Compteur de puissance EBike : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

J'ai récemment converti un VTT en vélo électrique. La conversion s'est relativement bien déroulée, donc une fois le projet terminé, j'ai sauté à bord et je suis parti pour une croisière d'essai. J'ai gardé un œil sur l'indicateur de charge de la batterie, ne sachant pas jusqu'où le vélo fonctionnerait sur batterie. À peu près au moment où le compteur de puissance a montré 80% avec moi, je me sentais plutôt bien, parce que j'avais parcouru un long chemin, je me suis arrêté avec une batterie à plat. Un appel malheureux au fabricant a entraîné des mots comme « Oh, l'indicateur de batterie n'est vraiment pas bon pour grand-chose – la technologie n'est tout simplement pas encore là ». J'avais besoin de mieux que ça.

Je voulais savoir quel équipement m'a donné le meilleur rendement, combien le vent contraire a coûté en capacité de batterie, quel niveau de puissance délivre le plus de kilomètres, est-ce vraiment utile de pédaler, si oui, combien ? Bref, je voulais savoir si ma batterie me ramènerait à la maison. Un peu crucial, alors pensez-vous?

Ce projet est le résultat de mon long retour à la maison à pédales. Fondamentalement, ce petit module se trouve entre la batterie et l'entrée d'alimentation du vélo électrique pour surveiller le courant et la tension de la batterie. De plus, un capteur de vitesse de roue fournit des informations sur la vitesse. Avec cet ensemble de données de capteur, les valeurs suivantes sont calculées et affichées:

• Efficacité instantanée - mesurée en kilomètres par AmpHour de consommation de batterie
• Efficacité moyenne – depuis le début de ce voyage, km/AH
• Nombre total d'AmpHours utilisées depuis la dernière charge
• Courant de la batterie
• Voltage de batterie

Étape 1: Données importantes

L'efficacité instantanée répond à toutes mes questions sur la façon de minimiser la consommation de ma batterie. Je peux voir l'effet de pédaler plus fort, d'ajouter plus de puissance électrique, de changer de vitesse ou de lutter contre un vent contraire. L'efficacité moyenne pour le trajet en cours (depuis la mise sous tension) peut m'aider à évaluer la puissance approximative qu'il faudra pour rentrer à la maison.

Le nombre total d'AmpHours utilisées depuis le dernier chiffre de charge est crucial pour rentrer à la maison. Je sais que ma batterie est (censée être) de 10 AH, donc tout ce que j'ai à faire est de soustraire mentalement le chiffre affiché de 10 pour connaître ma capacité restante. (Je ne l'ai pas fait dans le logiciel pour montrer AH restant afin que le système fonctionne avec n'importe quelle taille de batterie et je ne crois pas vraiment que ma batterie est de 10 AH.)

La consommation de courant de la batterie est intéressante car elle peut montrer à quel point le moteur travaille fort. Parfois, une courte montée raide ou un tronçon sablonneux peuvent rapidement affaiblir la batterie. Vous découvrirez qu'il vaut parfois mieux descendre et pousser votre vélo sur une pente raide que d'atteindre ce levier d'accélérateur tentant.

La tension de la batterie est un indicateur de secours de l'état de la batterie. Ma batterie 14 cellules sera presque complètement épuisée lorsque la tension atteindra 44 Volts. En dessous de 42 Volts, je risque d'endommager les cellules.

Une image de mon écran monté sous l'écran standard Bafang C961 fourni avec le système de moteur BBSHD est également montrée. A noter que le C961 me rassure joyeusement que j'ai une batterie pleine alors qu'en fait, la batterie a été épuisée de 41% (4,1 AH à partir d'une batterie de 10 AH).

Étape 2: Schéma fonctionnel et schéma

Un schéma fonctionnel du système montre que le compteur de puissance eBike peut être utilisé avec n'importe quel système d'alimentation batterie / eBike. L'ajout d'un capteur de vitesse de vélo standard est requis.

Un schéma fonctionnel plus détaillé illustre les principaux blocs de circuit qui composent le compteur de puissance eBike. L'écran LCD 1602 2x16 caractères est doté d'une carte d'interface I2C PCF8574.

Le circuit est très simple. La plupart des résistances et des condensateurs sont 0805 pour faciliter la manipulation et la soudure. Le convertisseur abaisseur DC-DC doit être choisi pour supporter la sortie de batterie de 60 volts. La sortie de 6,5 volts est choisie pour dépasser la tension de chute du régulateur 5 volts embarqué sur l'Arduino Pro Micro. Le LMV321 a une sortie rail à rail. Le gain du circuit du capteur de courant (16.7) est choisi de telle sorte que 30 ampères à travers la résistance de détection de courant de 0,01 ohm produisent 5 volts. La résistance de détection de courant doit être évaluée pour un maximum de 9 watts à 30 ampères, cependant, pensant que je n'utiliserais pas autant de puissance (1,5 kilowatts), j'ai choisi une résistance de 2 watts qui est évaluée à environ 14 ampères (puissance moteur de 750 watts).

