Реклама: Точная система контроля напряжений элементов литий-титанатной батареи

 

Хочешь стать куратором любимой темы?

* Комментарии к новостям

1. Самокат для курьера. (Самодельные электросамокаты) от М-Велосипедист (25.09.2022 в 14:43)2. Самая Главная Тема (Анекдоты и флУДИЛКА) от Лодочник_А (25.09.2022 в 14:42)3. Ненормальная плотность электролита, расслоение (Свинцовые аккумуляторы) от Космонавт (25.09.2022 в 14:37)4. Срач. Политика. Уголовщина и т.д. (Народное вече) от илс (25.09.2022 в 14:23)5. Восстановление АКБ малыми токами по версии Branimir (Свинцовые аккумуляторы) от kexogen (25.09.2022 в 14:12)6. Протокол KT-LCD (Микроэлектроника) от VadimS (25.09.2022 в 13:29)
7. Электросамокат или моноколесо? (Свободный электрон) от _Os (25.09.2022 в 13:28)8. Как горит литий o_O (Источники питания) от Stanislavchik (25.09.2022 в 13:22)9. Kugoo M2 - разбор полётов (Электросамокаты Kugoo M и G серии и аналоги ) от edw123 (25.09.2022 в 12:57)10. Непонятки с Т118 (Электросамокаты Ultron) от ВовВовыч (25.09.2022 в 12:14)11. Аккумуляторные новости (Источники питания) от Stanislavchik (25.09.2022 в 12:12)12. Мужики помогите с Ультралегким гибридом 4 кВт (Гибридный электротранспорт) от 7ambrion (25.09.2022 в 10:41)
Не нравится реклама? Пройдите простую регистрацию на форуме и не будете видеть рекламу.

Прочитано 643 раз

0 Пользователи и 1 Гость просматривают эту тему.

14 Сен 2022 в 08:23
Прочитано 643 раз
Оффлайн

IvanNSK

Сообщений: 36
Здравствуйте, уважаемые форумчане!
Разработал систему контроля напряжений 6 элементов литий-титанатной батареи.

При эксплуатации аккумуляторной батареи важно знать её заряд и на сколько «просядет» напряжение при заданном токе. Если батарея составлена из последовательно соединённых элементов, то её характеристики будут ограничены характеристиками слабейшего элемента. Поэтому важно, чтобы элементы батареи были по возможности одинаковыми. Равенство напряжений элементов батареи в состоянии покоя может обеспечить балансир. Если такую сбалансированную батарею заряжать или разряжать номинальными или максимальными токами, то напряжения элементов могут «разбежаться» в зависимости от точности подбора элементов по ёмкости и (или) по внутреннему сопротивлению.
Равенство напряжений элементов батареи в состоянии покоя или при номинальных токах можно проверить тестером, если есть доступ к батарее. При проверке на максимальных токах  (от 500А и выше) можно не успеть провести все измерения из-за перегрева элементов схемы. Например, при работе с нагрузочной вилкой время ограничено 5 -10 секундами. Проверка саморазряда элементов батареи — длительный процесс, поэтому автоматизированная система измерения и записи напряжений элементов является удобным, а иногда — единственным результативным инструментом  контроля за состоянием батареи.
Созданная “система контроля напряжения” позволяет измерять напряжения на всех элементах батареи и записывать результаты на карту памяти, которые могут быть считаны с помощью смартфона, ноутбука или настольного компьютера через радиоканал (WiFi).
Данная система позволяет выявить проблемный элемент аккумуляторной батареи. Система контроля напряжений может быть подключена к разъёму вместо балансира (VladNSK) или вместе с балансиром через дополнительный (такой же) разъём.

В системе контроля напряжения присутствует модуль реального времени, записывающий временные метки, это поможет пользователю вести журнал событий и испытаний, а впоследствии проанализировать нужные файлы из строго определённого временного диапазона.
При работе через радиоканал (WiFi) пользователь может видеть актуальную информацию о напряжении каждого элемента на экране (смартфона / ноутбука / компьютера/), напрямую подключенного к системе контроля напряжения. Информация представлена в виде таблиц и графиков, динамически обновляющихся.
Пользователь может видеть процесс заряда и разряда АКБ в реальном времени. Также в системе реализован пользовательский интерфейс, который позволяет, не вынимая карту памяти из устройства, скачивать файлы для последующего анализа данных.
Радиомодуль WiFi имеет интеллектуальное управление питанием. Он включается по установленному порогу изменения напряжения на АКБ между двумя измерениями. Вам достаточно включить фары или завести двигатель и радиомодуль включится. Телефон/ компьютер/ ноутбук будут определять точку доступа WiFi, к которой можно подключиться, введя установленный на системе пароль. Также если в течение заданного времени отсутствует обмен информацией между системой измерения и подключенным к нему устройством, то радиомодуль выключается, и устройство переходит в режим скрытой работы со сниженным уровнем потребления энергии.

