Elektronik_Header_3LŘftersteuerung mit ESP-01

 

Balancing Ladeger├Ąt

Der nachgekaufte Akku unseres Hybrid Rasenm├Ąhers wird ungleichm├Ą├čig geladen, einzelne Zellen geben nach und nach den Geist auf. Der Grund daf├╝r ist das Ladeverfahren des Original Ladeger├Ąts des Rasenm├Ąhers, es erfolgt kein Balancing nach dem Laden um ungleiche Zellenspannungen auszugleichen.

Abhilfe verspricht der Bau eines passenden balancing Ladeger├Ąts f├╝r die 30 Zellen des Akku.

Zur Versorgung des Ladeger├Ąts dient ein 24V / 10 A LED-Netzteil, die zur Ladung der 30 Zellen notwendige Spannung von 126 V (30 x 4,2 V) erzeugt ein nachgeschalteter StepUp-Wandler. Dieser Wandler schafft allerdings nur 120 V am Ausgang. Deshalb wird in Reihe mit dem Ausgang des StepUp-Wandlers noch ein 12 V LED-Netzteil geschaltet, die Ausgangsspannung des Wandlers wird dann dazu passend auf 114 V im CV-Betrieb eingestellt.

Wandler-Spannung 114 V, Spannung am Akku 122 V

Der Wandler schaltet automatisch von CC- auf CV-Betrieb (CC - constant current, Konstantstrom, CV - constant voltage, Konstantspannung) um, beide Parameter lassen sich einstellen und permanent speichern. Die eingestellten Werte werden beim n├Ąchsten Einschalten wieder verwendet.

Die oben erw├Ąhnte feste Anbindung des Ladekabels an das Ladeger├Ąt habe ich ge├Ąndert und hier ebenfalls eine Steckverbindung vorgesehen, damit das durch die hohe Anzahl von Adern doch recht sperrige Kabel “aus dem Weg” gepackt werden kann.

Beim Anschlie├čen muss darauf geachtet werden, dass der Stecker am Ladeger├Ąt zuerst gesteckt wird. Erst danach darf der Stecker am Akku angesteckt werden. Wird diese Reihenfolge missachtet, kann es beim Einstecken des Steckers am Ladeger├Ąt zu Kurzschl├╝ssen kommen, wenn die Pole des Steckers mit der Masse am Rand der Buchse in Kontakt kommen.

nicht aufgepasst - Kurzschluss

Um die Anschl├╝sse der einzelnen Zellen im Innern des Ladeger├Ąts leicht rangieren zu k├Ânnen, sind zwischen Stecker am Geh├Ąuse und der eigentlichen BMS-Elektronik zwei Streifen mit L├Ât├Âsen montiert. Auf diese Weise habe ich mir erspart, zwei oder mehr Kabel direkt an den L├Âtkelchen des SUBD-Steckers anl├Âten zu m├╝ssen, das h├Ątte sicher zu Problemen mit der gegenseitigen Isolierung gef├╝hrt.

L├Âtleisten

Die Gesamtansicht der Innereien zeigt: Viel kleiner h├Ątte das Geh├Ąuse nicht sein d├╝rfen.

Innenaufteilung

Das auf das Grundboard des StepUp-Wandlers aufgesteckte Steuermodul mit 4stelliger LED-Anzeige, vier Tasten und drei LEDs wurde in die Frontplatte eingebaut und mittels zweier 8poliger Verl├Ąngerungen mit der Leistungselektronik verbunden (im Bild das mit Kabelbinder zusammengefasste Leitungsb├╝ndel in Orange).

Verdrahtung

Die LCD-Anzeige des BMS hat ebenfalls einen Platz in der Frontplatte gefunden, genauso drei Taster f├╝r die Bedienung des BMS und der LCD-Anzeige. Der einzelne Taster des BMS ist bereits mit einem Kabel versehen. Die Tasten der LCD-Anzeige sitzen auf dem Board der LCD-Anzeige und lassen sich dort nur bei fliegendem Aufbau zur Bedienung verwenden. Also habe ich eine schmale Platine f├╝r die drei Taster entworfen und per Kabel an den eingebauten Tasten angel├Âtet.

