Projecto arduino - monitorização de celulas

[leitao_da_bairrada]

Acerca da medição de corrente e estado de carga das baterias:
Para medir a corrente teremos de colocar um sensor de Hall, alimentado a 5 volt, com um consumo de cerca de 30mA... acho melhor colocar esta carga alimentada pelo CB, e alimentar apenas quando o veiculo está a carregar ou ligado.
O BMS deve ter o menor consumo possível e deve poder ser colocado em modo de suspensão para reduzir ainda mais o consumo caso o veiculo esteja parado durante longos períodos de tempo...

Agradeço o esclarecimento.

Parece-me que o BMS deve ter protecção contra excesso de corrente e para isso só tendo esse sensor, certo? Se sim, devemos aproveitar para também implementar o estado de carga das baterias.

E que tal usar um mosfet (ou apenas a alimentação do cabo "corta corrente"/Vin) para ligar esta parte do circuito/consumo (e também a parte do Bluetooth??) apenas quando o veiculo está a carregar ou ligado?

[hjmrodrigues]

Por mim está bem... o medidor de células passa a ser um Battery Management System.. com todas as valências..

[leitao_da_bairrada]

Parece-me que o BMS deve ter protecção contra excesso de corrente e para isso só tendo esse sensor, certo? Se sim, devemos aproveitar para também implementar o estado de carga das baterias.

E que tal usar um mosfet (ou apenas a alimentação do cabo "corta corrente"/Vin) para ligar esta parte do circuito/consumo (e também a parte do Bluetooth??) apenas quando o veiculo está a carregar ou ligado?

Estive a falar ao telefone com o Humberto e explicou-me uma série de coisas relacionadas com o sensor de corrente.

A protecção das células é feita só por medição de tensão, a corrente só será demasiada caso a tensão das células baixem até um determinado nível -- resumindo, basta medir apenas a tensão das células para as proteger.
Outra protecção é a temperatura da célula, a temperatura das células deve aumentar quando a corrente das células é grande -- é preciso monotorizar a temperatura.

Quanto ao Bluetooth, o Humberto esperava não o usar no BMS mas antes no CB. Como a minha ideia é ter um BMS em que seja fácil monotorizar a tensão das células e também que funcione stand alone (sem depender por exemplo do CB) e seja modular, vejo o BMS a ter Bluetooth para que se consiga medir/visualizar a tensão das células usando um SmartPhone.
Vejo o BMS a ter também um sensor de corrente para poder calcular/implementar o estado de carga das baterias -- assim o conjunto células + BMS formam uma bateria "inteligente" com a qual podemos comunicar para saber a tensão das células e o estado de carga, etc.
É importante referir que tanto o Bleutooth como o sensor de corrente serão sempre opcionais, bastando não os usar para evitar estas funcionalidades e poupar o seu custo.
No fim, o Humberto concordou em usar o Bluetooth e o sensor de corrente. Aguardamos por sugestões/opiniões.

Falamos também em colocar o BMS a ser alimentado (incluindo o Bluetooth e o sensor de corrente) apenas quando o carregador está ligado ou o controlador/motor, evitando assim a descarga da bateria durante o não uso da bicicleta/moto/carro.

Pensei em usar um sensor de corrente que estou a usar no meu controlador, o ACS754 que pode ir até 200A. O Humberto explicou-me que 200A será insuficiente para algumas motos e carros, pelo que a estratégia será usar outro tipo de sensores do tipo "anel". A placa electrónica do BMS terá um borne com 3 pinos para a ligação deste sensor de corrente.

[Fidel]

ok, entao ja esta tudo mais ou menos decidido certo??
Vamos por maos a obra?

[leitao_da_bairrada]

ok, entao ja esta tudo mais ou menos decidido certo??

Diria que está tudo mais claro na minha cabeça e que tenho feito o esforço de esclarecer/informar os restantes aqui do fórum.
Continuamos a aguardar sugestões -- é importante que este BMS consiga servir a maioria das pessoas.