Основные характеристики устройства:

•   Количество измеряемых каналов – 6
•   Рабочее напряжение питания – 6-24 [В]
•   Максимальное напряжение на канал – 4 [В]
•   Минимальное напряжение – 1 [В] (при общем напряжении АКБ 6[В])
•   Диапазон измеряемых напряжений на канал – 0 - 4 [В]
•   Частота измерения 6 каналов 1 [Гц]
•   Абсолютная точность измерения напряжения – 3 [мВ] (в диапазоне 1500-3000 [мВ])
•   Межканальная точность измерения 1 [мВ] (в температурном диапазоне: -20℃...+65℃ и при измерении АКБ в состоянии покоя. На переходных процессах в момент пуска двигателя точность измерений ухудшается.)
•   Рабочий диапазон температур – 30℃...+65℃.
•   Суточный объём сохраняемой информации на карту памяти – 8 [Мб].

Как начать работу с устройством

1.   Подсоединить в разъём вместо балансира (VladNSK) систему измерения напряжений.
2.   После инициализации прозвучит 1 сигнал, затем система измерения напряжений создаст точку доступа WiFi с именем “WiFiBattMonitor”. Пользователю необходимо ввести пароль от WiFi (поставляется с устройством). Система измерения издаст 3 коротких сигнала зуммером.
3.   Запустить браузер на гаджете, подключенном по WiFi.
4.   Набрать в адресной строке “192.168.4.1/” и нажать на кнопку поиска.
5.   Далее появится главная страница (рис.4).

При необходимости систему измерения можно подключить к роутеру вашей домашней сети и работать с персонального компьютера или ноутбука. Для этого в настройках WiFi необходимо указать пароль от сети и подключиться по указанному в настройках адресу (адрес отличается от “192.168.4.1”).

Работа зуммера

Зуммер используется для сигнализации событий, происходящих в системе измерения напряжений. Зуммер можно настроить на сигнализацию о просадке напряжения на элементах АКБ, а также просадке общего напряжения ниже обычного. Зуммер работает при включенном WiFi, поскольку это гарантирует присутствие пользователя рядом с системой измерения напряжений. В остальное время система измерения напряжений работает в скрытом режиме.

Внешний вид системы контроля напряжений


Рис.1. Внешний вид системы контроля напряжений. Зуммер чёрного цвета.


Рис.2. Плата системы контроля напряжений покрыта двухкомпонентным силиконовым герметиком.


Рис.3. 1 - Светодиод (оранжевый или жёлтый) наличия питания на микроконтроллере. 2 - Кнопка принудительной перезагрузки микроконтроллера. 3 - Светодиод (синий) индикации работы радиомодуля WiFi. 4 - Кнопка принудительного включения/выключения радиомодуля WiFi. 5 - Светодиод (зелёный) индикации процесса измерения напряжения (излучает свет в процессе измерения). 6 - MicroSD карта (не входит в комплект поставки). 7 - Слот MicroSD карты (для извлечения карты памяти необходимо нажать на торец карты памяти). 8 - Батарея “CR 2032” питания часов реального времени. 9 - Светодиод (красный) индикации неполадки питания (если горит, то вышел из строя предохранитель. Обратитесь к производителю устройства).

Пользовательский интерфейс

Интерфейс пользователя необходим для визуализации данных и управления системой измерения напряжений. Для доступа к пользовательскому интерфейсу потребуется браузер. Когда телефон или компьютер подключен к системе измерения по WiFi интерфейсу, необходимо в поисковой строке набрать адрес устройства (192.168.4.1). В случае если подключение по WiFi установлено без ошибок, пользователь в браузере должен увидеть главную страницу параметров батареи:


Рис.4. Страница “Батарея” с параметрами батареи. (Главная страница).

