Wykorzystanie przetwornicy, akumulatorów 18650 oraz BMS do budowy pojazdu

[ethanak]

@marek1707 Przepraszam, że się wtrącam, ale wątek mnie akurat interesuje (zaczynam projektować takie jeździdełko o podobnym zapotrzebowaniu na prąd).

Zakładam:

akumulatory 18650 2S (albo 2S2P, zależy od pojemności tego co dostanę).

do tego BMS - np. https://abc-rc.pl/pl/products/modul-bms-pcm-pcb-ladowania-i-ochrony-ogniw-li-ion-2s-8-4v-5a-18650-7891.html

do tego przetwornica w stylu takiej: https://abc-rc.pl/pl/products/przetwornica-5a-1-3v-30v-step-down-xl4015e-z-miernikiem-pradu-i-napiecia-woltomierz-i-amperomierz-8577.html

Jak rozumiem - ustawiam napięcie/prąd na przetwornicy, podpinam do tego zasilacz od laptopa et voila!

Dobrze rozumiem? Bo jeśli tak to miałbym następne pytanie; jeśli nie - nie będę głowy zawracać...

[marek1707]

Niestety nie. Do ładowania akumulatorów musisz mieć gdzieś po drodze ładowarkę czyli urządzenie rozumiejące co robi. Zasilacz od laptopa jest zasilaczem - źródłem napięcia z jakimś ograniczeniem pradowym chroniącym ten sprzęt przez zniszczeniem w przypadku zwarcia. Algorytm ładowania potrzebuje kontrolowanego prądu czyli urządzenia, które w stanie źródła prądowego wytrzymuje dowolnie długo, bo zostało do tego zaprojektowane. Między 7-8V których potrzebuje akumulator 2S a kilkunastoma woltami dostarczanymi z typowego zasilacza jest przepaść nie tylko napięciowa ale powiedziałbym - algorytmiczna. Domyślam się, że kombinowałeś z BMSem, że to on umożliwi tanim kosztem ładowanie. Niestety, mimo reklamowych zapowiedzi w stylu "Jest to jedno wygodne rozwiązanie, które utrzyma cele pakietu w jak najlepszym stanie" to kompletna bzdura. Ani to coś nie reguluje prądu (więc pracujesz na zabezpieczeniu prądowym typowego zasilacza co jest dla niego stanem awaryjnym a płynie tyle ile mu fabryka dała) to jeszcze wbudowane chipy i tranzystory są jedynie zabezpieczeniem cennych ogniw przed skutkami awarii na zewnątrz pakietu - ładowarki w czasie ładowania lub elektroniki urządzenia w czasie rozładowania. Od góry BMS odcina gdy już jest naprawdę bardzo źle i za chwilę możesz mieć w domku małą eksplozję połączoną z pożarem litu i to samo od dołu: odcięcie następuje gdy przekroczone zostały wszelkie normy poprawnego wyładowania tego typu akumulatorów. BMS to jak ubezpieczenie samochodu, ostatnia, powypadkowa linia obrony a nie sprzęt do codziennego korzystania. Najlepiej, gdybyś miał tego BMSa (jeśli nie kupisz ogniw w niego wyposażonych fabrycznie) i nigdy z niego nie skorzystał.

Tak więc: pakiet oczywiście możesz zbudować choć od razu przestrzegam, że lutowanie kabli do ogniw jest wykluczane przez każdego producenta 18650. Mimo filmików na YT pokazujących jak to domorosły elektronik bierze kolbę i lutuje się do biegunów ogniwa cylindrycznego, zostają:

• zawodne koszyczki,
• zgrzewanie specjalnych taśm służących do pakietowania przypomocy zgrzewarki punktowej (albo zamówienie gotowego pakietu wg. specyfikacji w jakimś sklepie robiącym tego typu usługi na ogniwach które sprzedają - warto zapytać),
• zakup gotowego pakietu 2S lub 2P lub od razu 2S2P z wyprowadzonym kabelkiem i wbudowanym BMSem.

