Pengukur Daya EBike: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Saya baru-baru ini mengubah sepeda gunung menjadi sepeda listrik. Konversi berjalan relatif lancar, jadi setelah menyelesaikan proyek, saya naik dan berangkat untuk pelayaran penggeledahan. Saya terus memperhatikan indikator pengisian baterai, tidak tahu seberapa jauh motor akan berjalan dengan daya baterai. Kira-kira saat pengukur daya menunjukkan 80% dengan saya merasa cukup baik, karena saya telah menempuh perjalanan jauh, saya berhenti dengan baterai mati. Panggilan yang tidak menyenangkan ke pabrikan menghasilkan kata-kata seperti "Oh, indikator baterai benar-benar tidak terlalu bagus - teknologinya belum ada". Saya membutuhkan yang lebih baik dari itu.

Saya ingin tahu gigi mana yang memberi saya efisiensi terbaik, berapa biaya angin sakal dalam kapasitas baterai, tingkat daya apa yang menghasilkan mil paling banyak, apakah itu benar-benar membantu mengayuh, jika demikian, berapa banyak? Singkatnya, saya ingin tahu apakah baterai saya akan membawa saya pulang. Agak penting, menurut doncha?

Proyek ini adalah hasil dari perjalanan pulang saya yang bertenaga pedal. Pada dasarnya modul kecil ini berada di antara baterai dan input catu daya e-bike untuk memantau arus dan tegangan baterai. Selain itu, sensor kecepatan roda memberikan informasi kecepatan. Dengan kumpulan data sensor ini, nilai berikut dihitung dan ditampilkan:

• Efisiensi seketika – diukur dalam kilometer per AmpHour konsumsi baterai
• Efisiensi rata-rata – sejak perjalanan ini dimulai, km/AH
• Jumlah total AmpHours yang digunakan sejak pengisian terakhir
• Baterai saat ini
• Tegangan Baterai

Langkah 1: Data Penting

Efisiensi seketika menjawab semua pertanyaan saya tentang cara meminimalkan konsumsi baterai saya. Saya dapat melihat efek mengayuh lebih keras, menambahkan lebih banyak e-power, mengganti persneling, atau melawan angin sakal. Efisiensi rata-rata untuk perjalanan saat ini (sejak dihidupkan) dapat membantu saya mengukur perkiraan daya yang diperlukan untuk kembali ke rumah.

Jumlah total AmpHours yang digunakan sejak angka pengisian terakhir sangat penting untuk pulang. Saya tahu baterai saya (seharusnya) 10 AH, jadi yang harus saya lakukan adalah secara mental mengurangi angka yang ditampilkan dari 10 untuk mengetahui sisa kapasitas saya. (Saya tidak melakukan ini dalam perangkat lunak untuk menunjukkan sisa AH sehingga sistem akan bekerja dengan baterai ukuran apa pun dan saya tidak yakin baterai saya 10 AH.)

Konsumsi arus baterai menarik karena dapat menunjukkan seberapa keras motor bekerja. Terkadang tanjakan pendek yang curam atau tanjakan berpasir dapat dengan cepat menghabiskan baterai. Anda akan menemukan bahwa terkadang lebih baik turun dan mendorong sepeda Anda ke atas tanjakan yang curam daripada meraih tuas gas yang menggoda itu.

Tegangan baterai adalah indikator cadangan status baterai. Baterai 14 sel saya akan hampir habis total ketika tegangan mencapai 44 Volt. Di bawah 42 Volt, saya berisiko merusak sel.

Juga ditampilkan gambar layar saya yang dipasang di bawah layar Bafang C961 standar yang dilengkapi dengan sistem motor BBSHD. Perhatikan bahwa C961 dengan senang hati meyakinkan saya bahwa saya memiliki baterai penuh sementara, pada kenyataannya, baterai telah habis sebesar 41% (4,1 AH dari baterai 10 AH).

Langkah 2: Blok Diagram dan Skema

Diagram blok sistem menunjukkan bahwa Pengukur Daya eBike dapat digunakan dengan sistem daya baterai / eBike apa pun. Penambahan sensor kecepatan sepeda standar diperlukan.

Diagram blok yang lebih rinci menggambarkan blok sirkuit utama yang terdiri dari Pengukur Daya eBike. LCD 1602 karakter 2x16 memiliki papan antarmuka PCF8574 I2C terpasang.

Sirkuit ini sangat mudah. Kebanyakan resistor dan kapasitor adalah 0805 untuk kemudahan penanganan dan penyolderan. Konverter buck DC-DC harus dipilih untuk menahan output baterai 60 Volt. Output 6,5 Volt dipilih untuk melebihi tegangan dropout regulator 5 Volt onboard pada Arduino Pro Micro. LMV321 memiliki output rel ke rel. Gain dari rangkaian sensor arus (16,7) dipilih sedemikian rupa sehingga 30 Amps melalui resistor indera arus 0,01 Ohm akan menghasilkan 5 Volt. Resistor rasa saat ini harus diberi nilai maksimum 9 Watt pada 30 Amps, namun, berpikir saya tidak akan menggunakan daya sebanyak itu (1,5 kilowatt), saya memilih resistor 2 Watt yang diberi nilai sekitar 14 Amps (daya motor 750 Watt).