Вверху имеется кнопка “меню” со списком доступных пользователю страниц; также отображается температура системы измерения напряжений и кнопка “Пауза”/“Пуск”, которая останавливает или запускает процесс считывания данных с системы измерения напряжений.
Поверх пиктограммы “батарея” отображается актуальное значение напряжения при условии включенного опроса системы измерения напряжений.
График напряжения батареи строится по трёмстам измерениям, взятым из рабочего файла, хранящего историю изменения напряжения на батареи. Если точек в файле меньше, то и график будет работать в режиме накопления данных до 300 точек, а при превышении этого числа график будет сдвигаться влево.
Внизу страницы отображается график “напряжения ячеек”. По вертикали отображается разность напряжения от среднего значения по всем шести элементам. Сверху столбца отображается актуальное значение напряжения ячейки. Цвет столбца соответствует цвету проводника разъёма балансира.

Таблица цветов соответствия проводника и цвета на графике.


Рис.5. Разъём балансира.

Измерения напряжений производятся от провода “чёрного” цвета.
Интерфейс позволяет удерживать телефон от перехода в спящий режим, это полезно при длительной работе с системой измерения напряжений.


Рис.6. Список доступных страниц вкладки “Меню”.


Рис.7. Страница “Измерения”.

На рис.7 изображена страница “Измерения”. Вверху страницы добавлена дополнительная кнопка “Начать новый файл”. Эта кнопка необходима для проведения сравнительных измерений, которые будут храниться в новом файле. Ниже расположена таблица напряжений. В этой таблице отображаются все измеренные автоматически и рассчитанные напряжения ячеек батареи. Под таблицей напряжений расположен график напряжений ячеек от времени. Этот график полезен для анализа напряжений ячеек батареи под нагрузкой.  Затем два графика как на странице “Батарея”. Внизу расположен график температуры системы измерения от времени.
Когда на систему измерения напряжения подано питание, происходит инициализация, считывание даты и времени с внутренних часов, создание пути сохранения файла и запись измеренных значений с установленными параметрами. Система измерения напряжений всегда производит запись данных на карту памяти. Если карта памяти отсутствует, то система просто измеряет напряжения.


Рис.8. Интерфейс вкладки меню “Карта памяти”.

Измерения хранятся на карте памяти формата “microSD”. Система измерения напряжений создаёт папку “BatteryData/”, затем внутри этой папки создаёт папку с номером года “2022/”. Потом внутри папки с годом создаёт папку с номером месяца и номером года “08 2022/”, а потом внутри этой паки создаёт папку с датой измерений “22 08 2022/” и уже в этой папке сохраняются все файлы, которые были измерены за этот день с именем “день_месяц_год час_мин параметрыАЦП число измерений одной точки.txt” “22_08_2022 00_00 32sps 1aver.txt”. Каждый файл имеет длительность по времени, которая изменяется во вкладке “Параметры устройства”. Также каждый файл имеет временное разрешение, установленное пользователем. В имени файла отображается дата и время его создания.
Пользователь может открыть папку или скачать любой файл с карты памяти путём двойного нажатия на имя объекта (с интервалом между нажатиями до 0,6 сек.). На телефоне при быстром двойном нажатии браузер увеличивает область двойного нажатия. В этом случае необходимо увеличить интервал между касаниями экрана. Справа от имени объекта присутствует кнопка “Delete”, которая позволяет удалить объект. При удалении папки будут удалены все файлы и подпапки без возможности восстановления! Будьте внимательны! Но перед удалением появится дополнительное окно, которое уточнит ваше действие, если кнопка была нажата случайно.
Нажатие кнопки "<=Back" производит возврат в предыдущую папку.
Файл с данными, куда производится запись, находится внизу списка. Если его удалить, то он будет удалён, но взамен его будет создан новый файл по правилам формирования имени, описанным выше.


Рис. 9. Список файлов с измерениями за один день. Система измерения напряжений была обесточена в 14:26 и запись прекратилась.

Настройка параметров системы измерения напряжений производится при помощи страницы, вызываемой вкладкой “Настройки устройства” (рис.10).
Установка даты и времени осуществляется по кнопке “Задать дату/время”. При этом происходит взятие даты с компьютера/ телефона и установка её на систему измерения напряжений. Пункт “Дата и время устройства на момент опроса:” показывает текущую дату и время, установленные на системе измерения. Пункт “Дата и время телефона/компьютера на момент опроса:” отображает дату и время на телефоне /компьютере в момент опроса системы измерения напряжений. Точность установки даты и времени составляет 2 сек.
Параметры записи данных в файл. Длительность файла может быть выбрана из диапазона 5/10/30 мин., 1/2/3/6/12/24 часа. Периодичность записи в файл может быть выбрана из диапазона 1/2/5/10 сек. В настройках АЦП можно установить усреднение данных по 1/2/4/5/8/10 измерениям.