No i masz ten sam problem co Autor wątku: ładowarka. Albo kupisz specjalne urządzenie do tego celu (z sygnalizacją stanu procesu i ew. regulacją parametrów, z których prąd i dopasowanie do 2S/3S/4S.. itd są najważniejsze) albo weźmiesz ten swój zasilacz i dołączysz do niego coś, co może ładowarkę LiPol udawać, np. moduł z regulacją prądu i napięcia (na płytce muszą być dwa potencjometry), np:

https://abc-rc.pl/pl/products/przetwornica-dc-dc-step-down-xl4015e1-0-5a-0-8-30v-regulacja-pradu-i-napiecia-ladowarka-akumulatorow-7871.html

Przed pierwszym podłączeniem pakietu zasilasz to z czego tam masz (byle dużo 16V+ i mocno), ustawiasz napięcie wyjściowe dokładnie (to bardzo ważne) na 8.4V (2S) lub 13.2V (3S) a potem zwierasz wyjście amperomierzem ustawionym na zakres 10 lub 20A i drugą gałką ustawiasz prąd na taki, jaki uznasz za bezpieczny dla swoich akumulatorów. Koniec, masz ładowarkę do czasu aż jakiś dzieciak nie pokręci śrubką i nie rozwali Ci pakietu..

Czy mimo wszystko mogę liczyć na kolejne pytanie? 🙂 

Edytowano Lipiec 30, 2019 przez marek1707

[ethanak]

Dzięki za wyjaśnienie, na początku więc pytanie kontrolne: czym się różni przetwornica o której pisałeś (ta z dwoma potencjometrami) od tej, do której podałem link (w artykule na abc-rc polecanej właśnie do ładowania akumulatorów we współpracy z BMS-em)?

Żadem dzieciak mi niczym nie pokręci - to nie ma być zabawka dla dzieci (na razie nie powiem co to żeby nie zapeszyć).

Na razie na czas prób chcę to zasilić z żelowego 6V/4Ah, dopiero jeśli coś sensownego mi z tego wyjdzie będę inwestować we właściwe zasilanie, ale wolałbym od razu wiedzieć czy mogę się w to pakować 🙂 Dlatego kolejne pytanie będzie (później, nie wszystko się da napisać na telefonie).

Aha - oczywiście w żadne koszyczki czy lutowania nie będę się bawić, mam obok domu firmę która może mi zgrzać ładny pakiet, a jak nie to parę firm na allegro oferuje tego typu usługi pod warunkiem, że kupujesz u nich akumulatory

 

[rafalini]

Przepraszam, że się wtrącę, ale oprócz trzech podanych rozwiązań dotyczących ogniw 18650 jest jeszcze czwarte:

• ogniwa z przymocowanymi już (przygrzanymi) przez producenta taśmami.

Takie blaszki poddają się lutowaniu bez obawy o zbytnie rozgrzanie ogniwa.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

No to małe nieporozumienie. Założyłem, że przetwornicę którą pokazałeś chcesz użyć na wyjściu akumulatorów, do zasilania elektroniki pokładowej a przy takich eksperymentach przyda się zarówno woltomierz jak i amperomierz do kontroli stanu zasilania. Oczywiście możesz jej użyć do ładowania, wcześniej ustawiając pożądane ograniczenia prądu i napięcia. Tak jak napisałem, o BMS myśl raczej jak o ubezpieczeniu własnego mieszkania - w czasie normalnej eksploatacji nigdy nie powinno dojść do jego zadziałania.

Ten dzieciak to oczywiście żart. Chodziło mi o to, że urządzenia dedykowane do konkretnej aplikacji (np. gotowa ładowarka LiPol 2S) z wbudowanymi na stałe cechami są troszkę bezpieczniejsze niż te uniwersalne z regulacjami, bo potencjometr to zawsze jakaś węglowa ścieżka i zestyk - trochę wilgoci czy upadek z 0.5m i rezystancja jest inna lub wręcz żadna. Mając jednak gotowy chiński moduł za 25zł i konkretny akumulator (a nie wiele rodzajów i konieczność przestawiania raz dziennie) i nie budując łazika marsjańskiego nie zastanawiał bym się zbyt długo.

