Arduino LTC6804 BMS - 2. dio: Balansna ploča: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Prvi dio je ovdje

Sustav za upravljanje baterijom (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 se temelji 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 8p12s bio bi konstruiran pomoću 12 serijski povezanih skupova od 8 paralelno povezanih ćelija. U pakiranju bi bilo ukupno 96 stanica. Za najbolje performanse svih 96 stanica trebale bi imati blisko usklađena svojstva, međutim, uvijek će postojati određene varijacije među stanicama. Na primjer, neke stanice mogu imati manji kapacitet od drugih stanica. Kako se pakiranje puni, ćelije manjeg kapaciteta će dosegnuti 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 onoliko koliko je njegova najslabija karika.

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

Pribor

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 u podatkovnom listu LTC6804 govori o uravnoteženju stanica. Postoje dvije mogućnosti: 1) korištenje unutarnjih N-kanalnih MOSFET-ova za ispuštanje struje iz visokih ćelija, ili 2) korištenje unutarnjih MOSFET-ova za upravljanje vanjskim sklopkama koje nose struju odzračivanja. Koristim drugu opciju jer mogu dizajnirati svoj vlastiti krug odzračivanja za podnošenje veće struje nego što bi se moglo učiniti pomoću unutarnjih prekidača.

Unutarnji MOSFET-ovi dostupni su putem 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 istjecanja. Postoji LED je dodan tako da korisnik može vidjeti koje ćelije balansiraju u bilo kojem trenutku.

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

Korak 2: Shematski prikaz

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 kroz zaglavlje JP2. 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 značajka 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, 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 sustava o kojem se govori u zasebnoj uputi (https://www.instructables.com/id/Arduino-LTC6804-Battery-Management-System/). Zaglavlja JP1 i JP2 moraju se podudarati s odgovarajućim zaglavljima na BMS -u. Mosfeti, otpornici za odzračivanje i LED diode raspoređeni su na logičan način 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 Gerbere. 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 stanice za lemljenje s temperaturnom kontrolom s 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 0,3 mm dobro funkcionira za ručno lemljenje SMD dijelova. Stavite malo lemljenja na jedan jastučić, a zatim dio stavite pincetom ili x-acto nožem i srušite taj jastučić. Preostali jastučić tada se može lemiti bez pomicanja dijela. Pazite da ne zagrijete dio ili PCB jastučiće. 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 pozornost na odjeljak koji kontrolira balansiranje stanica. Kao što je gore spomenuto, S1-S12 kontroliraju CFGR4 i prva 4 bita registarskih grupa CFGR5 na LTC6804 (vidi stranice 51 i 53 tablice LTC6804). Funkcija petlje Arduino koda detektira segment akumulatora najvišeg napona i stavlja njegov broj u promjenjivu ćelijuMax_i. Ako je napon cellMax_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 na LTC6804_wrcfg zatim upisuje ove vrijednosti na IC, uključivši S pin povezan s cellMax_i.