EBike-vermogensmeter: 6 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Ik heb onlangs een mountainbike omgebouwd tot een elektrische fiets. De conversie verliep relatief soepel, dus toen ik het project voltooide, stapte ik op en ging op weg voor een shakedown-cruise. Ik hield de batterij-indicator in de gaten, niet wetende hoe ver ik kon verwachten dat de fiets op batterijstroom zou rijden. Rond de tijd dat de vermogensmeter 80% aangaf met een goed gevoel, omdat ik een heel eind had gereden, kwam ik tot stilstand met een lege batterij. Een ongelukkig telefoontje naar de fabrikant resulteerde in woorden als "Oh, de batterij-indicator is echt niet goed voor veel - de technologie is er gewoon nog niet". Ik had beter nodig dan dat.

Ik wilde weten welke versnelling me de beste efficiëntie gaf, hoeveel de tegenwind kostte in batterijcapaciteit, welk vermogen de meeste kilometers levert, helpt het echt om te trappen, zo ja, hoeveel? Kortom, ik wilde weten of mijn batterij me thuis zou krijgen. Nogal cruciaal, denk je?

Dit project is het resultaat van mijn lange pedaalaangedreven rit naar huis. In principe zit deze kleine module tussen de batterij en de e-bike-voedingsingang om de batterijstroom en -spanning te bewaken. Bovendien geeft een wielsnelheidssensor informatie over de snelheid. Met deze set sensorgegevens worden de volgende waarden berekend en weergegeven:

• Onmiddellijke efficiëntie – gemeten in kilometers per AmpHour batterijverbruik
• Gemiddeld rendement – sinds het begin van deze reis, km/AH
• Totaal aantal Ampère-uren gebruikt sinds de laatste keer opladen
• Batterijstroom
• Batterij voltage

Stap 1: Belangrijke gegevens

De onmiddellijke efficiëntie beantwoordt al mijn vragen over hoe ik mijn batterijverbruik kan minimaliseren. Ik zie het effect van harder trappen, meer e-power toevoegen, schakelen of tegenwind. De gemiddelde efficiëntie voor de huidige reis (sinds het inschakelen) kan me helpen het geschatte vermogen te meten dat nodig is om naar huis terug te keren.

Het totale aantal Ampère-uren dat is gebruikt sinds de laatste oplaadbeurt is cruciaal om thuis te komen. Ik weet dat mijn batterij (zogenaamd) 10 AH is, dus ik hoef alleen het weergegeven cijfer mentaal van 10 af te trekken om mijn resterende capaciteit te weten. (Ik heb dit niet in de software gedaan om de resterende AH te laten zien, zodat het systeem met elk formaat batterij werkt en ik geloof niet echt dat mijn batterij 10 AH is.)

Het stroomverbruik van de batterij is interessant omdat het kan laten zien hoe hard de motor werkt. Soms kan een korte steile klim of zanderig stuk de batterij snel verminderen. Je zult ontdekken dat het soms beter is om af te stappen en je fiets een steile helling op te duwen dan naar die verleidelijke gashendel te grijpen.

De batterijspanning is een back-upindicator van de batterijstatus. Mijn 14-cells batterij zal bijna volledig leeg zijn als de spanning 44 Volt bereikt. Beneden 42 Volt riskeer ik schade aan de cellen.

Er wordt ook een foto getoond van mijn display gemonteerd onder het standaard Bafang C961-display dat wordt geleverd met het BBSHD-motorsysteem. Merk op dat de C961 me gelukkig geruststelt dat ik een volle batterij heb, terwijl de batterij in feite voor 41% leeg is (4,1 AH van een 10 AH-batterij).

Stap 2: Blokdiagram en schema

Een blokschema van het systeem laat zien dat de eBike Power Meter kan worden gebruikt met elk batterij- / eBike-stroomsysteem. De toevoeging van een standaard fietssnelheidssensor is vereist.

Een meer gedetailleerd blokschema illustreert de belangrijkste schakelblokken waaruit de eBike-vermogensmeter bestaat. De 2x16 karakters 1602 LCD heeft een PCF8574 I2C interfacekaart aangesloten.

De schakeling is heel eenvoudig. De meeste weerstanden en condensatoren zijn 0805 voor gebruiksgemak en solderen. De DC-DC buck-converter moet worden gekozen om de 60 Volt batterij-output te weerstaan. De output van 6,5 Volt is gekozen om de uitvalspanning van de onboard 5 Volt regelaar op de Arduino Pro Micro te overschrijden. De LMV321 heeft een rail-naar-rail uitgang. De versterking van het stroomsensorcircuit (16,7) is zo gekozen dat 30 ampère via de.01 ohm stroomdetectieweerstand 5 volt levert. De stroomdetectieweerstand moet maximaal 9 watt bij 30 ampère hebben, maar omdat ik dacht dat ik niet zoveel vermogen (1,5 kilowatt) zou gebruiken, koos ik een weerstand van 2 watt die geschikt is voor ongeveer 14 ampère (motorvermogen van 750 watt).).