Étape 3: PCB

La disposition des circuits imprimés a été faite pour minimiser la taille du projet. L'alimentation à découpage DC-DC se trouve sur le dessus de la carte. L'amplificateur de courant analogique est en bas. Après l'assemblage, la carte terminée se branchera sur l'Arduino Pro Micro avec cinq fils solides (RAW, VCC, GND, A2, A3) coupés à partir de résistances à trou traversant. Le capteur de roue magnétique est connecté directement à la broche Arduino "7" (étiquetée ainsi) et à la masse. Soudez une queue de cochon courte et un connecteur à 2 broches pour vous connecter au capteur de vitesse. Ajoutez une autre queue de cochon à un connecteur à 4 broches pour l'écran LCD.

L'écran LCD et la carte d'interface I2C sont montés dans le boîtier en plastique et fixés au guidon (j'ai utilisé de la colle thermofusible).

La planche est disponible sur OshPark.com - en fait, vous obtenez 3 planches pour moins de 4 $, frais de port compris. Ces gars sont les plus grands !

Notes annexes brèves - J'ai utilisé DipTrace pour la capture et la mise en page schématiques. Il y a plusieurs années, j'ai essayé tous les logiciels gratuits de capture de schémas et de mise en page PCB disponibles et je me suis installé sur DipTrace. L'année dernière, j'ai fait un sondage similaire et j'ai conclu que, pour moi, DipTrace était, haut la main, le gagnant.

Deuxièmement, l'orientation de montage du capteur de roue est importante. L'axe du capteur doit être perpendiculaire à la trajectoire de l'aimant lors de son passage devant le capteur, sinon vous obtiendrez une double impulsion. Une alternative consiste à monter le capteur de manière à ce que l'extrémité soit dirigée vers l'aimant.

Enfin, étant un interrupteur mécanique, le capteur sonne à plus de 100 uS.

Étape 4: Logiciel

Le projet utilise un Arduino Pro Micro avec un processeur ATmega32U4. Ce microcontrôleur dispose de quelques ressources de plus que le processeur Arduino ATmega328P plus courant. L'IDE Arduino (système de développement intégré) doit être installé. Définir l'IDE pour TOOLS | CONSEIL | LÉONARD. Si vous n'êtes pas familier avec l'environnement Arduino, ne vous laissez pas décourager. Les ingénieurs d'Arduino et la famille mondiale de contributeurs ont créé un système de développement de microcontrôleurs vraiment facile à utiliser. Une grande quantité de code pré-testé est disponible pour accélérer n'importe quel projet. Ce projet utilise plusieurs bibliothèques écrites par des contributeurs; Accès EEPROM, communications I2C et contrôle et impression LCD.

Vous devrez probablement éditer le code pour changer, par exemple, le diamètre de la roue. Lancez-vous !

Le code est relativement simple, mais pas simple. Il faudra probablement du temps pour comprendre mon approche. Le capteur de roue est piloté par interruption. L'anti-rebond du capteur de roue utilise une autre interruption d'une minuterie. Une troisième interruption périodique constitue la base d'un ordonnanceur de tâches.

Les tests sur banc sont faciles. J'ai utilisé une alimentation 24 volts et un générateur de signal pour simuler le capteur de vitesse.

Le code comprend un avertissement de batterie faible critique (affichage clignotant), des commentaires descriptifs et des rapports de débogage généreux.

Étape 5: Envelopper le tout

Le tampon étiqueté "MTR" va à la connexion positive au circuit de commande du moteur. Le tampon étiqueté "BAT" va du côté positif de la batterie. Les fils de retour sont communs et du côté opposé de la PWB.

Une fois que tout a été testé, enfermez l'ensemble dans un film rétractable et installez-le entre la batterie et votre contrôleur de moteur.

A noter que le connecteur USB de l'Arduino Pro Micro reste accessible. Ce connecteur est assez fragile, par conséquent je l'ai renforcé avec une généreuse application de colle thermofusible.

Si vous décidez de le construire, contactez-nous pour obtenir le dernier logiciel.

En guise de dernier commentaire, il est regrettable que le protocole de communication entre le contrôleur de moteur Bafang et la console d'affichage ne soit pas disponible car le contrôleur "connaît" toutes les données que ce circuit matériel collecte. Compte tenu du protocole, le projet serait beaucoup plus simple et plus propre.

Étape 6: Sources

Fichiers DipTrace - vous devrez télécharger et installer la version gratuite de DipTrace, puis importer le schéma et la mise en page à partir des fichiers.asc. Les fichiers Gerber sont inclus dans un dossier séparé -

Arduino - Téléchargez et installez la version appropriée de l'IDE -

Boîtier, "Boîte de boîtier de projet électronique en plastique bricolage 3,34" L x 1,96" L x 0,83" H" -

LM5018 -

LMV321 -

Inducteur -

LCD -

Interface I2C -

Arduino Pro Micro -