Vamos por maos a obra?

Então e o que foi feito até agora não foi obra?

Ao falar com o Humberto, chegamos ao consenso em usar o chip LTC6802 para a medição de tensão das células. Este chip é relativamente caro (20€ a unidade, 15€ a partir das 10 unidades) mas é bom, porque já vem calibrado de fábrica e além disso permite facilmente a construção de uma bateria com muitas células de até pelo menos 1000V.
Relativamente ao preço do BMS/escolha de componentes mais caros, dou o meu exemplo: a bateria da minha bicicleta é de 48V 30Ah e custou cerca de 750€. O BMS para ela terá de usar dois LTC6802, são logo 40€. Estou disposto a pagar 100€ ou mais pelo BMS de modo a proteger o meu investimento de 750€ da bateria.

O Humberto ficou de verificar se seria possível fazer uma placa "base" do BMS usando só um ou dois LTC6802 (cada um mede 12 células) e uma placa "expansão" com um LTC6802 que possa ser adicionada após a placa "base" e também após cada placa de expansão -- parece-me que o LTC6802 foi feito para isto. Se isto acontecer, teremos um BMS realmente expansível e modular

Aplicação típica do LTC6802:

[Fidel]

Então e o que foi feito até agora não foi obra?

Sim, foi obra, mas ainda nao se pos maos aobra

Pois, acho que toda a gente vai precisar de usar dois desses chips, pois por aqui so se usa 16, 20 ou 24 celulas.
e como o interesse nisto pode ser de muitas pessoas pode ser que se consiga um bom preço.
Eu diria que podemos começar a fazer uma folha de tarefas e começar a dividir tarefas pelo pessoal nao?

[leitao_da_bairrada]

e como o interesse nisto pode ser de muitas pessoas pode ser que se consiga um bom preço.

Era bom ter uma estratégia comercial... o ideal era por à venda para o resto do mundo, com comunicação/marketing e documentação em Inglês. Há a hipótese de explorar o CrowdSourcing: exemplo.

Eu diria que podemos começar a fazer uma folha de tarefas e começar a dividir tarefas pelo pessoal nao?

O Humberto faz o circuito, PCB e o firmware. Eu posso participar/ajudar na documentação, firmware e testes. O Jorge Rocha (imagino que) poderá ajudar também nos testes. Dos restantes não sei.

Tu fazes o software para o Android?

[Fidel]

Quem me dera
Mas tenho um amigo meu que ja tem umas apps no mercado Android, posso ver se ele ajuda.

[leitao_da_bairrada]

Quem me dera
Mas tenho um amigo meu que ja tem umas apps no mercado Android, posso ver se ele ajuda.

Em que mais podes ajudar?

[Fidel]

Testes.
Tenho experiência a soldar, posso fazer parte da equipa de soldagem

[MRider]

Eu aqui na Madeira pouco posso fazer. A não ser um futuro cliente quando estiver pronto

[hjmrodrigues]

Eu aqui na Madeira pouco posso fazer. A não ser um futuro cliente quando estiver pronto

Sim, essa ajuda vai ser muito importante, se não houver pessoas interessadas no produto final dificilmente haverá motivação para terminar o projecto rapidamente!

[leitao_da_bairrada]

Eu aqui na Madeira pouco posso fazer. A não ser um futuro cliente quando estiver pronto

Sim, essa ajuda vai ser muito importante, se não houver pessoas interessadas no produto final dificilmente haverá motivação para terminar o projecto rapidamente!

Penso o mesmo, é o que me motiva -- não procuro sucesso comercial mas penso que terá obrigatoriamente de existir.

[lopes]

O modulo sempre vai permitir a comunicação com arduino para implemantação por exemplo no projecto que estou a desenvolver paralelamente?
Como será essa comunicação, via I2C como já referido anteriomente?

