Arduino LTC6804 BMS - Dio 2: Balansna ploča: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Prvi dio je ovdje

Sustav za upravljanje baterijama (BMS) uključuje funkcionalnost za određivanje važnih parametara baterije, uključujući napone ćelija, struju baterije, temperaturu ćelija itd. Ako je bilo što od navedenog izvan unaprijed definiranog raspona, paket se može odvojiti od punjenja ili punjača ili se mogu poduzeti druge odgovarajuće radnje. U prethodnom projektu (https://www.instructables.com/id/Arduino-LTC6804-Battery-Management-System/) raspravljao sam o svom dizajnu BMS-a, koji je zasnovan na čipu višecelijske baterije linearne tehnologije LTC6804 i mikrokontroleru Arduino. Ovaj projekt proširuje BMS projekt dodavanjem balansiranja baterije.

Baterije su sastavljene od pojedinačnih ćelija u paralelnim i/ili serijskim konfiguracijama. Na primjer, paket od 8p12s bi se konstruirao koristeći 12 serijski povezanih skupova od 8 paralelno povezanih ćelija. U pakiranju bi bilo ukupno 96 ćelija. Za najbolje performanse svih 96 ćelija trebale bi imati blisko usklađena svojstva, međutim, uvijek će doći do nekih varijacija među ćelijama. Na primjer, neke ćelije mogu imati manji kapacitet od drugih ćelija. Kako se pakiranje puni, ćelije manjeg kapaciteta će doseći svoj maksimalni siguran napon prije ostatka pakiranja. BMS će otkriti ovaj visoki napon i prekinuti daljnje punjenje. Rezultat će biti da veći dio pakiranja nije potpuno napunjen kada BMS prekine punjenje zbog većeg napona najslabije ćelije. Slična se dinamika može dogoditi tijekom pražnjenja, kada se ćelije većeg kapaciteta ne mogu potpuno isprazniti jer BMS isključuje opterećenje kada najslabija baterija dosegne granicu niskog napona. Paket je stoga dobar onoliko koliko su njegove najslabije baterije, poput lanca koji je snažan samo koliko je njegova najslabija karika.

Jedno rješenje ovog problema je upotreba balansne ploče. Iako postoje mnoge strategije za uravnoteženje pakiranja, najjednostavnije 'pasivne' ploče za ravnotežu dizajnirane su tako da ispuštaju dio naboja ćelija s najvišim naponom kada se paket približi punom naboju. Dok se dio energije troši, pakiranje u cjelini može pohraniti više energije. Krvarenje se vrši rasipanjem snage kroz kombinaciju otpornik/prekidač koju kontrolira mikrokontroler. Ova instrukcija opisuje pasivni sistem balansiranja kompatibilan sa arduino/LTC6804 BMS iz prethodnog projekta.

Supplies

PCB za balansnu ploču možete naručiti od PCBWays ovdje:

www.pcbway.com/project/shareproject/Balance_board_for_Arduino_BMS.html

Korak 1: Teorija rada

Stranica 62 lista sa podacima o LTC6804 govori o balansiranju ćelija. Postoje dvije mogućnosti: 1) korištenje unutrašnjih N-kanalnih MOSFET-ova za ispuštanje struje iz visokih ćelija, ili 2) korištenje unutrašnjih MOSFET-ova za upravljanje vanjskim prekidačima koji nose struju odzračivanja. Koristim drugu opciju jer mogu dizajnirati svoj vlastiti odzračni krug koji će podnijeti veću struju nego što bi se to moglo učiniti pomoću internih prekidača.

Interni MOSFET-ovi su dostupni preko pinova S1-S12, dok se samim ćelijama pristupa pomoću pinova C0-C12. Gornja slika prikazuje jedan od 12 identičnih krugova odzračivanja. Kad je Q1 uključen, struja će teći od C1 do zemlje kroz R5, raspršujući dio naboja u ćeliji 1. Odabrao sam otpornik od 6 Ohma, 1 W, koji bi trebao moći podnijeti nekoliko miliampera struje za odzračivanje. dodana LED dioda tako da korisnik može vidjeti koje ćelije balansiraju u bilo kojem trenutku.

Igle S1-S12 kontroliraju CFGR4 i prva 4 bita grupa registara CFGR5 (vidi stranice 51 i 53 tablice LTC6804). Ove grupe registara postavljene su u Arduino kodu (o kojem se govori u nastavku) u funkciji balance_cfg.