Stap 3: PCB

De pcb-layout is gedaan om de omvang van het project te minimaliseren. De DC-DC schakelende voeding bevindt zich aan de bovenzijde van het bord. De analoge stroomversterker zit aan de onderkant. Na montage wordt het voltooide bord in de Arduino Pro Micro gestoken met vijf (RAW, VCC, GND, A2, A3) vaste kabels die uit doorlopende weerstanden zijn geknipt. De magnetische wielsensor is direct verbonden met de Arduino-pin "7" (dus gelabeld) en geaard. Soldeer een korte pigtail en 2-pins connector om aan te sluiten op de snelheidssensor. Voeg nog een pigtail toe aan een 4-pins connector voor het LCD-scherm.

Het LCD- en I2C-interfacebord zijn in de plastic behuizing gemonteerd en aan het stuur bevestigd (ik heb smeltlijm gebruikt).

Het board is verkrijgbaar bij OshPark.com - eigenlijk krijg je 3 boards voor minder dan $4 inclusief verzendkosten. Deze jongens zijn de grootste!

Korte kanttekeningen - Ik heb DipTrace gebruikt voor schematische vastlegging en lay-out. Enkele jaren geleden heb ik alle beschikbare freeware schematische capture / PCB-lay-outpakketten uitgeprobeerd en op DipTrace afgerekend. Vorig jaar deed ik een soortgelijk onderzoek en kwam tot de conclusie dat DipTrace voor mij zonder twijfel de winnaar was.

Ten tweede is de montagerichting van de wielsensor belangrijk. De as van de sensor moet loodrecht staan op het pad van de magneet als deze langs de sensor gaat, anders krijg je een dubbele puls. Een alternatief is om de sensor zo te monteren dat het uiteinde naar de magneet wijst.

Ten slotte, omdat het een mechanische schakelaar is, belt de sensor voor meer dan 100 uS.

Stap 4: Software

Het project maakt gebruik van een Arduino Pro Micro met een ATmega32U4-processor. Deze microcontroller heeft wat meer middelen dan de meer gebruikelijke Arduino ATmega328P-processor. De Arduino IDE (Integrated Development System) moet worden geïnstalleerd. Stel de IDE in voor TOOLS | BESTUUR | LEONARDO. Als je niet bekend bent met de Arduino-omgeving, laat je dan niet ontmoedigen. De ingenieurs van Arduino en de wereldwijde familie van bijdragers hebben een echt gebruiksvriendelijk microcontroller-ontwikkelingssysteem gecreëerd. Er is een enorme hoeveelheid vooraf geteste code beschikbaar om elk project te versnellen. Dit project maakt gebruik van verschillende bibliotheken die zijn geschreven door bijdragers; EEPROM-toegang, I2C-communicatie en LCD-besturing en afdrukken.

U zult waarschijnlijk de code moeten bewerken om bijvoorbeeld de wieldiameter te wijzigen. Stap in!

De code is relatief eenvoudig, maar niet eenvoudig. Het zal waarschijnlijk een tijdje duren om mijn aanpak te begrijpen. De wielsensor wordt interrupt gestuurd. De debouncer van de wielsensor gebruikt een andere onderbreking van een timer. Een derde periodieke interrupt vormt de basis voor een taakplanner.

Benchtesten is eenvoudig. Ik gebruikte een 24 Volt voeding en een signaalgenerator om de snelheidssensor te simuleren.

De code bevat een kritieke waarschuwing voor een bijna lege batterij (knipperend scherm), beschrijvende opmerkingen en genereuze foutopsporingsrapporten.

Stap 5: Alles afronden

Het pad met het label "MTR" gaat naar de positieve verbinding met het motorbesturingscircuit. Het pad met het label "BAT" gaat naar de positieve kant van de batterij. Retourleidingen zijn gebruikelijk en aan de andere kant van de PWB.

Nadat alles is getest, sluit u het geheel in krimpfolie en installeert u het tussen de batterij en uw motorcontroller.

Merk op dat de USB-connector op de Arduino Pro Micro toegankelijk blijft. Die connector is vrij kwetsbaar, daarom heb ik hem verstevigd met een royale applicatie van hotmelt lijm.

Als u besluit het te bouwen, neem dan contact op voor de nieuwste software.

Als laatste opmerking is het jammer dat het communicatieprotocol tussen de Bafang-motorcontroller en de displayconsole niet beschikbaar is, omdat de controller alle gegevens "kent" die dit hardwarecircuit verzamelt. Gezien het protocol zou het project veel eenvoudiger en schoner zijn.

Stap 6: Bronnen

DipTrace-bestanden - u moet de freeware-versie van DipTrace downloaden en installeren en vervolgens het schema en de lay-out importeren uit de.asc-bestanden. De Gerber-bestanden zijn opgenomen in een aparte map -

Arduino - Download en installeer de juiste versie van de IDE -

Behuizing, "DIY Plastic Electronics Project Box Behuizing Case 3,34"L x 1,96"B x 0,83"H" -

LM5018 -

LMV321 -

Spoel -

LCD-https://www.aliexpress.com/item/32922004464.html?s…

I2C-interface -

Arduino Pro Micro -