Ein altehrw├╝rdiger Netzschalter aus einem original IBM-PC von ca. 1986 ist f├╝rderhin f├╝r die kontrollierte Weiterleitung der Netzspannung an das Ladeger├Ąt zust├Ąndig und hat seinen Platz ebenfalls in der Frontplatte gefunden.

Ladegr├Ąt Frontplatte

Die zweite SUBD-Buchse war daf├╝r gedacht, eine alternative Konfiguration zum Laden zu verwenden, diesen Ansatz habe ich aber im Nachhinein verworfen, sie bleibt unbenutzt.

Auf der R├╝ckseite des Geh├Ąuses sitzt eine Kaltger├Ąteeinbaubuchse, das Geh├Ąuse und die Einbauten sind ordentlich nach VDE Schutzklasse I geerdet, Netzspannung f├╝hrende Teile im Innern des Geh├Ąuses sind gegen Ber├╝hren gesch├╝tzt.

Netzanschluss


Bleibt anzumerken, dass beim Kauf des BMS unbedingt darauf geachtet werden sollte, dass das zugeh├Ârige Display die Texte auf Englisch darstellt. Mein Display ist in gro├čen Teilen Chinesisch und der Verk├Ąufer sieht sich au├čerstande da Abhilfe zu schaffen :(

Auch noch interessant ist, dass einige Funktionen des BMS ausschlie├člich ├╝ber eine Handy-App einstellbar sind. Auch hier sollte man darauf achten, dass der H├Ąndler eine englischsprachige App anbietet. Der aufmerksame Leser ahnt es schon... Ja, meine App ist in weiten Teilen auf Chinesisch, lediglich die Parameter f├╝r Spannungen und Str├Âme sind ins Englische ├╝bersetzt.


Bei den ersten Tests des Ladeger├Ąts mit dem zu pflegenden Akku hat sich herausgestellt, dass der K├╝hlk├Ârper des BMS beim Balancen ziemlich hei├č wird. Da das BMS temperatur├╝berwacht arbeitet und bei 60 Grad der Ladevorgang und das Balancen unterbrochen wird, solange bis die Temperatur wieder unter die 60 Grad Marke abgefallen ist (Hystere hier nur ca. 1 Grad), habe ich mich entschlossen, dem BMS noch einen L├╝fter zu g├Ânnen.

In der Krabbelkiste fand sich ein 24 V Radiall├╝fter der mit einem 3D-gedruckten Luftleitteil die K├╝hlluft auf und durch das BMS dr├╝ckt.

Radiall├╝fter mit Luftleitkanal

Oberseite BMS mit Luftleitkanal

Da der L├╝fter nicht immer mit voller Drehzahl laufen soll, musste sich noch ein DigiSpark mit AtTiny85 on board dazu verdonnern lassen, den L├╝ftercontroller zu geben.


Zum Betrieb des BMS

Die im Netz vorhandenen Beschreibungen der alle sehr ├Ąhnlich bis identisch gearteten BMS-Systeme ist im ├ťbrigen nicht leicht zu verstehen, die ├ťbersetzung ist recht holprig.

Nach eingehender Besch├Ąftigung mit dem laufenden BMS und gleichzeitigem Studium der Unterlagen kann ich jetzt soviel dazu sagen:

Wird der Akku ans BMS angeschlossen und das BMS mittels Tastendruck gestartet, wird der Akku mit dem vom Ladeger├Ąt zur Verf├╝gung gestellten Strom geladen bis die Ladeschlussspannung erreicht ist. Danach pr├╝ft das BMS, ob alle Zellenspannungen innerhalb eines gegebenen Fensters liegen. Ist das der Fall, wird der Ladevorgang beendet.

Gemeinhin ist das aber nicht der Fall, einige Zellen haben abweichende Spannungslagen. Das BMS schaltet dann automatisch in den Balance Modus, wobei der Balance-Vorgang passiv, also entladend vor sich geht. Alle Zellen werden also wieder auf die Spannung der schw├Ąchsten Zelle entladen.