Langkah 3: PCB

Tata letak PCB dilakukan untuk meminimalkan ukuran proyek. Catu daya switching DC-DC ada di bagian atas papan. Penguat arus analog ada di bagian bawah. Setelah perakitan, papan yang telah selesai akan dicolokkan ke Arduino Pro Micro dengan lima (RAW, VCC, GND, A2, A3) lead solid yang dipotong dari resistor lubang. Sensor roda magnet terhubung langsung ke pin Arduino "7" (diberi label demikian) dan ground. Solder kuncir pendek dan konektor 2 pin untuk terhubung ke sensor kecepatan. Tambahkan kuncir lain ke konektor 4 pin untuk LCD.

Papan antarmuka LCD dan I2C dipasang di penutup plastik dan menempel pada stang (saya menggunakan lem panas meleleh).

Papan tersedia dari OshPark.com - sebenarnya Anda mendapatkan 3 papan dengan harga kurang dari $4 termasuk pengiriman. Orang-orang ini adalah yang terhebat!

Catatan sampingan singkat - Saya menggunakan DipTrace untuk pengambilan skema dan tata letak. Beberapa tahun yang lalu saya mencoba semua paket freeware schematic capture / PCB layout yang tersedia dan menetap di DipTrace. Tahun lalu saya melakukan survei serupa dan menyimpulkan bahwa, bagi saya, DipTrace adalah pemenangnya.

Kedua, orientasi pemasangan sensor roda itu penting. Sumbu sensor harus tegak lurus dengan jalur magnet saat melewati sensor, jika tidak, Anda akan mendapatkan pulsa ganda. Alternatifnya adalah memasang sensor sehingga ujungnya mengarah ke magnet.

Terakhir, sebagai sakelar mekanis, sensor berdering selama lebih dari 100 uS.

Langkah 4: Perangkat Lunak

Proyek ini menggunakan Arduino Pro Micro dengan prosesor ATmega32U4. Mikrokontroler ini memiliki beberapa sumber daya lebih banyak daripada prosesor Arduino ATmega328P yang lebih umum. Arduino IDE (Integrated Development System) harus diinstal. Setel IDE untuk ALAT | PAPAN | LEONARDO. Jika Anda tidak terbiasa dengan lingkungan Arduino, jangan biarkan hal itu mengecilkan hati Anda. Para insinyur di Arduino dan keluarga kontributor di seluruh dunia telah menciptakan sistem pengembangan mikrokontroler yang benar-benar mudah digunakan. Sejumlah besar kode yang telah diuji sebelumnya tersedia untuk mempercepat proyek apa pun. Proyek ini menggunakan beberapa perpustakaan yang ditulis oleh kontributor; Akses EEPROM, komunikasi I2C dan kontrol LCD dan pencetakan.

Anda mungkin harus mengedit kode untuk mengubah, misalnya, diameter roda. Menerjuni!

Kode ini relatif mudah, tetapi tidak sederhana. Mungkin perlu beberapa saat untuk memahami pendekatan saya. Sensor roda digerakkan oleh interupsi. Debouncer sensor roda menggunakan interupsi lain dari timer. Interupsi periodik ketiga membentuk dasar untuk penjadwal tugas.

Pengujian bangku itu mudah. Saya menggunakan catu daya 24 Volt dan generator sinyal untuk mensimulasikan sensor kecepatan.

Kode ini mencakup peringatan baterai lemah kritis (tampilan berkedip), komentar deskriptif, dan laporan debug yang banyak.

Langkah 5: Membungkus Semuanya

Bantalan berlabel "MTR" menuju ke koneksi positif ke sirkuit kontrol motor. Bantalan berlabel "BAT" mengarah ke sisi positif baterai. Pengembalian lead yang umum dan di sisi berlawanan dari PWB.

Setelah semuanya diuji, lampirkan rakitan dalam shrinkwrap dan pasang di antara baterai dan pengontrol motor Anda.

Perhatikan bahwa konektor USB pada Arduino Pro Micro tetap dapat diakses. Konektor itu cukup rapuh, oleh karena itu saya memperkuatnya dengan aplikasi lem panas meleleh.

Jika Anda memutuskan untuk membangunnya, hubungi perangkat lunak terbaru.

Sebagai komentar terakhir, sangat disayangkan bahwa protokol komunikasi antara pengontrol motor Bafang dan konsol tampilan tidak tersedia karena pengontrol "mengetahui" semua data yang dikumpulkan oleh rangkaian perangkat keras ini. Mengingat protokolnya, proyek akan jauh lebih sederhana dan bersih.

Langkah 6: Sumber

File DipTrace - Anda harus mengunduh dan menginstal versi freeware DipTrace kemudian mengimpor skema dan tata letak dari file.asc. File Gerber disertakan dalam folder terpisah -

Arduino - Unduh dan instal versi IDE yang sesuai -

Enklosur, "Kasus Enklosur Kotak Proyek Elektronik Plastik DIY 3.34"L x 1.96"W x 0.83"H" -

LM5018 -

LMV321 -

Induktor -

LCD -

Antarmuka I2C -

Arduino Pro Micro -