Wykorzystanie przetwornicy, akumulatorów 18650 oraz BMS do budowy pojazdu

[Anonim]

Takie rozwiązania jak te blaszki lub koszyczki ze sprężynkami mają zastosowanie jedynie przy niskim poborze prądu z baterii. Nie nadają się zupełnie do zasilania przy większym obciążeniu ze względu na temperaturę na stykach i utlenianie. Do zasilania dużych obciążeń nie ma lepszej metody od zgrzewania a i z tym różnie bywa bo jakość zgrzewów bywa różna w każdej osobnej sztuce akumulatora.

[ethanak]

Dobra - to już mamy jasne. Na allegro znalazłem nawet odpowiednią płytkę, na razie nie zamawiałem.

Tak przy okazji: występuje tam też coś o nazwie "balanser" (przykładowa aukcja: https://allegro.pl/oferta/modul-balansera-4s-3s-2s-balanser-balancer-li-ion-7332442154). Pytanie z gatunku "czy jak chwycę rękami za druty to pojadę jak tramwaj": czy mogę coś takiego zastosować razem z tym czymś o szumnej nazwie "ładowarka bms" bez balansera, a jeśli tak to jak? Pytam na wszelki wypadek - bo jak znam życie, to w chwili gdy zacznę kompletować części do zasilania robota akurat ładowarek z balanserem nie będzie 😞

A teraz, jako że trzęsienie ziemi już wystąpiło, napięcie narasta 🙂

Ładowanie mamy już teoretycznie rozwiązane. Zakładam, że robot w jakiś sposób dotrze do ładowarki i będzie umiał się do niej podłączyć... co dalej?

Najprostsze rozwiązanie (przetwornica zasila zarówno ładowarkę, jak i resztę) jest trochę mało optymalne - ładowarka daje powiedzmy amper, a same silniki biorą np. dwa (nie wspominając już o reszcie elektroniki), w końcu przecież jakoś od tej ładowarki trzeba odjechać. Raczej odpada (chyba że ktoś ma jakiś pomysł jak to w praktyce prosto rozwiązać).

Również proste rozwiązanie to np. przekaźnik bistabilny - robot po podłączeniu się do ładowarki przełącza akumulatory na ładowanie i tym samym sam się wyłącza. Proste, ma jedną zasadniczą wadę: wymaga ręcznego uruchomienia robota. Nie zawsze to przeszkadza, ale jednak jakieś to brzydkie...

Dla mnie najwygodniejsze by było, aby w czasie ładowania główny procesor był cały czas zasilany, reszta (silniki, serwa, wszystko ogólnie co może pobierać jakiś prąd i nie jest niezbędne do procesu ładowania) powinna być fizycznie odłączona... a przekaźników się nie boję.

Jakieś pomysły? Mi coś tam chodzi po głowie, ale zanim wyskoczę z jakimś niezbyt mądrym pomysłem wolę zapytać 🙂

[marek1707]

Najprościej ciągłość pracy zachować w układzie buforowym - akumulator jest zawsze podłączony:

• zarówno do obciążenia -  cokolwiek to jest: przetwornica zasilająca procesor, czujniki i co tam jeszcze wymyślisz, mostki do silników itd,
• jak i do ładowarki - ładowarka tym mi.in powinna różnić się od zwykłego zasilacza, że przeżywa w dobrym zdrowiu sytuację gdy na wyjściu ma napięcie akumulatora a na wejściu nic.

Akumulator będzie zatem widział bilans prądów: rozładowania i ładowania. W przypadku podjazdu do bazy procesor upewnia się, że system dostał zasilanie (działają kontakty lub bezprzewodowość - nie wiem na co się zdecydowałeś) i że platforma stoi w dobrym miejscu (jakieś znaczniki optyczne lub mechaniczny czujnik "dokowania"), wyłącza wszystkie niepotrzebne odbiorniki: daje 0% PWM na wszystkie silniki, wyłącza/usypia wszystkie prądożerne peryferia (kamery, WiFi, ultradźwęki itp) zostawiając np. tylko mrugającą diodkę. Jeżeli cyfrówka w tym stanie pobiera z +5V nawet 20mA (czyli z akumulatora ciągniesz jakieś 12-15mA) a ładowarka dosypuje mu swoje powiedzmy 500mA to wychodzisz na spory plus i całość działa. Żadnych przekaźników. Po naładowaniu (albo kryterium czasowe albo kontrola prądu/napięcia albo korzystasz z pinów scalaka ładowarki - zwykle jest jakiś CHARGING/CHARGED) załączasz napędy i zwyczajnie odjeżdżasz w siną dal.

