arduino baseret BMS til LiPo, LiIon og LiFePo4 batteri celler

Dette er arduino BMS shield version 08beta, det skal bruges sammen med celle printet der er vist tidligere.

Dette Arduino BMS  shield hedder: ‘arduino-BMS-Playground-08b-Battery-Charger-and-Loadhandler-08b’

Med Arduino BMS shield version 08beta har man mulighed for at slukke for load ved Vlow på en celle, og BMS kan gennem et eksternt relæ, styre opladningen til Vmax nåes.

Der er en interrupt indgang der er reserveret til en 75C termo switch, hvis den samlede batteripakke bliver for varm, lukker arduino af for loaden.

Arduino bms shield er ligesom celle printet, lavet så simpelt og ‘basic’ som muligt, og primært med almindelige leadede komponenter, da nørder ofte har den slags liggende i skuffen. Eneste smd komponent er Vlow sensor.

Senere kan der overvejes en smd version hvis det giver mening at lave den for at printet fylder mindre til f.eks.elcykel batterier. I en elbil er batteri cellerne så store at printets størrelse er underordnet.

Vær opmærksom på at der ved højere ladestrømme, skal bruges en lader der er beregnet til litium batterier,og som selv sænker lade strømmen i slutningen af lade cyklusen.

Hvorfor vælge et dyrt  LiFePo4 batteri?

 

LiFePO4 har en charge / discharge ekketivitet på 95 to 98%, hvor et almindeligt bly/syre batteri (Lead Acid) kun klarer en effektivitet på 50 til 75%.

LiFePO4 Har 2000 til 8000 lade cyklusser (70% til 100% DOD) i modsætning til Bly/syre ( Lead Acid) der kun klarer 250 til 1200 lade cyklusser (20% til 50% DOD).

LiFePO4 prisen er den samme som bly/syre batterier, men har doppelt kapasitet, for LiFePo4 kan dybde aflades mere en bly/syre

LiFePO4 beskyttes med en god BMS og kan teoretisk holde 20 til 30 år, hvor et typisk bly/syre batteri klarer 4-6 år.

LiFePO4 kan summeret  give 5 til 10 gange bedre værdi (return of cost ROC) end et typisk bly/syre batteri set over batteriets fulde leve tid

LiFePO4 kan installeres indendør, da der ikke produceres giftige gasser

LiFePO4 fylder betydeligt mindre og er vejer mindre

LiFePO4 er vedligeholdelsesfrit, der skalikke fyldes vædske på, eller som AGM batteriet skal LiFePo4 heller ikke have vedligeholdelses ladning under skyet vejer, eller hvis ens el køretøj står stille over længere tid.

Cellen der bruges i denne test er en standard 18650 LiIon fra skrottede labtop batterier, de fåes også i en LiFePo4 version hvis ønsket.

 

Normalt kan 18650 LiIon cellen klare en ladestrøm på ca 1 ampere, hurtig ladning er på nogle på 2 ampere. Her i projektet bruges celler fundet i forskellige op-huggede batterier fra labtops, dvs. det er forskellige typer celler, hvilket betyder jeg lader med mellem 1/2 og 1 ampere på dem.

BMS version 08beta er lavet som et arduino shield

Navnet på projektet er ‘arduino-BMS-Playground-08b’

Komponent placering for BMS 08b Arduino shield

Der er modifikationer på diagram og print, så derfor udgives de ikke enu.

Opdateringer vil blive tilføjet i dette indlæg herunder:

• 8. marts 2015: ingen opdateringer
• 10.marts 2015: der er lavet nogle hardware ændringer omkring mosfet driver
• 31. marts 2015: test kode der blinker med LED’s og tænder slukker mosfet, det virker
• 1. april. 2015: analog in der bruges til at måle batteri pakkens samlede spænding, har fået en optokopler for at lave en galvanisk adskillelse. Det er for at Arduino BMS kan køre på accesory batteri i elbil, eller på et solcelle opladt LiIon batteri (vises senere).Har lidt udfordringer med lineariteten på volt/ADC kurven som ses på billedet. Overvejer at lave en algoritme da grafen er en andengrads funktion, en parabel. Men et tabel opslag virker dog lettere.
• 17. april 2015: load handling hardware laves helt om !! Der er også fjernet optokoplere, så nu er der ikke adskillelse mellem Vpack og Varduino, det er ok til elckler og meget andet, men går ikke til en elbil. Senere version vil få optokoplere igen, når ført kode virker ordentligt og er gennem prøvet.
• 19. april 2015: normal drift mode mad test af batteri spænding og at celler er indenfor Vlow og Vhigh virker, og charger mode virker også nu. Der er dog stadigt nogle bugs der skal løses, feks. kommer der en blinking red der ikke går væk igen når man kommer tilbage til normal mode efter en celle har været udenfor limit. Dertil kommer at der skal ryddes op i kode, og laves nogle funktioner for at lette læsningen af koden.

Herunder ses eksperimentiel sketch, vær opmærksom på det ikke virker 100% enu.

Du kan følge med i ændringer i realtid 😉

Inspiration og links

• http://endless-sphere.com/forums/viewtopic.php?f=14&t=45383
• ide til load / lade styring http://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4840

Udviklings muligheder:

Næste version bliver ‘Arduino BMS solar ready’ på et samlet print, med atmega328 og en integreret solcelle oplader.