Pakiety LiPol w odróżnieniu od żelowych w zasadzie wymagają kontroli każdej celi osobno, właśnie z powodu ich czułości na przekroczenie napięcia i to w obu kierunkach. Zwykła przetwornica - każda z obu tu wspomnianych tego nie zapewnia, BMS także z balansowaniem ogniw nie ma nic wspólnego (oprócz sytuacji ekstremalnych, ale wtedy pakiet można spokojnie uznać za uszkodzony - z BMS przynajmniej nie wybuchnie). Dlatego przy stosach od 2S w górę przydałby się mechanizm prawdziwego równoważenia napięć podczas ładowania a w tej sytuacji nawet tak liche (w sensie słabe mocowo) ładowarki jak przywołany wcześniej Imax B3 są o niebo lepsze niż o wiele silniejsze przetwornice uniwersalne. Pomyśl o tym 🙂

EDIT: Choć bliska tematycznie, zrobiła się spora dyskusja trochę o czym innym - może warto wydzielić temat @ethanak do osobnego wątku?

Edytowano Lipiec 30, 2019 przez marek1707

[ethanak]

Miejmy nadzieję, że @Treker się zlituje i to przeniesie 🙂

Tylko czy jest dział dla niezupełnie zielonych?

[marek1707]

Jakoś mnie męczy temat tego taniego ładowania 2S z balansowaniem. Szukałem jakichś prostych modułów do tego celu, ale sprawa wcale nie jest prosta. Albo mamy przetwornice/ładowarki np. z USB (5V) na 8.4V z kontrolą prądu i wtedy nie ma wyrównywania albo płyteczki do 1S. Być może gdzieś w czeluściach ebay'a lub aliexpress'a czai się jakaś szansa, ale ja wymyśliłem coś takiego:

Kupujesz gołe ogniwa 18650 bez BMS i robisz z nich (zamawiasz) dwa osobne pakiety 1S/nP o potrzebnej pojemności czyli zwyczajnie łączysz równolegle ile tam ogniw potrzebujesz

Każdy z pakietów 1S dołączasz do pinów VBAT+/VBAT- tanich modułów ładowarek/BMSów 1S:

https://botland.com.pl/pl/ladowarki-lipol-moduly/6944-ladowarka-li-pol-tp4056-pojedyncza-cela-1s-37v-microusb-z-zabezpieczeniami.html

To są rzeczywiste ładowarki 1S z ograniczeniem prądu i kontrolą napięcia 4.2V wyposażone w układzik (to ten drugi scalak) zabezpieczenia. Pewnie na aukcji da się coś takiego kupić 2x taniej, bo jest to megapopularne.

Pin OUT+ jednego modułu łączysz z OUT- drugiego modułu a skrajne/wolne OUT+ i OUT- traktujesz jak wyjście z pakietu do swojej elektroniki.

Nietety tak zrobionego zestawu nie możesz zwyczajnie zasilać/ładować z 10V 😞 Musisz dysponować dwoma niezleżnymi, odizolowanymi od siebie zasilaczami 5V. Kupujesz zatem dwa tanie moduły takich zasilaczy:

https://allegro.pl/oferta/modul-zasilania-zasilacz-5-v-700ma-3-5-w-ac-dc-8080626431

Ich wejścia podłączasz rzecz jasna do 230VAC a wyjście każdego osobno doczepiasz do wejść IN+/IN- modułów ładowarek. Voila, zrobione 🙂 

Masz teraz ładowarkę zintegrowaną z wbudowanym "pakietem", z zabezpieczeniami i z zasilaczem. W cudzysłowie, bo to jednak dwa osobne akumulatory 1S, ale po wbudowaniu nikt tego nie widzi więc nie boli(?).