Chyba nie bardzo łapię koncepcję, ale nasuwa mi się uwaga: ładowarka powinna być wbudowana w robota a z zewnątrz powinieneś dostarczać tylko +/- jej zasilania. Wyprowadzenia akumulatora nie powinny być widoczne na zewnętrznych stykach obudowy bo a) łatwo je zewrzeć i to bardzo źle, b) ładowarka precyzyjnie mierzy napięcie aku - niekontakty i spadki na stykach baza-robot zaburzą proces ładowania. Jeżlei takie problemy wystąpią na wejściu ładowarki, nic się nikomu nie stanie.

Taki osobny moduł balansera podłączasz wprost do stosu ogniw, potem BMS odcinający poszczeólne ogniwa od świata zewnętrznego i dopiero do jego skrajnych zacisków łaodowarkę bez balansowania, dającą tylko +U/-U. Opisałem parę modułów i kilka różnych konfiguracji i teraz już nie wiem o jakim schemacie myślisz pisząc "ładowarka z balanserem" ani "ładowarka bms". Dobrze byłoby odnosić się do konkretnych urządzeń bo jak wiesz nazwy czasem zupełnie nie odpowiadają prawdziwym fukcjom i jest na tym polu spore zamieszanie.

Tak więc może temat dojrzał już do jakiegoś schematu blokowego? Przynajmniej będzie wiadomo o czym konkretnie rozmawiamy.

[ethanak]

Wrzucę schemat wieczorem.

edyta

Przepraszam, mam lekki młyn w domu i lepiej będzie, jak zrobię to jutro 🙂

Edytowano Sierpień 1, 2019 przez ethanak

[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

[ethanak]

No, na razie schemacik wyszedł dość prosty:

BMS - np. HX-2S-D20

Balanser - np. taki o jakim wspominałem (o ile będzie potrzebny)

Na obudowę wyprowadzone Vin+ i Vin- (ew. przez jakąś diodę jeśli przetwornica nie ma zabezpieczenia przed odwrotnym zasilaniem albo mostek, jeśli jest możliwość że robot podłączy się odwrotnie).

Nie biorę tu pod uwagę odłączania zasilania od układów wykonawczych - tym się ma zająć główny procesor zasilany cały czas (np. oddzielna mała przetwornica podłączona do V+). Trochę mnie martwi jedna rzecz - w moim przypadku główny procek to RPi Zero W, czyli to 200 mA a nie 20 -  ale to temat na później (na razie kombinuję, jak mi się coś urodzi to zapytam czy tak można) 🙂

Dobrze kombinuję czy coś porypałem?

[marek1707]

Brakuje mi ładowarki, złącza robot↔otoczenie, zasilacza zewnętrznego  w bazie itp. To ma być szkic idei a nie od razu szczegółowy plan. Rysuj bloczki tak jak bedą fizycznie połączone i jak sobie to wyobrażasz lub przynajmniej jak chciałbyś żeby to działało a jeśli nie wiesz co w którym będzie, nie pisz typu. Właśnie o ogólnym schemacie połączeń, zasadzie pracy całości i typach bloczków mamy dyskutować żeby wszystko do siebie w końcu pasowało. Możesz też nanosić napięcia i inne wielkości, które już znasz (prądy? moce?) lub planujesz. To może być odręczny rysunek ołówkiem na papierze - na wstępnych etapach takiego planowania poprawki wnoszone są co chwila a czysta forma graficzna jest sprawą drugorzędną.

