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

Cableado recarga batería

Es conveniente, para evitar problemas con el conector de carga (va expuesto), y limitar chispazos en el momento de conectar a cargar, colocar un diodo de unos 10A (para que no se caliente en exceso con cargas de hasta 5A) o bien dos de 5A en paralelo (se reparten la carga):

Los diodos sólo permiten la circulación de corriente en un sentido (del lado negativo, raya gris, hacia el otro lado), por lo que evitamos que un corto en el cable de carga (o agua, o lo que sea) provoque que el cable de carga se queme, por ejemplo.

Nos vale cualquiera que aguante el amperaje que vamos a inyectar, pero lo ideal es que tenga baja resistencia a la circulación de corriente como los diodos shottky (con el tester medimos la resistencia, de un lado nos aparecerá infinita y del otro según sus características, si tiene menos de 500 ohms, mejor).

Por otro lado, como elemento de seguridad añadida, colocamos un fusible de amperaje un 50% más alto de lo que emplearemos; yo lo he soldado directamente, aunque lo ideal es colocarlo con su contenedor de cambio rápido:

Y el tubo termorretráctil que aguanta altas temperaturas para proteger ambas cosas:

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).

En la versión del 25/11/2017 la app ya funciona correctamente (aquí para descargar), marcando la velocidad (GPS), consumo y kms restantes estimados de batería (además de su temperatura y otros parámetros). En frenada marca los amperios que estamos recuperando, a mí me ha llegado a marcar 15A en bajada pronunciada, cuando consumimos energía se indican los A en negativo como es lógico.

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