Neuentwurf des BMS (Battery Management System), das im Roboter die zentrale Komponente für Stromversorgung und Verteilung darstellt


Zusammenfassung

Der Roboter wird von zwei möglich Stromquellen – einem externen Netzteil oder dem austauschbaren LiFe-Akku mit 6 Zellen – versorgt. Die ausgewählte Spannung wird entweder direkt weitergeleitet, oder zunächst umgewandelt. Maßgeblich ist die erzeugte 12V Spannung. Diese ist sowohl die Versorgungsspannungen für einen zu versorgenden Industrie PC, als auch die Zwischenspannung aus der 5-7V Logikspannung und die benötigten On-Board Spannungen generiert werden.

Als Features sollen ein Kurzschlussschutz und eine Spannungsüberwachung an allen Ausgängen implementiert werden. Auch die Batterie muss natürlich überwacht werden. Hier soll eine State of Charge Abschätzung durchgeführt werden und Unterspannungen erkannt werden. Wichtige Informationen aus dem Betrieb sollen auf dem CAN Bus ausgegeben werden.

Aufgabenstellung

Der Schaltplan für das BMS ist größtenteils abgeschlossen, ebenso gibt es einen Entwurf für ein Layout. Konkret sind folgende Aufgaben zu erledigen:

  • Review des Layout einer 4-Layer Platine in KiCAD, Herausforderungen dabei sind die Anforderungen an Größe, EM-Verträglichkeit und vor allem Stromfestigkeit
  • Aufbau der gefertigten Platine, inklusive Test unter Last

Um die Aufgaben zu erfüllen sind Grundkenntnisse der Schaltungstechnik und Erfahrungen mit PCB-Design von großem Vorteil. Die Komplexität dieses Projekts ist allerdings nicht so hoch, dass nicht auch Anfänger eine Chance haben, es erfolgreich abzuschließen.

Geplante Kenndaten

  • 20V Motorspannung bis zu 20A
  • 12V Gerätepannung bis zu 10A
  • 7V Logikspannung bis zu 5A
  • On-Board Spannung, herausgeführt
  • Kurzschlussschutz
  • Über/Unterspannungsschutz
  • Akku Überwachung
  • CAN-Interface
  • Not-Aus Schalter nicht im Strompfad

Optionale Features

  • Rekuperation aus dem Motorstrompfad
  • Visueller Batteriestandindikator
  • Stromversorgung für USB
  • Fortgeschrittene SoC und SoH Abschätzung

Referenzen und Links