Medidor de potencia EBike: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Recientemente convertí una bicicleta de montaña en una bicicleta eléctrica. La conversión fue relativamente fluida, así que al completar el proyecto, me subí y me dispuse a emprender un crucero de shakedown. Mantuve la vista en el indicador de carga de la batería, sin saber cuánto esperaría que la bicicleta funcionara con la energía de la batería. Aproximadamente en el momento en que el medidor de potencia mostró un 80% y me sentía bastante bien, porque había recorrido un largo camino, me detuve con la batería descargada. Una llamada infeliz al fabricante resultó en palabras como "Oh, el indicador de batería realmente no sirve para mucho, la tecnología todavía no está disponible". Necesitaba algo mejor que eso.

Quería saber qué marcha me dio la mejor eficiencia, cuánto costaba el viento en contra en la capacidad de la batería, qué nivel de potencia ofrece la mayor cantidad de millas, ¿realmente ayuda pedalear? Si es así, ¿cuánto? En resumen, quería saber si mi batería me llevaría a casa. Un poco crucial, ¿no crees?

Este proyecto es el resultado de mi largo viaje a casa a pedal. Básicamente, este pequeño módulo se encuentra entre la batería y la entrada de la fuente de alimentación de la bicicleta eléctrica para controlar la corriente y el voltaje de la batería. Además, un sensor de velocidad de la rueda proporciona información sobre la velocidad. Con este conjunto de datos del sensor, se calculan y muestran los siguientes valores:

• Eficiencia instantánea: medida en kilómetros por amperio hora de consumo de batería
• Eficiencia promedio: desde que comenzó este viaje, km / AH
• Número total de AmpHours utilizados desde la última carga
• Corriente de la batería
• Voltaje de la batería

Paso 1: datos importantes

La eficiencia instantánea responde a todas mis preguntas sobre cómo minimizar el consumo de batería. Puedo ver el efecto de pedalear más fuerte, agregar más e-power, cambiar de marcha o luchar contra el viento en contra. La eficiencia promedio para el viaje actual (desde el encendido) puede ayudarme a medir la potencia aproximada que se necesitará para regresar a casa.

El número total de AmpHours utilizados desde la última cifra de carga es crucial para llegar a casa. Sé que mi batería es (se supone que es) de 10 AH, así que todo lo que tengo que hacer es restar mentalmente la cifra mostrada de 10 para saber mi capacidad restante. (No hice esto en el software para mostrar AH restante para que el sistema funcione con cualquier tamaño de batería y realmente no creo que mi batería sea de 10 AH).

El consumo de corriente de la batería es interesante ya que puede mostrar qué tan duro está funcionando el motor. A veces, una subida corta y empinada o un tramo de arena pueden hacer que la batería disminuya rápidamente. Descubrirá que a veces es mejor bajarse y subir una pendiente empinada de la bicicleta que alcanzar la tentadora palanca del acelerador.

El voltaje de la batería es un indicador de respaldo del estado de la batería. Mi batería de 14 celdas se agotará casi por completo cuando el voltaje alcance los 44 voltios. Por debajo de 42 voltios, corro el riesgo de dañar las células.

También se muestra una imagen de mi pantalla montada debajo de la pantalla estándar Bafang C961 que viene con el sistema de motor BBSHD. Tenga en cuenta que el C961 me asegura felizmente que tengo la batería llena mientras, de hecho, la batería se ha agotado en un 41% (4.1 AH de una batería de 10 AH).

Paso 2: diagrama de bloques y esquema

Un diagrama de bloques del sistema muestra que el medidor de potencia eBike se puede utilizar con cualquier batería / sistema de potencia eBike. Se requiere la adición de un sensor de velocidad de bicicleta estándar.

Un diagrama de bloques más detallado ilustra los bloques de circuitos clave que componen el medidor de potencia eBike. La pantalla LCD 1602 de 2x16 caracteres tiene una placa de interfaz PCF8574 I2C adjunta.

El circuito es muy sencillo. La mayoría de las resistencias y condensadores son 0805 para facilitar su manipulación y soldadura. El convertidor reductor CC-CC debe elegirse para soportar la salida de la batería de 60 voltios. La salida de 6,5 voltios se elige para superar el voltaje de caída del regulador de 5 voltios integrado en el Arduino Pro Micro. El LMV321 tiene salida de riel a riel. La ganancia del circuito del sensor de corriente (16.7) se elige de manera que 30 amperios a través de la resistencia de detección de corriente de.01 ohmios darán salida a 5 voltios. La resistencia de detección de corriente debe tener un valor nominal de un máximo de 9 vatios a 30 amperios, sin embargo, pensando que no usaría tanta potencia (1,5 kilovatios), elegí una resistencia de 2 vatios que tiene una potencia de aproximadamente 14 amperios (750 vatios de potencia del motor).).