Korak 2: Shema

Shema za balansnu ploču BMS -a izrađena je pomoću Eagle CAD -a. To je prilično jednostavno. Za svaki segment serije baterija postoji jedan krug odzračivanja. Prekidači se upravljaju signalima iz LTC6804 preko JP2 zaglavlja. Struja odvoda teče iz baterije kroz zaglavlje JP1. Imajte na umu da struja istjecanja teče u sljedeći segment niže baterije, pa, na primjer, C9 prelazi u C8, itd. Simbol štita Arduino Uno postavljen je na shemu za izgled PCB -a opisano u koraku 3. Dostupna je slika veće rezolucije u zip datoteci. Slijedi popis dijelova (Iz nekog razloga funkcija učitavanja datoteka Instructables ne radi za mene …)

Količina Vrijednost Opis dijelova paketa uređaja

12 LEDCHIPLED_0805 CHIPLED_0805 LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, LED8, LED9, LED10, LED11, LED12 LED 12 BSS308PEH6327XTSA1 MOSFET-P SOT23-R Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q6, Q6, Q6, Q9, Q10, Q11, Q12 P-kanal Mosfet 2 PINHD-1X13_BIG 1X13-BIG JP1, JP2 GLAVA ZA PIN 12 16 R-US_R2512 R2512 R5, R7, R9, R11, R13, R15, R17, R19, R21, R23, R25, R27 OTPOR, američki simbol 12 1K R-US_R0805 R0805 R4, R6, R8, R10, R12, R14, R16, R18, R20, R22, R24, R26 OTPOR, američki simbol 12 200 R-US_R0805 R0805 R1, R2, R3, R28, R29, R30, R31, R32, R33, R34, R35, R36 OTPOR, američki simbol

Korak 3: Raspored PCB -a

Raspored je uglavnom određen dizajnom glavnog BMS sistema o kojem se govori u zasebnom uputstvu (https://www.instructables.com/id/Arduino-LTC6804-Battery-Management-System/). Zaglavlja JP1 i JP2 moraju se podudarati sa odgovarajućim zaglavljima na BMS -u. Mosfeti, otpornici na odzračivanje i LED diode su logički raspoređeni na Arduino Uno štitu. Gerberske datoteke stvorene su pomoću Eagle CAD -a, a PCB -ovi su poslani u Sierra Circuits za izradu.

Priložena datoteka "Gerbers Balance Board.zip.txt" zapravo je zip datoteka koja sadrži Gerbers. Možete jednostavno izbrisati.txt dio naziva datoteke, a zatim ga raspakirati kao normalnu zip datoteku.

Pošaljite mi poruku ako želite nabaviti PCB, možda mi je još ostalo.

Korak 4: Montaža PCB -a

PCB -ovi za balansiranje lemljeni su ručno pomoću Weller WESD51 lemne stanice s temperaturnom kontrolom sa vrhom "odvijač" serije ETB ET 0,093 i lemljenjem od 0,3 mm. Iako se manji savjeti mogu činiti boljima za zamršen rad, oni ne zadržavaju toplinu i zapravo otežavaju posao. Olovkom za čišćenje očistite pločice PCB -a prije lemljenja. Lemljenje od 0,3 mm dobro funkcionira za ručno lemljenje SMD dijelova. Stavite malo lema na jedan jastučić, a zatim dio stavite pincetom ili x-acto nožem i srušite taj jastučić. Preostali jastučić se tada može lemiti bez pomicanja dijela. Pazite da ne zagrijete dio ili pločice PCB-a. Budući da je većina komponenti prilično velika prema SMD standardima, PCB je prilično lako sastaviti.

Korak 5: Kodirajte

Cjeloviti Arduino kôd nalazi se u prethodnim uputama povezanim s gore navedenim. Ovdje ću vam skrenuti pažnju na odjeljak koji kontrolira balansiranje ćelija. Kao što je gore spomenuto, S1-S12 kontroliraju CFGR4 i prva 4 bita grupa registara CFGR5 na LTC6804 (vidi stranice 51 i 53 tablice LTC6804). Funkcija petlje Arduino koda otkriva segment akumulatora najvišeg napona i stavlja njegov broj u promjenjivu ćelijuMax_i. Ako je napon ćelijeMax_i veći od CELL_BALANCE_THRESHOLD_V, kod će pozvati funkciju balance_cfg (), prosljeđujući broj visokog segmenta, cellMax_i. Funkcija balance_cfg postavlja vrijednosti odgovarajućeg registra LTC6804. Poziv LTC6804_wrcfg zatim upisuje ove vrijednosti na IC, uključivajući S pin povezan sa cellMax_i.