Batterie Managementsystem (BMS)

Team: Michael Lohwasser, Stefan Grubmüller, Julian Strunz

Einerseits soll das Batteriemanagement System für die bestehende Batterie einer Photovoltaikanlage eines Einfamilienhauses verbessert werden. Auf der anderen Seite soll die Hardware für einen mobilen Roboter realisiert werden, welcher für die Diplomarbeit „Camera Controlled Robot Swarm“ benötigt wird. Zentraler Bestandteil des Roboters ist dabei ebenso ein effizientes Batteriemanagement.

BMS – Energiespeicher:
Für die Messung des Ladestroms und der Gehäusetemperatur der Batterien wurden Sensoren verwendet. Die Spannungen der einzelnen Zellen liefert ein zugekauftes Modul. Die Daten werden von einem Microcontroller erfasst und per MQTT bzw. LoRa übertragen. Auf einem Raspberry Pi werden diese empfangen, verarbeitet und dargestellt.

Auf der Grafik erkennt man ein typisches Einfamilienhaus mitsamt seinen Verbrauchern (z.B. Waschmaschine). Es bezieht den Strom von einer eigenen Photovoltaikanlage bzw. vom öffentlichen Stromnetz. Der DC/AC-Wandler sorgt für die Umwandlung des von der Anlage produzierten Gleichstroms in für das Netz tauglichen Wechselstrom. Der Akku speichert die überschüssige Energie der Photovoltaikanlage. Der Zähler der EVN bildet mit dem Wechselrichter der Batterie einen Regelkreis. Dieser erkennt, wenn Strom notwendig ist, und versucht, diesen – wenn möglich – von der Batterie zu beziehen. Der Regelkreis funktioniert mit zugekauften Komponenten. Mit der Batterie verbunden ist das Batterie -Managementsystem, welches eine Überladung bzw. eine kritische Temperaturüberschreitung verhindern und eine smarte Bedienung ermöglichen soll.


Auf die zugekauften Module mussten per Hand weitere Bauteile eingelötet werden. Auch das notwendige Microcontroller-Minimalsystem wurde von Hand gelötet. Das Auslesen der Modul- und Sensordaten wurde fertiggestellt. Die Konfiguration des externen WLAN-Moduls wurde ebenfalls abgeschlossen. Eine Datenbank wurde erstellt und erfolgreich getestet. Zusätzlich konnten die Spannungs- und Temperaturwerte der einzelnen Zellen, der Ladestrom und die Gehäusetemperatur gemessen werden. Auch konnten zuletzt Echtzeitdaten mittels Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) übertragen, in eine Datenbank geschrieben und visualisiert werden.

BMS – Roboter:
Zur Realisierung des Roboters wurde das Gehäuse einer früheren Diplomarbeit verwendet. Die Fahrbefehle werden per Bluetooth oder WLAN empfangen und von einem Microcontroller verarbeitet. Mittels einer H-Brücke werden die Motoren angesteuert. Die Motoren liefern die Drehzahl an den Microcontroller zurück. Einige Sensoren ermitteln die Informationen über die Spannung und den Strom, welcher vom Akku wegfließt, genauso wie die Beschleunigung des Fahrzeuges. Aufgeladen wird es per 12V Buchse oder USB mithilfe eines Step-Up Converters.

Das notwendige Minimalsystem für den Microcontroller musste per Hand gelötet werden. Die passenden LEDs mit dem richtigen Abstrahlwinkel, genauso wie Akkus, welche in das Gehäuse passen, wurden ausgesucht. Alle erforderlichen Bauteile wurden in einem Altium-Projekt implementiert. Um die in Serie geschalteten Akkus laden zu können, wurde ein Spannungswandler entworfen und realisiert. Doch dieser wurde wieder verworfen, da die erforderlichen Bauteile zu groß ausgefallen sind. Abschließend wurde ein funktionsfähiger Prototyp des Roboters aufgebaut.

 

Aktuelle Projekte und Diplomarbeiten