Paso 3: PCB

El diseño de la placa de circuito impreso se hizo para minimizar el tamaño del proyecto. La fuente de conmutación CC-CC se encuentra en la parte superior de la placa. El amplificador de corriente analógico está en la parte inferior. Después del ensamblaje, la placa completa se conectará al Arduino Pro Micro con cinco cables sólidos (RAW, VCC, GND, A2, A3) recortados de las resistencias de orificio pasante. El sensor de la rueda magnética está conectado directamente al pin Arduino "7" (etiquetado así) y a tierra. Suelde una coleta corta y un conector de 2 pines para conectarlo al sensor de velocidad. Agregue otro cable flexible a un conector de 4 pines para la pantalla LCD.

La placa de interfaz LCD e I2C están montadas en la carcasa de plástico y unidas al manillar (utilicé pegamento termofusible).

La placa está disponible en OshPark.com; en realidad, obtienes 3 placas por menos de $ 4, incluido el envío. ¡Estos chicos son los mejores!

Notas al margen breves: utilicé DipTrace para la captura y el diseño esquemáticos. Hace varios años probé todos los paquetes de diseño de PCB / captura esquemática gratuitos disponibles y me decidí por DipTrace. El año pasado hice una encuesta similar y concluí que, para mí, DipTrace era, sin lugar a dudas, el ganador.

En segundo lugar, la orientación de montaje del sensor de rueda es importante. El eje del sensor debe ser perpendicular a la trayectoria del imán cuando pasa por el sensor, de lo contrario obtendrá un doble pulso. Una alternativa es montar el sensor de modo que el extremo apunte hacia el imán.

Por último, al ser un interruptor mecánico, el sensor suena por más de 100 uS.

Paso 4: software

El proyecto utiliza un Arduino Pro Micro con un procesador ATmega32U4. Este microcontrolador tiene algunos recursos más que el procesador Arduino ATmega328P más común. Se debe instalar Arduino IDE (Integrated Development System). Configure el IDE para HERRAMIENTAS | TABLERO | LEONARDO. Si no está familiarizado con el entorno Arduino, no deje que eso lo desanime. Los ingenieros de Arduino y la familia mundial de colaboradores han creado un sistema de desarrollo de microcontroladores realmente fácil de usar. Hay disponible una gran cantidad de código previamente probado para acelerar cualquier proyecto. Este proyecto utiliza varias bibliotecas escritas por colaboradores; Acceso EEPROM, comunicaciones I2C y control e impresión LCD.

Probablemente tendrá que editar el código para cambiar, por ejemplo, el diámetro de la rueda. ¡Saltar!

El código es relativamente sencillo, pero no simple. Probablemente llevará un tiempo comprender mi enfoque. El sensor de la rueda se acciona por interrupción. El antirrebote del sensor de rueda utiliza otra interrupción de un temporizador. Una tercera interrupción periódica forma la base de un programador de tareas.

Las pruebas de banco son fáciles. Usé una fuente de alimentación de 24 voltios y un generador de señales para simular el sensor de velocidad.

El código incluye una advertencia crítica de batería baja (pantalla parpadeante), comentarios descriptivos y generosos informes de depuración.

Paso 5: Resumiendo todo

La almohadilla etiquetada "MTR" va a la conexión positiva al circuito de control del motor. La almohadilla etiquetada "BAT" va al lado positivo de la batería. Los cables de retorno son comunes y están en el lado opuesto del PWB.

Después de que todo haya sido probado, envuelva el conjunto en una envoltura retráctil e instálelo entre la batería y el controlador de su motor.

Tenga en cuenta que el conector USB del Arduino Pro Micro permanece accesible. Ese conector es bastante frágil, por lo que lo reforcé con una generosa aplicación de pegamento termofusible.

Si decide construirlo, póngase en contacto para obtener el software más reciente.

Como comentario final, es lamentable que el protocolo de comunicación entre el controlador de motor Bafang y la consola de visualización no esté disponible porque el controlador "conoce" todos los datos que recopila este circuito de hardware. Dado el protocolo, el proyecto sería mucho más simple y limpio.

Paso 6: Fuentes

Archivos DipTrace: tendrá que descargar e instalar la versión gratuita de DipTrace y luego importar el esquema y el diseño de los archivos.asc. Los archivos Gerber se incluyen en una carpeta separada:

Arduino: descargue e instale la versión adecuada del IDE:

Caja, "Caja de plástico para proyectos electrónicos de bricolaje Caja de caja 3.34" L x 1.96 "W x 0.83" H "-

LM5018 -

LMV321 -

Inductor -

LCD -

Interfaz I2C -

Arduino Pro Micro -