Wird der Akku ans BMS angeschlossen, ohne dass der Ladeteil ebenfalls aktiviert wird, misst das BMS die Zellenspannungen und startet den Balance-Zyklus, falls die Differenz zwischen der niedrigsten und den anderen Zellenspannungen gr├Â├čer als die eingestellte Einschaltschwelle f├╝r Balancen ist.

Wenn man die zugeh├Ârige Handy-App bekommen hat (Nachfrage war bei mir notwendig), kann man den Balance-Vorgang auch aktiv einschalten. Da der maximale Balance-Strom 280 mA betr├Ągt, sollte der Ladestrom auf eben diesen Wert eingestellt werden. Dann werden alle Zellen nach und nach auf die eingestellte Ladeschlussspannung geladen und der Ladestrom f├╝r Zellen, die diese Spannung zuerst erreichen, wird quasi ├╝ber die Balance-Transistoren verbraten.

Ansonsten bietet die Handy-App noch eine Darstellung aller Zellenspannungen und einiger interessanter Parameter, wobei in der mir zur Verf├╝gung stehenden App leider alle Parameter als ”Voltage” angegeben werden. Zusammen mit im Netz gefundener Darstellungen der App in englischer Version kann man eruieren, was eigentlich gemeint ist.

Dass einige andere Seiten der App ausschlie├člich chinesische Zeichen darstellen sei am Rande ebenfalls noch angemerkt.

Leider sieht sich mein Verk├Ąufer au├čerstande, eine englische Version der App zur Verf├╝gung zu stellen :-(


Update
Ich habe den Hersteller des BMS ausfindig gemacht, auf dessen Seite die englische Version der App zum Download angeboten wird. Das APK hat einen etwas kryptischen Namen: “5c9dc4f6c5f03.apk”. Bereits mit der chinesischen App get├Ątigte Einstellungen f├╝r das BMS werden bei der Installation ├╝bernommen.

Auf dieser Seite werden verschiedene Daten zum Download angeboten:

Download-Links

Die oberste Linkadresse f├╝hrt letztlich zur oben bereits verlinkten Apk-Datei.

Die Adresse darunter bietet ├╝ber Google drive eine weitere, anders benannte Apk-Datei an, es handelt sich aber um dieselbe App.

Unter der ├ťberschrift “user manual” ist die ZIP-Datei user manual.zip verlinkt. Darin finden sich verschiedene Dokumente zur Inbetriebnahme des BMS und sogar ein Dokument mit aufgeschl├╝sseltem Protokoll (zwischen BMS und App/Programm).

Hinweis
Die Baudrate ist nicht 9600 Bd, wie dort angegeben, sondern inzwischen 19200 Bd.

├ťber “Related News” oder - zur Zeit - auch “Latest News” kommt man ├╝ber den Link “2019 The External Smart BMS instructio” auf eine Seite mit dem Titel “2019 new Android APP down load link”. Darunter ist eine weitere ZIP-Datei verlinkt die unter anderem im Ordner “USB_TO_SERIAL” ein Windows Programm enth├Ąlt, das die Steuerung des BMS ├╝ber einen Windows-PC erlaubt. Die Funktionalit├Ąt ist im Wesentlichen identisch zur Android App, ich habe es aber nicht geschafft, das Programm auf einem Tablet mit eingebautem Bluetooth-Modul mit dem BMS zu verbinden. Dieser Misserfolg d├╝rfte in der Tatsache begr├╝ndet sein, dass Bluetooth f├╝r Senden und Empfang jeweils einen eigenen Port definiert, das BMS aber RxD und TxD auf demselben Port erwartet. Einen Tipp, wie ich das Programm dennoch zur Zusammenarbeit ├╝berreden kann, nehme ich gerne dankend an :-)

Zus├Ątzlich zu den bereits online zur Verf├╝gung gestellten Informationen habe ich vom Betreiber der Seite, Shawn Xiao, seines Zeichens Hersteller der BMS, freundlicherweise auch die Binary-Datei der englischen Version des BMS-Display zur Verf├╝gung gestellt bekommen. Damit, ein paar kleinen L├Âtarbeiten am Display und einem FT232-Converter, habe ich mein ehemals chinesisches Display nun auf Englisch eingeschworen :-)

 


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