Acha, przed zlutowaniem wszystkiego trzeba sprawdzić na jaki prąd zostały ustawione moduły ładowarek. Jest tam jeden opornik za to odpowiedzialny a maks tego scalaka to chyba ponad 1A. Zaproponowane przeze mnie zasilacze sieciowe dają maks 700mA więc ograniczenie prądowe ładowarek musi być niższe, np. 0.5A. Albo poszukasz mocniejszych zasilaczy (może 2x zwykłe "wtyczkowe" 5V/1.5A?) albo trzeba będzie zmienić dwa oporniki SMD na ładowarkach (R1 na zdjęciu płytki z Botlandu), bo zwykle przychodzą ustawione na 1A. Być może dobry sklep 🙂 mógłby to zmienić od ręki.

[ethanak]

Przyznam się że też o tym myślałem. Zwykłe moduły tego typu wystarczą; czas ładowania akumulatorów w moim przypadku nie jest krytyczny i jeśli przez noc się naładują to dobrze. Zamiast SMD można wlutować zwykły THT - jak sam zauważyłeś, będzie to siedziało pod obudową i nikt oprócz mnie tego nie zauważy 🙂

Twój pomysł z tymi małymi zasilaczami pewnie wykorzystam w innym urządzeniu, ale tu nie mogę. Problem jest w tym, że nie mogę tego zasilać z 230V - robot ma podjechać i podłączyć się do ładowarki, a jakoś nie widzę bezpiecznego rozwiązania wykonalnego w warunkach amatorskich (stąd wspomniany zasilacz od laptopa). Potrzebna by była jakaś izolowana przetwornica DC/DC... tylko jaka?

Myślałem też o jakimś bezprzewodowym zasilaniu - coś w stylu https://botland.com.pl/pl/moduly-zasilajace/5495-modul-bezprzewodowego-zasilania-5v1a.html - byłoby to całkiem miłe (żadnych styków na zewnątrz czyli - pomijając bezpieczeństwo - o jedną rzecz mniej do psucia). Tylko to coś drogo zaczyna wychodzić, szczególnie przy dwóch sztukach... chociaż po sprawdzeniu cen izolowanych przetwornic zaczyna to być atrakcyjnym rozwiązaniem 🙂

 

[marek1707]

Zasilacze 230VAC/5VDC możesz wbudować w bazę a do połączenia z robotem wykorzystać jakieś 4 pinowe złącze i tamtędy przesyłać 2x5V. Wada jest taka, że 4 piny to nie 2 a na dodatek jedna para może działać i ładować a druga nie. Wypadałoby dac procesorowi jakąś informację, że oba kanały się podpięły: dwa transoptory powinny załatwić sprawę.

Rozwiązanie z przetwornicami izolowanymi też jest OK. Dwie jakieś tego typu:

https://www.tme.eu/pl/details/scw03b-05/przetworniki-dc-dc/mean-well/

można zasilić po stronie wejściowej ze wspólnego napięcia z zasilacza laptopowego (dobrze byłoby wiedzieć ile tam masz, bo przetwornice mają ograniczone zakresy wejściowe) a na wyjściu masz 2x5V izolowane od siebie i od wejścia.

Jeśli masz zacięcie do dłubania, to samodzielne zrobienie przetwornicy przerabiającej cokolwiek DC na 2x5V izolowane też jest w zasięgu. W zasadzie to tylko jedna z nich musi być izolowana, więc być może zestaw tej co pokazałem plus trochę tańsza (i mocniejsza), ale ze wspólną masą załatwiłby sprawę:

https://www.tme.eu/pl/details/amsrb1-7805jz/przetworniki-dc-dc/aimtec/

Bezprzewodowość to jednak spore straty, choć jak rozumiem nie jest to tutaj duży problem - energia jest z gniazdka i skądś tam przychodzi prawie za bezcen (do czasu..). Za to pozbywasz się złącz a cewki można umieścić "czołowo" lub pod podwoziem co daje dodatkowe opcje konstrukcyjne. Niestety to dobrze działa na odległościach pojedynczych milimetrów więc cienka obudowa plastikowa i minimalizacja szczeliny między urządzeniami będzie krytyczna. Cewki i układy się grzeją więc osłoną nie może być polistyren lub podobny materiał mięknący w 60°C. Gotowe odbiorniki bezprzewodowe do telefonów są dość tanie (10zł?) i dają ładne 5V pasujące wprost do ładowarki LiPol. Niestety zakup dobrej ładowarki to pewnie ze 30zł a tu potrzeba dwóch. Nie bawiłem się zestawem z Botlandu, ale jak zwykle byłbym sceptyczny co do spełniania prezentowanych obiecanek jednocześnie. Więc jak zwykle: albo szczytowe 5W na odległości 1mm być może z dodatkowymi obwodami/ekranami magnetycznymi (Nie wspomnieliśmy o tym? Oh, zapomnieliśmy..), albo gdzieś tam po środku (300mA?) sprawność 90% albo grzałka i niepewne  ledwo co 100mA na końcu zakresu odległości.

Być może optymalny byłby np. zestaw: jeden kanał bezprzewodowy i jego wyjściowe 5V wykorzystane bezpośrednio do jednej ładowarki ustawionej na powiedzmy 300mA plus mała przetwornica izolowana 5V/5V i z niej druga ładowarka także na 300mA. To potrzebowałoby razem pewnie z 700mA+ (małe i tanie przetwornice DCDC są marne pod względem sprawności). Po drugiej stronie (nadajnik bezprzewodowy) musiałbyś dostarczyć w tych warunkach ponad 1A na 5V czyli kolejna przetwornica 24V/5V i dopiero zasilacz od laptopa, bo te zwykle dają >15V. Hm?

Ha, już coś wiemy: robot samodzielnie podjeżdżający do ładowarki.. Ciekawe.. 🙂 

[Treker (Damian Szymański)]

Posty wydzielone - jeśli ktoś ma pomysł na lepszy tytuł to proszę o sygnał 🙂

[marek1707]

Ech, podrążę temat dalej. Skoro kupujesz nowe ogniwa i będziesz je eksploatował w jednym pakiecie, to jest szansa, że są w zasadzie fabrycznie nowe, takie same i pobędą takie przez długi czas. W tej sytuacji nie trzeba zasadzać się na balansowanie z prawdziwego zdarzenia, taki co to wyrówna każdy pakiet, nawet totalnie rozjechany czy prawie uszkodzony. Znalazłem moduły które są BMSami z wbudowanym lichym wyrównywaczem. Jego prąd balansowania to tylko ok. 60mA, ale przy małych prądach ładowania pakietu to może być spory procent pojemności. Tak więc może jednak:

• zasilacz od laptopa w bazie,
• 2 kontakty/styki na przejściu między bazą a robotem,
• moduł przetwornicy ustawionej na 8.4V z regulowanym ograniczeniem prądowym np. 1A,
• moduł BMS/balancera do 2S (wiem, że ta akurat aukcja jest już niedostępna, ale przecież z rynku nie zniknęło):
• https://archiwum.allegro.pl/oferta/modul-bms-z-balanser-li-ion-18650-2s-8a-7-4v-8-4v-i7619551784.html
• stos 2SnP podłączony do powyższego modułu.

EDIT: Tui chyba jest coś bardzo podobnego. Co prawda nie podają prądu równoważenia, ale rezystancja oporników na płytce bardzo podobna:

https://diolut.pl/uklad-modul-zabezpieczajacy-2s-bms-10a-li-ion-z-balanserem-p-22114.html

Edytowano Lipiec 31, 2019 przez marek1707

[Mechano]

To ja też dodam swoje trzy grosze bo to jest jeden z tych tematów, który dla rowerów elektrycznych powraca jak bumerang od paru lat.

Z tego co wiem z innego forum to ładowarka oparta o kilka modułów z układami tp4056 nie sprawdzają się na dłuższą metę w takich stosach z powodu rozrzutów w parametrach kolejnych sztuk. Konkretnych danych (ani tego posta) nie mam/nie znajdę już ale ten kto to sprawdzał odrzucił to rozwiązanie po testach.