Рис. 10. “Настройки устройства”

Управление питанием радиомодуля WiFi

Для того чтобы у системы измерения напряжений радиомодуль WiFi работал только в присутствии пользователя, был разработан специальный алгоритм включения/выключения радиомодуля WiFi. Включение происходит при превышении установленного порога напряжения по модулю между соседними измерениями. Когда водитель заводит двигатель или включает фары/ вентилятор отопителя, происходит просадка напряжения на аккумуляторе на определённую величину, которая зависит от внутреннего сопротивления батареи и мощности потребителя. Система измерения напряжений отслеживает разницу напряжений предыдущего и текущего измерений напряжения и сравнивает его с пороговым значением. При превышении этого порога по модулю подаётся команда на включение радио модуля WiFi. Сигналом работы WiFi служит индикация синего светодиода. Далее запускается таймер, отслеживающий время простоя радиомодуля. Если не производится обмен данными с компьютером/ телефоном, то по истечении установленного времени в пункте “Время работы WiFi” радио модуль отключается и подключиться телефоном или компьютером будет невозможно. Это реализовано для снижения уровня радиопомех, уменьшения помех при точных измерениях и снижения энергопотребления в сети автомобиля в случае постоянной работы устройства.

Краткий анализ результатов

Анализ данных, полученных под нагрузкой, поможет пользователю устройства оценить внутреннее сопротивление всей сборки, и каждого элемента в  отдельности по падению напряжения с известным током нагрузки.


Рис.11. График напряжений ячеек под нагрузкой 500А. Элементы 66160 батареи соединены между собой стальными  шинами с поперечным сечением 66 мм2. Элементы 66160 батареи изначально были подобраны с близким по величине внутренним сопротивлением.

Из графика (рис.11) можно увидеть, что просадка напряжения на ячейке № 6 меньше всего, однако наблюдается тенденция того, что элементы с 1 по 4 укладываются в одну линию, в первом приближении. Из особенностей конструкции был сделан вывод,  что на стальных шинах теряется  примерно  0,2 В. Эта информация помогла понять недостатки конструкции батареи и заменить стальные токопроводящие шины на алюминиевые. Результат измерения напряжения на ячейках батареи током 500 Ампер представлен на рис.12.


Рис.12. График напряжений ячеек под нагрузкой 500А. Элементы 66160 батареи соединены между собой алюминиевыми шинами с поперечным сечением 70 мм2. Элементы 66160 батареи изначально были подобраны с близким по величине внутренним сопротивлением.

Из грубого сравнения графиков можно сделать вывод, что падение напряжение на элемент уменьшилось на 0,4 Вольта за счёт уменьшения сопротивления токопроводящих шин.

По вопросам цены и приобретения пишите в личные сообщения. Цена компонентов и производства меняется.
« Последнее редактирование: 21 Сен 2022 в 08:54 от IvanNSK »


14 Сен 2022 в 09:17
Ответ #1
Оффлайн

MishanyaD

Россия, Московская область, Клин Сообщений: 50


14 Сен 2022 в 09:44
Ответ #2
Оффлайн

IvanNSK

Сообщений: 36
Выше ожиданий. Какова стоимость чудокоробки?
По цене в личку, поскольку цена компонентов и производства меняется.


14 Сен 2022 в 10:20
Ответ #3
Онлайн

илс

Глобальный модератор Москва, Крылатское Сообщений: 29926
Круто, конечно, но смарт -БМС делает почти тоже самое, при этом используется штатное подключение к батарее с продуманными системами энергосбережения (засыпающий голубой зуб).

Некоторые БМСки позволяют писать/просматривать журнал разрядных кривых по каждой ячейке.
====
Раз ваша коробочка работает через любой браузер, это повторюсь - оч.здорово, и может быть интересным для разнообразного электротранспорта.


