28 jun. 2017

Últimas mejoras en la bici eléctrica: Nueva batería monitorizada con BMS inteligente por bluetooth


En esta entrada os voy a hablar de la última actualización de nuestra bici eléctrica: Nueva batería de 18Ah y nuevo BMS totalmente programable (Aliexpress):
  • Balanceo de celdas, constante o sólo en la carga, a partir de un voltaje determinado.
  • Voltajes mínimos y máximos, amperaje máximo (hasta 150A) programables.
  • Conexión bluetooth o RS232 para programación/monitorización; la conexión bluetooth permite monitorización en línea vía app Android, con posibilidad de bloqueo de batería anti-cacos, programación "al vuelo", etc
  • Con sensores de temperatura de batería para seguridad/autodesconexión.

Gracias a este nuevo BMS podemos evitar que la batería baje del 10% de carga, cambiando los 2,5V por celda con el que suelen venir prediseñados los BMS, por otro más saludable para la batería como 3,1V con lo que reservamos al menos entre un 5 y un 10% de carga y alargamos su vida útil.
Por otro lado, la batería ahora consta de 9x10s=90 unidades de la excelente pila Li-Mn Sony Konion VTC4 18650, con lo que tenemos 2Ahx9=18Ah de capacidad, más que suficiente para hacer unos 40 kms sin demasiadas cuestas.
Pero mejor que mil palabras, un vídeo en el que os comento por encima los detalles, y a continuación hago una prueba de ascenso para comprobar temperaturas y respuesta del motor y control:

Podemos monitorizar la carga de la bici y amperaje consumido por el módulo bluetooth, aunque la aplicación en este caso es muy inestable y se cuelga cada poco (para cambiar los valores de protección hay que cambiar el idioma del Android a inglés o no funcionará). Irán actualizando la app para corregir estos problemas, supongo.

Esta vez he mejorado la disposición de las celdas en el cuadro de la bici; al cambiarlas a tumbadas, facilita la conexión entre celdas además de evitar cualquier posible cortocircuito por desgaste por vibraciones. Para apoyarlas mejor he imprimido 6 apoyos con forma de media pila 18650 para distribuir mejor el peso también en el centro:



Para darle más potencia, la placa del BMS lleva por detrás más MOSFET; si instaláramos los que faltan podría manejar hasta 150A pico sin calentarse apenas, pero en mi caso no necesito más que 50A así que le he retirado los disipadores de aluminio que lleva a ambos lados y los MOSFET traseros para hacerla más liviana y fina, y poder colocarla sin problemas encima de la batería.



Además es muy conveniente aplicarle una capa de epoxi o silicona transparente en la zona de integrados, para aislar del agua y humedad y poder usarla bajo la lluvia sin miedo.



Podéis ver la batería preparada; consta de 10 celdas en serie, con los puertos de control de voltaje en celdas conectados (primero se sueldan y después de soldar el negativo, se conecta el puerto con los 10 cables). He comprobado que en la parte inferior, pegando al cuadro, me caben 6 celdas:

Testeando la batería y BMS antes de su instalación en la bici



He unido cada fila con un cable de 2,5 mm. con protección de silicona (aguanta hasta 300ºC), por si se llegara a calentar en un momento dado. Por encima cinta kapton de alta temperatura.


Uno las celdas con cinta para evitar que el movimiento de vibraciones en la bici pueda dañar la pletina de unión entre celdas, aunque dado que están muy pegadas entre sí, cabe la certeza de que los enlaces en serie se mantuvieran por otros puntos de contacto a pesar de ello, lo que es una ventaja:


Ya sólo queda ir colocando en la bici y preparando las conexiones al control, y recogiendo los cables donde menos estorben. Le he pegado cinta kapton detrás para mejorar la seguridad y aislamiento y pegado con pistola térmica. El control del motor sigo dejándolo sujeto en la esquina superior izda:



También es muy importante que quede muy bien acolchada por todos los lados, ya que sino con el tiempo las vibraciones de los baches de la carretera irían degradando la envoltura de las celdas, produciendo a la larga un corto y la ruína de alguna celda.