A co do bmsów to ja ciągle przy nich obstaję. Bmsy z dobrze zrobionymi pakietami działają przez wiele tysięcy kilometrów. A te miniaturowe prądy balansujące są wystarczające pod warunkiem użycia fabrycznie nowych ogniw, najlepiej z jednej partii a nie jakichś polaptopowych czy z leżaków albo rozpakietowania.

Swoją drogą, czy budowa takiego układu zarządzającego ładowaniem i balansowaniem (ale nie ładowarki) była by trudna? Trzeba by mierzyć kilka napięć i załączać odpowiednio włączone rezystory do balansowania. Co wy na to? Chociaż to raczej temat na inną okazję.

[marek1707]

1 godzinę temu, Mechano napisał:

ładowarka oparta o kilka modułów z układami tp4056 nie sprawdzają się na dłuższą metę w takich stosach

Nie sprawdzają się w zastosowaniach rowerowych głównie z powodu braku  mocy (tylko 1A/kanał) i upierdliwej konieczności izolacji kolejnych "pięter". Jest to ładowarka liniowa więc cały nadmiar napięcia wytraca w postaci grzania i m.in. z tego powodu scalak w SO8 nie może więcej tego prądu przepchnąć. Być może człowiek o którym mówisz próbował łączyć te kostki równolegle w celu zwiększenia prądu i tu się naciął na typowe rozrzuty produkcyjne napięć końcowych 4.2V - w takiej aplikacji (algorytm CI/CV) to zwyczajnie będzie działać marnie, nie ma sensu próbować.

1 godzinę temu, Mechano napisał:

Bmsy z dobrze zrobionymi pakietami działają przez wiele tysięcy kilometrów. A te miniaturowe prądy balansujące są wystarczające

Ale to już nie mówisz o typowych modułach zabezpieczeń, tylko o BMSach wyposażonych w balanser. Masz rację, coś takiego sprawdzi się w pakiecie złożonym z dobrych i identycznych ogniw - to napisałem w poście powyżej. Problemem jest moc jaką tego typu prymitywny balanaser może pochłonąć. Jeżeli te 200mW/celę wystarcza w dobrym pakiecie, to OK - mamy tanie rozwiązanie, ale gdyby przyszło wytracać więcej (I grzać tym biedne akumulatory) w pakiecie -składaku, to trzeba wejść w inne techniki balansowania a to już trywialne jak podłączenie opornika nie jest (i nie bazuje na opornikach).

[Anonim]

Ja z takim zapytaniem przy tejże okazji.

Miałem 2 baterie od lapków i w każdym przypadku BMS instalowany w pakiety przestał działać mimo, że same akumulatory po wyjęciu z pakietów i przestosowaniu do innych celów działają bardzo dobrze i to od dłuższego czasu. Czy to możliwe, że przyczyną było rozbalansowanie którego BMS  nie był już w stanie wytównać przez zużycie akumulatorów i wyłączył terminal baterii? 

Możliwe jest, że ten BMS jest nadal sprawny? Niestety nie mam więcej akumulatorów aby sprawdzić a jakoś szkoda go wyrzucać bo taki 3S2P parę zł kosztuje i to ten z dolnej półki. 

Zauważyłem, że główna różnica napięć pomiędzy pakietami w szeregu jest pomiędzy tym od plusa, dwa pozostałe utrzymują równe napięcie. Dłuższy czas już mi służą mimo, że wcześniej były przez kilka lat w komputerze. W normalnych okolicznościach cała bateria poszłaby do utylizacji a tym sposobem mam fajne samsungi 2200mAh do dowolnego zastosowania. 

[slon]

Co do łączenia ogniw to można zastosować też coś takiego Gniazdo/blaszka PCB. Sam miałem spróbować jak by się to sprawowało ale w rękach tego nie miałem. Rozwiązanie o tyle ciekawe , że przy kilku ogniwach można by je wymieniać na naładowane. Plus na pewno taki że nie trzeba ogniw zgrzewać  ani lutować. Co do ceny tych gniazd pewnie można by je taniej kupić. W moim mieście w sklepie stacjonarnym są w cenie 2,20zł za sztukę.