentatore a 24 Volt e un generatore di segnale per simulare il sensore di velocità.

Il codice include un avviso di batteria scarica critica (display lampeggiante), commenti descrittivi e generosi rapporti di debug.

Passaggio 5: concludere tutto

Il pad etichettato "MTR" va al collegamento positivo al circuito di controllo del motore. Il pad etichettato "BAT" va sul lato positivo della batteria. I cavi di ritorno sono comuni e sul lato opposto del PWB.

Dopo che tutto è stato testato, racchiudere l'assieme in una pellicola termoretraibile e installarlo tra la batteria e il controller del motore.

Si noti che il connettore USB su Arduino Pro Micro rimane accessibile. Quel connettore è piuttosto fragile, di conseguenza l'ho rinforzato con una generosa applicazione di colla a caldo.

Se decidi di costruirlo, mettiti in contatto per il software più recente.

Come commento finale, è un peccato che il protocollo di comunicazione tra il controller del motore Bafang e la console del display non sia disponibile perché il controller "conosce" tutti i dati raccolti da questo circuito hardware. Visto il protocollo, il progetto sarebbe molto più semplice e pulito.

Passaggio 6: fonti

File DipTrace: dovrai scaricare e installare la versione freeware di DipTrace, quindi importare lo schema e il layout dai file.asc. I file Gerber sono inclusi in una cartella separata -

Arduino - Scarica e installa la versione appropriata dell'IDE -

Custodia, "Custodia per custodia per progetti di elettronica in plastica fai-da-te 3.34"L x 1.96"W x 0.83"H" -

LM5018 -

LMV321 -

Induttore -

LCD -

Interfaccia I2C -

Arduino Pro Micro -