[leitao_da_bairrada]

O modulo sempre vai permitir a comunicação com arduino para implemantação por exemplo no projecto que estou a desenvolver paralelamente?
Como será essa comunicação, via I2C como já referido anteriomente?

A comunicação será por I2C porque é simples de implementar e já foi testada por outras pessoas do fórum.

O Arduino suporta I2C, dará perfeitamente. Temos depois de definir o protocolo de comunicação, que imagino algo muito simples. Quem usar o mesmo protocolo garante o funcionamento com este BMS. Tu poderás usar o Arduino, eu um ARM barato da china, outra pessoa um PIC, etc, mas tudo irá funcionar

[RJSC]

As minhas sugestões:

Hardware:
O LTC6802 trás transístores para descarga das células internamente, mas convém adicionar pelo menos lugar na PCB para uns externos porque o circuito integrado não há-de conseguir dissipar grande potência.
Alimentação do circuito feita a partir da tensão total do pack, seja através de um regulador linear ou comutado, para que o funcionamento do próprio BMS não desequilibre o pack. Muitos sistemas de monitorização de baterias alimentam-se a partir das primeiras 2 ou 3 células e desequilibram eles próprios os packs.
Header para módulo Bluetooth de modo a que a sua instalação seja opcional.
Tentar fazer a PCB em face simples se possível, e totalmente SMD (com provável exceção dos conectores) para permitir PCBs mais económicas, reduzindo as dimensões necessárias. Face simples, mesmo se tudo for em SMD, permite o fabrico caseiro da PCB a quem quiser. Dupla face com vias/furos metalizados é extremamente difícil de fazer em casa. No entanto se se revelar muito difícil o routing ou aumentar bastante as dimensões da placa ir para dupla face.
Usar software de CAD open-source (KiCad) como o controlador ou pelo menos com uma versão grátis para todos os Sistemas Operativos como o Eagle. Note-se que a versão grátis do Eagle coloca bastantes restrições ao tamanho da PCB e não permite o uso comercial.

Firmware:
Boot-Loader via UART para atualização do fimrware por parte do utilizador. (E correspondente Header na PCB [TX, RX, GND])
Contador Interno de capacidade (Ah) para leitura do Estado de Carga (SoC) do pack via I2C/Bluetooth (quando instalado o sensor de corrente). Se for fácil na estrutura de dados do SoC levar em conta o consumo do próprio BMS: a cada hora ou dia de funcionamento decrementar o SoC no valor correspondente ao consumo do BMS, a menos que o consumo seja muito inferior à auto-descarga das baterias.
Tentar usar "sleep mode" no microcontrolador se possível e relativamente fácil, para reduzir o consumo quando o veículo se encontra parado. (Pode ser usada uma entrada ON do veiculo para impedir o sleep mode durante a utilização do veículo.

[leitao_da_bairrada]

As minhas sugestões:

Hardware:
O LTC6802 trás transístores para descarga das células internamente, mas convém adicionar pelo menos lugar na PCB para uns externos porque o circuito integrado não há-de conseguir dissipar grande potência.

É preciso uma análise para saber o que ele consegue dissipar e o que procuramos, o melhor seria simplificar e não usar mosfets externos.

Alimentação do circuito feita a partir da tensão total do pack, seja através de um regulador linear ou comutado, para que o funcionamento do próprio BMS não desequilibre o pack. Muitos sistemas de monitorização de baterias alimentam-se a partir das primeiras 2 ou 3 células e desequilibram eles próprios os packs.

Pois... mas nunca poderá ser a partir da tensão total do pack, uma vez que provavelmente o sistema será configurável no número de células -- refiro-me ao conceito de placa base + placa expansão, explicado anteriormente.

Header para módulo Bluetooth de modo a que a sua instalação seja opcional.

Os módulos que conheço são para soldar directamente na PCB. No futuro, para produção automática, não sei se poderão ser soldados no forno ou têm mesmo de ser soldados à mão.