Todo conexionado, protegido y aislado; cinta kapton allá donde es posible que la temperatura sea un problema

Posibilidades de configuración del BMS 80A 10S Li-ion:

Al abrir la aplicación activa automáticamente el bluetooth, y seleccionamos el dispositivo detectado "BMS", con lo que accede a la ventana principal donde podemos ver la temperatura de la batería, porcentaje de carga, kms (por gps) y amperios consumidos en tiempo real y una útil opción anti-cacos, la posibilidad de bloquear la bici al desconectar el BMS con el candado:


NOTA: La app tiene mucho que mejorar, es muy inestable incluso en inglés y no he sido capaz de que me funcione más de 15 segundos en marcha para controlar kms, además todavía no han añadido la opción de selección de idioma, y si el lenguaje del sistema Android no es inglés, se pone por defecto en chino. (Ya lo han corregido en la última versión, que se muestra en inglés si no tienes chino por defecto).
Pero bueno, por ese precio a mí me basta con que me permita la programación (cosa que sólo funciona poniéndola en inglés). Tienen más modelos BMS programables, de 24V por ej.

Si abrimos el menú inferior pulsando en las comillas nos muestra un resumen: voltaje total, mínimo y máximo de voltajes en celdas y kms realizados.


Es muy completa, con un menú con todo lo necesario:


En "battery state" podemos ver voltajes de las celdas y otros datos:





En "parameter view", "parameter setting" podemos ver y cambiar los parámetros con los que podemos limitar voltajes, e incluso hacer valer este BMS para otro tipo de baterías como LiFePo4 (limitando voltajes al rango útil), siempre que sea de 10 celdas:

Limito los voltajes dentro de un rango más sano para la batería


Características hardware

Si nos fijamos en los componentes, el circuito está gobernado por un Atmel programable a través del puerto, que supongo guarda los parámetros con los que monitoriza el estado de la batería en todo momento a través de un chip asociado de control de voltaje de las celdas, junto con otros componentes necesarios (resistencias, transistores, pequeños condensadores sólidos, etc) para su funcionamiento, con el que activa o desactiva el conjunto de MOSFET, que actúan como un enorme relé todo/nada, bastante sencillo.

Espero que os haya gustado la entrada, yo he aprendido mucho en el proceso. ¡Hasta la próxima!

Más info:
Tienda XJR Technology, BMSs de calidad
Comparison of VTC4, VTC5, LG ICR18650HE2 and Samsung INR18650-25R

5 comentarios:

  1. Buenos días, saludos desde Venezuela, he visto tu vídeo y leído la información de tu Blog, me ha parecido de 10, tengo en mente transformar mi Bici totalmente a Trici, inclusive con motor eléctrico, de todos los videos, blog y Foros que he visto, éste ha sido el mejor; tomando en cuenta los componentes que has usado, me llama mucho la atención el BMS, que se enlaza con el móvil y es precisamente lo que anduve buscando, tomando en cuenta que no sé nada al respecto de la construcción de las celdas, los arreglos, la suma de voltios, amperaje y esas cosas, espero aprender lo suficiente hasta poder crear el sistema óptimo para mi proyecto, espero puedas ayudarme en la realización; como tengo conocimientos en programación, me gustaría crear un pequeño software que sea en español y permita tener las mismas opciones del software al cual te refieres que se queda pillado, de antemano agradezco la ayuda facilitada, Atte OweRam

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    1. Hola Oswal. Un programa de esta envergadura es un proyecto bastante complejo que requiere avanzados conocimientos de electrónica y programación en C/C++, y ahora mismo no tengo tiempo para un proyecto tan especial, si fuera algo más generalista estaría interesado en colaborar.
      Por otro lado yo empezaría por algo más sencillo, aunque sería estupendo que pudieras construir un circuito con algún PIC como Arduino y lo abrieras a la Comunidad. Saludos y gracias por comentar.

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  2. Genial.

    Peaso de manual! Gracias.

    Estás hecho un crack!

    ¿Has jugado alguna vez con la idea de osciladores de corte y energía pulsante (o frecuencias generadas con arduino) para alimentar por pulsos el motor?

    Se puede ahorrar bastante batería con muy pocos cambios.

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    1. De nada, gracias a tí.
      Comentarte que la forma en que está diseñado el control ya es muy eficiente en el movimiento del motor, de hecho los MOSFET funcionan a pulsos PWM. Es tan eficiente que apenas se pierde energía en forma de calor en los MOSFET, y la única forma de hacerlo más eficiente sería cambiando dichos transistores de potencia por otros de menor resistencia interna (más eficientes y caros). O bien cambiando el propio motor.
      Gracias por comentar

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    2. Claro de forma convencional claro que si.

      Pero yo te hablo de otra cosa.

      Un placer y gracias por la estupenda web.

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