14 Сен 2022 в 11:26
Ответ #4
Оффлайн

halit

Россия, Самара Сообщений: 257
Работа, конечно, проделана колоссальная.
Только боюсь, что цена будет сравнима с ценой самой батареи ))


14 Сен 2022 в 12:09
Ответ #5
Оффлайн

koolon

Ростов-на-Дону - Ростовская область - Россия Сообщений: 130
На такие сборки из 6шт даже бмс не ставят, наврядли кому то понадобится это устройство, разве что руб 500 по стоимости.
Есть вот фуська мониторинга универсальная до 8s, с пищалкой и настройкой, по цене пару $.



14 Сен 2022 в 12:39
Ответ #6
Оффлайн

IvanNSK

Сообщений: 36
Некоторые БМСки позволяют писать/просматривать журнал разрядных кривых по каждой ячейке.
Можно ссылку на BMS для титаната? Этот проект начался с поиска подходящей BMS, но промышленные, обычно, делают для литий-полимерных ячеек, где АЦП работает от 2,5 вольт.

Добавлено 14 Сен 2022 в 12:41
Есть вот фуська мониторинга универсальная до 8s, с пищалкой и настройкой, по цене пару $.
Ссылку на параметры устройства приведите. И на магазин, где цены посмотреть.


14 Сен 2022 в 22:07
Ответ #7
Оффлайн

Blik86

Саров Сообщений: 1846


15 Сен 2022 в 06:35
Ответ #8
Оффлайн

IvanNSK

Сообщений: 36
Измерение тока планируется?
Для каких целей нужна эта опция? Какие значения тока нужно измерять? (10A-100А или 100A-1000A)


15 Сен 2022 в 08:43
Ответ #9
Оффлайн

Winter4x4

Сообщений: 349


15 Сен 2022 в 15:22
Ответ #10
Оффлайн

hiker51

Россия, Мурманск Сообщений: 454
А если приложение для андроид прикрутить, было бы удобнее браузера :hello:


15 Сен 2022 в 15:33
Ответ #11
Оффлайн

Surf_el

Модератор Москва Сообщений: 10727
А если приложение для андроид прикрутить, было бы удобнее браузера :hello:
а у кого нет андроида? :hello:


15 Сен 2022 в 15:51
Ответ #12
Оффлайн

IvanNSK

Сообщений: 36
А если приложение для андроид прикрутить, было бы удобнее браузера :hello:
Поясните, чем удобнее?


15 Сен 2022 в 16:01
Ответ #13
Оффлайн

Surf_el

Модератор Москва Сообщений: 10727
Думаю тем, что в иконку ткнуть проще, чем адрес в стоку браузера вбить ;)


15 Сен 2022 в 19:58
Ответ #14
Оффлайн

Blik86

Саров Сообщений: 1846
Для каких целей нужна эта опция?
Хотя бы емкость оценить. А для каких целей нужна мерялка напряжения?


16 Сен 2022 в 04:08
Ответ #15
Оффлайн

VladNSK

Россия, Новосибирск Сообщений: 457
Хотя бы емкость оценить. А для каких целей нужна мерялка напряжения?
ИМХО, ёмкость элементов надо оценивать до сборки батареи. А после сборки, при последовательном соединении, через элементы будет протекать одинаковый ток и его измерение мало что даст для выявления возможного неблагополучия батареи. Именно, по измерениям напряжений на элементах при одинаковом токе через них, выявляя разницу напряжений, можно определить "слабеющий" элемент. И, чем точнее система, тем раньше это можно сделать.


16 Сен 2022 в 05:30
Ответ #16
Оффлайн

rusmax

Россия, Нижневартовск Сообщений: 794
ИМХО, ёмкость элементов надо оценивать до сборки батареи. А после сборки, при последовательном соединении, через элементы будет протекать одинаковый ток и его измерение мало что даст для выявления возможного неблагополучия батареи. Именно, по измерениям напряжений на элементах при одинаковом токе через них, выявляя разницу напряжений, можно определить "слабеющий" элемент. И, чем точнее система, тем раньше это можно сделать.
Не только. Можно выявлять элементы с высоким сопротивлением или прослабший контакт. О чём автор и упомянул.


16 Сен 2022 в 12:15
Ответ #17
Оффлайн

soltpain

Россия, Томск Сообщений: 56


 

Coolco M4 48v 15A 500w Точная копия Kugoo M4

Автор SeRuY83Раздел Электросамокаты Kugoo M и G серии и аналоги

Ответов: 5
Просмотров: 4148
Последний ответ 26 Мар 2020 в 17:06
от lupus