Tentar fazer a PCB em face simples se possível, e totalmente SMD (com provável exceção dos conectores) para permitir PCBs mais económicas, reduzindo as dimensões necessárias. Face simples, mesmo se tudo for em SMD, permite o fabrico caseiro da PCB a quem quiser. Dupla face com vias/furos metalizados é extremamente difícil de fazer em casa. No entanto se se revelar muito difícil o routing ou aumentar bastante as dimensões da placa ir para dupla face.

Eu esquecia a ideia da face simples e feita em casa (pelas razões que disseste). Os preços são relativamente baratos, vindas da china, em quantidades de 10. Vejo a PCB como qualquer outro componente/chip.

Usar software de CAD open-source (KiCad) como o controlador ou pelo menos com uma versão grátis para todos os Sistemas Operativos como o Eagle. Note-se que a versão grátis do Eagle coloca bastantes restrições ao tamanho da PCB e não permite o uso comercial.

Eu também sou pró-OpenSource e o KiCad é o que uso (embora só desenhe esquemas nele, não tenho experiência no desenho PCBs, em nenhum software). O Humberto usa outra ferramenta não OpenSource e para mim está bem -- quem decidir desenhar deve poder usar a ferramenta com a qual é mais produtivo. Há sempre a possibilidade de outras pessoas usarem o KiCad se assim o desejarem.

Firmware:
Boot-Loader via UART para atualização do fimrware por parte do utilizador. (E correspondente Header na PCB [TX, RX, GND])

Quase de certeza que todas as pessoas vão ter de programar o seu BMS e para isso preferia que a programação fosse feita por UART (como sugeres) usando o cabo "standart" do Arduino -- que é muito barato e há uma grande oferta na mercado. Eu iria preferir escolher um microcontrolador que já tenho o seu próprio bootloader UART de fábrica -- uso exactamente esta funcionalidade, profissionalmente, nos ARM LPC da NXP/Philips.

Contador Interno de capacidade (Ah) para leitura do Estado de Carga (SoC) do pack via I2C/Bluetooth (quando instalado o sensor de corrente). Se for fácil na estrutura de dados do SoC levar em conta o consumo do próprio BMS: a cada hora ou dia de funcionamento decrementar o SoC no valor correspondente ao consumo do BMS, a menos que o consumo seja muito inferior à auto-descarga das baterias.
Tentar usar "sleep mode" no microcontrolador se possível e relativamente fácil, para reduzir o consumo quando o veículo se encontra parado. (Pode ser usada uma entrada ON do veiculo para impedir o sleep mode durante a utilização do veículo.

Provavelmente o BMS só será alimentado quando à carga ou com o motor ligado, faz sentido?

[RJSC]

Alimentação do circuito feita a partir da tensão total do pack, seja através de um regulador linear ou comutado, para que o funcionamento do próprio BMS não desequilibre o pack. Muitos sistemas de monitorização de baterias alimentam-se a partir das primeiras 2 ou 3 células e desequilibram eles próprios os packs.

Pois... mas nunca poderá ser a partir da tensão total do pack, uma vez que provavelmente o sistema será configurável no número de células -- refiro-me ao conceito de placa base + placa expansão, explicado anteriormente.

Pelo menos então drenar corrente a partir de todas as células das quais o módulos está encarregue. As placas de expansão também não devem ter consumos diferentes, nem que se drene energia ativamente até todas a células teram a tensão da mais baixa do pack.
Isto porque se alguém necessitar de ter o veículo parado uns tempos (férias longe, doença, etc), quando for carregar novamente alguns conjuntos células atingirão o máximo de capacidade mais cedo e o carregador será desligado antes de ter carregado o pack equitativamente.
Deve ser fácil de resolver se o microcontrolador for alimentado externamente através do barramento DC do veículo (por exemplo no barramento I2C ter uma linha de alimentação extra (SDA, SCL, GND, VCC) e a parte do LTC6802 ser igual quer na placa base quer na placa de expansão. Também resolve o seguinte:

Contador Interno de capacidade (Ah) para leitura do Estado de Carga (SoC) do pack via I2C/Bluetooth (quando instalado o sensor de corrente). Se for fácil na estrutura de dados do SoC levar em conta o consumo do próprio BMS: a cada hora ou dia de funcionamento decrementar o SoC no valor correspondente ao consumo do BMS, a menos que o consumo seja muito inferior à auto-descarga das baterias.
Tentar usar "sleep mode" no microcontrolador se possível e relativamente fácil, para reduzir o consumo quando o veículo se encontra parado. (Pode ser usada uma entrada ON do veiculo para impedir o sleep mode durante a utilização do veículo.

Provavelmente o BMS só será alimentado quando à carga ou com o motor ligado, faz sentido?

Header para módulo Bluetooth de modo a que a sua instalação seja opcional.

Os módulos que conheço são para soldar directamente na PCB. No futuro, para produção automática, não sei se poderão ser soldados no forno ou têm mesmo de ser soldados à mão.

Sim, os que conheço também são uma PCB para soldar em cima de outra.
O que eu queria dizer é deixar as pads na PCB para o módulo. quem quiser depois é fácil soldar à mão. Basta colocar o módulo em cima e dar meia dúzia de pontos de solda.
Quem usar o conjunto Computador de Bordo, Controlador e BMS só deve querer ter um único módulo bluetooth (provavelmente no computador de bordo) para consultar o sistema todo.

Usar software de CAD open-source (KiCad) como o controlador ou pelo menos com uma versão grátis para todos os Sistemas Operativos como o Eagle. Note-se que a versão grátis do Eagle coloca bastantes restrições ao tamanho da PCB e não permite o uso comercial.

Eu também sou pró-OpenSource e o KiCad é o que uso (embora só desenhe esquemas nele, não tenho experiência no desenho PCBs, em nenhum software). O Humberto usa outra ferramenta não OpenSource e para mim está bem -- quem decidir desenhar deve poder usar a ferramenta com a qual é mais produtivo. Há sempre a possibilidade de outras pessoas usarem o KiCad se assim o desejarem.

Se quem faz a PCB não quiser usar software open source, ninguém o pode obrigar. É só uma sugestão, senão depois a quem quiser fazer alguma alteração ao esquema ou PCB está tramado.

Firmware:
Boot-Loader via UART para atualização do fimrware por parte do utilizador. (E correspondente Header na PCB [TX, RX, GND])

Quase de certeza que todas as pessoas vão ter de programar o seu BMS e para isso preferia que a programação fosse feita por UART (como sugeres) usando o cabo "standart" do Arduino -- que é muito barato e há uma grande oferta na mercado. Eu iria preferir escolher um microcontrolador que já tenho o seu próprio bootloader UART de fábrica -- uso exactamente esta funcionalidade, profissionalmente, nos ARM LPC da NXP/Philips.

A microchip vende microcontroladores pré-programados de fábrica também. Tem que se pagar uma taxa e enviar o firmware quando se faz a encomenda.
O STM que usas no controlador não tem? Embora nunca tenha usado STM (ou outro ARM) era bom que o conjunto dos 3 projetos usasse a mesma família de microcontroladores.

[leitao_da_bairrada]

A microchip vende microcontroladores pré-programados de fábrica também. Tem que se pagar uma taxa e enviar o firmware quando se faz a encomenda.
O STM que usas no controlador não tem? Embora nunca tenha usado STM (ou outro ARM) era bom que o conjunto dos 3 projetos usasse a mesma família de microcontroladores.

Nem sabia se tinha mas acabo de ver um software para programar com UART:

stm32sprog -- Serial programmer for STM32 that uses the built in bootloader's USART protocol.

[e_bike]

Proponham isso a um importador de motas eléctricas.

Será mais interessante cooperar com uma empresa do que estar à espera que os utilizadores de motas se interessem por um produto que depois não sabem como instalar na mota.