Weiterentwicklung eines DC/DC-Wandlers zum Laden von Lithium-Akkus
Randbedingungen
Bearbeitungszeitraum
- SS 2022
- Beginn: 02/2022
- Spätestes Enddatum für Gesamtprojekt inklusive Dokumentation: 25.09.2022
Anzahl Studierende: 1-2 Betreuer
- Prof. Tim Fischer
- M.Eng. Markus Krautter
Details
- Leiterplattenentwicklung mit Eagle
- Analoge Messschaltungen
- Steuerung von DC/DC-Wandlern
- Programmierung 32-bit-ARM-Mikrocontroller in C
- Kenntnisse des ESP32
- Vorhandene Basis:
- Akkupack (aus momentan laufender Studienarbeit):
- 7s1p/7s2p 22,4 V
- LiFePo4-Akku-Zellen, Bauform 26700, 3,2 V, 4 Ah
- Battery-Management-System (BMS)
- Akkupack ist in Gehäuse eingebaut und wird in eine „Ladeschale“ zur Kontaktierung eingeschoben (vgl. Akkuwerkzeuge)
- Li-Ladeplatine (aus vorheriger Studienarbeit):
- Basiert auf ESP32
- Ansteuerung DC/DC-Wandler mit Motor-PWM
- Messung der Spannungen und Ströme mit OnBoard ADC des ESP32
- Kommunikation zwischen BMS und Lader über RS485 (Modbus)
- Steuerung über Weboberfläche
Projektziele
- Implementierung DC/DC-Wandler (Buck/Boost)
Eingangsspannung variabel 12 - 50 V - ESP32
- ESP32-WROOM-Module, 4 MB Flash
- Implementierung der Firmware ausschließlich mittels Bibliotheken des Espressif IDF für den ESP32 in C (zu Testzwecken Arduino IDE mit Libraries von Arduino möglich)
- Entwicklungsumgebung: VS Code + PlatformIO
- Saubere, modulare Programmierung
- Überarbeitung der bestehenden Platine
Evaluation der Genauigkeit der integrierten ADCs, Bewertung der Eignung für das Vorhaben, ggf. externe ADCs notwendig - Weboberfläche zur Steuerung:
- Zwei Lademodi:
- Standard-Ladestrom einstellbar: schonendes Laden mit moderatem Strom
- Schnelllademodus: Laden mit nahezu Maximalstrom der Zellen (nach Datenblatt)
- Anzeige aller relevanten Parameter im Betrieb
- Parametrierung angeschlossener Akkupacks (Ersteinrichtung)
- Schnittstelle zum BMS
- Transferleistung in Absprache mit BMS-Projekt
- Definition/Überarbeitung des Übertragungsprotokolls (Request & Response)
- Auslesen wichtiger Parameter von BMS vor dem Laden
- Einlesen der Parameter vom BMS eines Akkus nach dem Verbinden
- Überprüfung der Plausibilität
- Erkennung grober Fehlerfälle z.B. beim Anschluss von Akkus falscher Konfiguration oder von nicht systemkompatiblen Akkus
- Anvisierte Kosten für Platinen und Bauteile in 10er Stückzahl: ~ 30 €, ggf. bis 50 € wenn unbedingt notwendig
- Konstruktion eines Gehäuses:
- Anbindung der vorhandenen „Ladeschale“ als Teil des Gehäuses
- so klein wie möglich, stoßfest, evtl. wasserdicht oder spritzwassergeschützt
- Aufnahme für Lader-Platine
- Anschluss für Spannungsversorgung
- Gehäusefertigung z.B. mittels 3D-Druck oder Lasercutter
- Optional: MPPT am Eingang für den Anschluss von Solarmodulen