To co widzimy jest OK pod warunkiem, że balanser został tak zaprojektowany by brać 0mA prądu gdy napięcie ogniwa jest <4.20V. Pewnie tak jest, ale i tak jest to niestety poważna wada tego typu układów pasywnych (w sensie: niewspółpracujących z ładowarką), mogą zapobiegać wzrostowi napięcia dopiero powyżej 4.2V i dopiero wtedy zaczynać bocznikować celę opornikiem by pochłonąć nadmiar prądu. Jeżeli ładujesz prądem 0.5A a mały opornikowy balanser może wciągać "bokiem" np. 50mA to całe to równoważenie jest trochę udawane. Cela której szybciej napięcie narosło do maxa i tak będzie dalej przeładowywana. Tak naprawdę powinien tam włączać się tranzystor pochłaniający cały prąd, ale wtedy dostałby kilka Watów (2A*4.2V=8.4W) mocy i spłynął z płytki przy okazji grzejąc akumulator. Dlatego ładowarki modelarskie mają zwykle balanser wbudowany do śordka i poracuje on cały czas podczas ładowania. Wtedy możena pochłaniać ten dodatkowy prąd z aktualnie najwyższej celi przez cały czas trwania ładowania co daje dużo lepsze rezultaty. No ale to wymaga sprzężenia jednego z drugim i wspólnego algorytmu. Totylko tak na marginesie, żeby uzmysłowić Ci potencjalne problemy.

Dorysuj brakujące bloczki tak by wyglądało to na pełny schemat zasilania (łącznie z ew. zarządzaniem/komutacją zasilań po stronie procesora i jego przetwornicą) i czekamy na schemat 2.0. Rysuj bez uprzedzeń, najwyżej będziemy poprawiać. To właśnie jest etap, gdy jest to zupełnie bezbolesne 🙂 

Pamiętaj, że odbiorniki za przetwornicami step-down DCDC biorą z pierwotnego źródła mniej prądu bo masz konwersję mocy. Malina potrzebująca 5V/200mA z w miarę naładowanego akumulatora 2S będzie ciagnąć trochę mniej, choć pod koniec możesz mieć kłopoty z utrzymaniem 5V. Konwertery obniżające lubią miec zapas (min. 2V?) a optimum pracy to Vin=2*Vout więc ideałem byłby to jednak 3S. Pytanie co z silnikami i resztą mocnych odbiorników - to pod nie trzeba optymalizować zasilanie..

Cele 18650 mogą być bez problemu ładowane prądem 1C więc dla ogniw 2.5Ah masz możliwość wpychania aż 2.5A co daje czas ładowania ok 1.5h od 0 do 100%. Te proste ładowarki liniowe mogą dawać ponad 1A (choć wtedy grzeją się niemołosiernie i czasem wyłączają się termicznie ale to jest przewidziane w ich konstrukcji) więc jeśli boisz się o bilans, być może trzeba zadbać o mocniejsze źródło na ich wejściach.

[ethanak]

19 minut temu, marek1707 napisał:

Totylko tak na marginesie, żeby uzmysłowić Ci potencjalne problemy

Gdyby nie było problemów to by nie było tego wątku 🙂

Chyba jednak zmienię zasilanie na 3S - na razie jeszcze w żadne koszty nie wszedłem, a w sumie to nawet taniej wyjdzie (mogę zastosować trzy akumulatorki zamiast 4) 🙂

Tak na marginesie - te 200mA to malinka (z przetworniczką mini 360) brała z zasilacza ustawionego na 8.4V, ale to szczegół, ważny jest rząd wielkości.

Co do silników: dwie sztuki https://botland.com.pl/pl/silniki-dc-bez-przekladni/397-silnik-dc-6v-11500-obrmin.html wsadzone do przekładni https://botland.com.pl/pl/silniki-dc-z-podwojna-przekladnia/62-tamiya-70168-przekladnia-podwojna.html (zmieniłem z oryginalnych 3V), dlatego takie bo mam, miały iść do innego projektu ale w ostateczności zrobiłem to inaczej i mi zostało całe prowizorycznie zmontowane podwozie. Reszta to na 100% coś najtańszego (nie potrzebuję dużo mocy) i biorącego niewiele prądu.

Niestety dzisiaj już się nie wyrobię, ale jutro rano biorę ołówek do ręki i rysuję 🙂