¿Cómo puedo diseñar un circuito de protección de bicicleta eléctrica de doble batería simple?

Por contexto, esta no es mi primera construcción de batería de ebike.

Estoy en el proceso de construir dos paquetes de baterías adicionales para mi nueva bicicleta eléctrica.

Usaré celdas 18650 con el BMS 16s apropiado para cada paquete nuevo.

Construiré dos packs adicionales para que en viajes largos pueda conectarlos todos en paralelo usando conectores XT90.

Vea mi esquema simple a continuación:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El esquema describe mi problema actual.

En el escenario "Día soleado", las tres baterías tienen el mismo voltaje antes de la conexión. Esto significa que no habrá problemas para conectarlos en paralelo.

En el escenario "Rainy Day", una de las baterías no tiene el mismo voltaje que las otras dos. Si esto sucediera, al conectar las baterías juntas, los dos paquetes con el voltaje más alto intentarán comenzar a cargar el paquete de voltaje más bajo, cada paquete podrá proporcionar una corriente alta que puede dañar el BMS del paquete de voltaje más bajo o el cableado o las celdas. Usaré cables con un calibre apropiado para el cargador previsto, pero no para cargar con dos baterías.

Soy consciente de que todo esto podría mitigarse parcialmente con un par de métodos, como:

  • Siempre teniendo los tres conectados y cargando los tres al mismo tiempo
  • Tener un indicador de voltaje en cada batería

No quiero usar ninguno de estos métodos porque quiero algo de flexibilidad (a veces podría querer ejecutar solo un paquete adicional), pero también quiero un elemento de seguridad incorporado.

Puntos a tener en cuenta antes de que alguien sugiera un camino a seguir con esto:

  1. La bicicleta eléctrica puede consumir hasta 6000 W, a 6 kW y 67,2 V, eso es ~ 90 A. Si las baterías están casi descargadas, 51,2 V, eso es ~ 117 A. Por lo tanto, ¡cualquier sugerencia debe poder manejar hasta 117 A!

Una posible solución que se me ocurrió (ver el esquema a continuación) es usar un relé de alta corriente alimentado por un relé de corriente más baja (y fuente de alimentación) controlado por un Arduino Nano. Cómo funcionaría esto es que el Nano estaría conectado a la Vout de cada paquete de baterías y si el paquete de baterías conectado estaba fuera de una tolerancia (+/- 2V), entonces el relé de alta potencia no se activaría y la batería permanecer aislado.

Sigo pensando, tiene que haber una manera más simple, sin embargo, no puedo pensar en eso.

esquemático

simular este circuito

Espero que ahora entiendas mi problema, cualquier ayuda/sugerencia será muy apreciada.

Gracias.

un arduino no puede controlar un relé por sí mismo, deberá agregar un mosfet, por ejemplo;) tampoco puede medir los niveles de su batería de esa manera; debe usar 2 convertidores analógicos digitales ADC antes de las entradas del arduino ... y, por supuesto, también necesitará 5 voltios para la potencia del arduino (y tal vez el ADC)
Gracias por sus comentarios, @francois P. Para que quede claro para todos, no estoy buscando una crítica de mi diseño de Arduino. No creo que sea una solución adecuada. Estoy haciendo una pregunta en este foro porque no tengo una alternativa y deseo ver si alguien en la comunidad en general tiene una solución mucho más simple y elegante que usar un Arduino.
Los relés son malos, especialmente en 117A. Es mejor simplemente cargar cada batería por separado al mismo voltaje antes de conectarlas. Sugiero usar siempre las 3 baterías en paralelo si es posible. Si no desea hacer eso, rote el uso para que (con suerte) envejezcan al mismo ritmo.

Respuestas (2)

Una solución fácil a este problema sería agregar un diodo Schoky en serie con los 3 paquetes de baterías con una clasificación de voltaje inverso de al menos 70 V. Querría seleccionar un diodo con el voltaje directo más bajo, ya que eso determinará la cantidad de energía perdida. Pérdida de potencia = Vf * I. Dado que una mayor pérdida de potencia es una desventaja, creo que el calor también será un problema. Dependiendo de la cantidad de energía consumida por el diodo, su diodo puede calentarse demasiado para su comodidad/operación.

Una solución más difícil, pero más efectiva, sería usar relés como un interruptor que conecta y desconecta los paquetes de baterías externas. Probablemente también podría usar MOSFET consecutivos, pero todo depende de qué tan pequeño sea el circuito que necesite / desee. Aquí tengo un circuito simulado de lo que te gustaría construir. Los componentes PN no necesitan ser idénticos. Usa lo que funcione mejor para ti.

EDITAR: El cátodo de D2 debe estar conectado a 12V .ingrese la descripción de la imagen aquí

El paquete de baterías principal tiene un divisor de voltaje para que el voltaje de referencia en el Arduino sea inferior a 5V. Para los paquetes de baterías externas, utilizan el mismo divisor de voltaje al comparar el voltaje de la batería externa con el voltaje de la batería principal. Si los paquetes de baterías externas son más bajos que el paquete de baterías principal, entonces podría escribir un programa que deshabilite el relé hasta que el voltaje en el paquete de baterías principal coincida con el voltaje en el paquete de baterías externo. Se necesita un diodo flyback en los relés para evitar un pico de voltaje en los inductores cuando se apaga el relé.

Se usa un convertidor reductor para reducir el voltaje de la batería principal y usarlo para energizar el relé. Es posible que deba diseñar el convertidor Buck usted mismo, ya que no conozco ningún convertidor Buck COTS que pueda admitir un voltaje de entrada de 70 V.

Probablemente la mejor manera aquí es hacer las cosas estúpidamente simples:

Para cada batería, tome una pieza de rectificador de puente de diodo monofásico de onda completa de alta potencia que coincida con el voltaje de la batería (corte de carga) y los amperios de carga de doble objetivo.

Conectar:

CA 1: batería -

CA 2: batería +

CC +: carga/motor/controlador +

DC -: carga/motor/controlador -

Esto debería evitar el equilibrio de la carga. La energía se extraerá de la batería que tenga un voltaje más alto hasta que las baterías se igualen. Después, la energía se extraería de todas las baterías.

Si desea cargar todas las baterías con una sola fuente de carga al mismo tiempo:

Para cada batería que desee cargar en paralelo, tome un rectificador de puente de diodo monofásico de onda completa (voltios coincidentes y amperios de cargador doble).

Conectar:

CA 1: cargador -

CA 2: cargador +

CC -: batería -

CC +: batería +

El cargador primero cargará la batería con un voltaje más bajo hasta que las baterías se igualen. Cargará todo en paralelo después.

Buena suerte.

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