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Eigenbau UniversalController 250-1000W

Dieses Thema im Forum "Controller/Regler, Fahrerinformation, Elektronik" wurde erstellt von maba, 31.12.16.

  1. maba

    maba

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    Hallo,

    ich fahre seit zwei Jahren mit meinem eigenen Controller. Dieser hat sich nun auf mehreren tausend Kilometern bestens bewährt und derzeit ist die vierte Version in Arbeit.

    Der Controller hat folgende Eckdaten:
    • Block- oder Sinuskommutierung
    • mit oder ohne Sensor
    • Kennfeldsteuerung
    • Rekuperationsfähig
    • 6W für Beleuchtung oder Smartphone
    • Anschlüsse für
      • Bremshebel
      • Stufenschalter
      • Display
      • PAS
      • Stromgriff
      • Temperatursensor
    • Bluetooth für Smartphone Anbindung
    • schaltbarer 12V Ausgang
    • per Smartphone parametrierbar
    • zwei moderne Schaltregler
    • geringe Ruhestromaufnahme
    • open Hardware
    • minimalistisch, robust, reparierbar
    • EMV optimiert
    • Synchrone Rektifikation
    • 24/36/48V
    • basierend auf dem Atmega328pb ("Arduino")

    So sieht das 3D Rendering aus:

    bldc-4-rendering.png

    Die MOSFETs sind im TO-220 Format, die lassen sich gut kühlen und sind im Falle eines Defektes leicht zu tauschen. Die Widerstände und Kondensatoren sind 0805 Format, das lässt sich auch noch halbwegs einfach per Hand löten.

    Das ganze passt in ein kleines 60x100mm Gehäuse.

    Die PCBs sind in der Fertigung, Lieferung nächste Woche. Erster Arbeitsschritt: 1. Kupferbeschichtung des Laminats und Bohrung aller Löcher und Durchkontaktierungen.

    bldc4-pcb-step1-bottom.jpg

    Soweit fürs erste...
     
    Zuletzt bearbeitet: 31.12.16
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  2. Pete3

    Pete3

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    Sehr schönes Projekt! :)
     
  3. Alv

    Alv

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    Was ist mit 44V (12s)?

    Positiv finde ich die Pfostenstecker-Anschlüsse auf der Platine. Haben die eine Verriegelung?
    sonst besteht die Gefahr, das die Stecher bei den ständigen Erschütterungen des Fahrrads irgendwann abrutschen.

    Kann man das Teil dann auch kaufen? Zu welchen Preis?
     
    Zuletzt bearbeitet: 31.12.16
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  4. gronph

    gronph

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    geil! Auf einen solchen Controller hoffe ich seit langem.
    Ich hoffe du verkaufst den auch an uns :D
     
    Pete3, oger und marci gefällt das.
  5. Workflow

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    @maba

    Sehr interessantes Projekt. Bitte berichte weiter ;)
     
  6. e-doc

    e-doc

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    Sehr interessant.
    Fertigst Du die Leiterplatten selbst (so verstehe ich das jedenfalls: "Erster Arbeitsschritt: 1. Kupferbeschichtung des Laminats und Bohrung aller Löcher und Durchkontaktierungen.")?

    Wo sind die Schaltregler, auf der Unterseite?

    48V ist Nennspannung oder Maximum?
    Bis knapp 60V real wäre sicher sinnvoll bei 48V Nennspannung.

    "Open Hardware" heißt, die Software bleibt "nicht-öffentlich"? (wäre schade)
     
  7. Alv

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    Kann ich mir nicht vorstellen. Zwar ist es für den Heimbastler möglich, doppelseitige Leiterplatten zu ätzen, aber bei den Durchkontaktierungen hört der Spaß dann auf...
    Einfacher und inzwischen auch in Kleinmengen bezahlbar ist es, die Platinen bei professionellen Leiterplattenherstellern nach eigenen Layoutdaten herstellen zu lassen.
     
  8. Alv

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    Da sind ja auch auf der Oberseite noch einige 6- und 8-Beiner, bei denen es sich um Schaltregler handeln könnte...
    Das sollte Nennspannung sein, als Maximum geben die angegebenen Werte keine Sinn. Maximalwert bei 11s ist 46,2V, bei 12s 50,4V.
    Ich hoffe das bedeutet, der Schaltplan wird mitgeliefert für eigene Modifikationen. Da ich nicht programmieren kann, nützt mir eine "Open Software" nichts. Schön wäre es aber, wenn individuelle Wünsche berücksicht werden könnten.
     
  9. e-doc

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    Zuviele Unbekannte, deshalb die Fragen an den TO...
     
  10. maba

    maba

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    Es freut mich, dass das Projekt so viel Resonanz erzeugt!

    Um die Fragen zu beantworten:
    Prinzipiell läuft der Controller von 9-60V. Unterhalb von 9V gehen die MOSFET-Treiber zum Schutz der MOSFETs in Unterspannungsabschaltung. Nach oben sind 60V das Limit für den Spannungswandler. Ein 13s Lipo mit 54.6V ist also kein Problem. Absolutes Maximum für den Spannungswandler sind 65V.
    Nein, die lasse ich bei PCB-Pool fertigen, das wäre mir zu viel Arbeit. PCB Pool macht bei jedem Bearbeitungsschritt ein Foto und sendet es zu.

    Die Leiterplatte hat 164 Bohrungen, davon 90 für die Durchkontaktierungen mit nur 0.3mm Durchmesser.

    Es ist immer interessant zu sehen, wie die Dinge entstehen, daher hier der nächste Schritt, die Belichtung:

    bldc4-pcb-step2-belichtung.jpg

    Ich benutze JST-XH Stecker, die gibt es preiswert auf eBay. Das ist praktisch für mich, wenn ich schnell mal ein Board gegen ein anderes tauschen will oder um andere Komponenten zu testen.
    Auf der Oberseite; das sind die kleinen 6-Pin ICs am rechten Rand.

    Den möchte ich definitiv veröffentlichen.

    Aktuell habe ich keine Firma und ich wohne in Frankreich. Eine Firma in Frankreich ist teuer und das Finanzamt sehr pingelig, d.h. auf Hobby-Basis kann ich maximal einige wenige Einzelstücke verkaufen.

    Um in Frankreich überhaupt eine Firma gründen zu dürfen, muss man für 300€ einen fünftägigen Kursus belegen, bei dem einem dann erklärt wird, wie man mit der Bank einen Kredit aushandelt. Sofern mehr Interesse besteht, müsste ich einmal schauen, wie sich das legal darstellen lässt.
    Preislich kann ich meinen Controller für etwa die Hälfte des Preises von einem Controller + Cycleanalyst Combo bauen.

    Zunächst muss aber erst einmal die Entwicklung weitergehen. Die Version 4 unterscheidet sich erheblich von der Version 3, so dass ich größere Teile der Firmware neu schreiben muss.

    Sofern es wirklich zu der Produktion einer kleinen Serie kommen sollte - dann gerne! Die Software wird in Teilen oder auch zur Gänze verfügbar sein.

    Hier ein Foto von der Version 3. Die MOSFETs stehen frei, sind also nicht auf das Gehäuse montiert, werden aber dennoch nur handwarm bei 500W. D.h. mit Montage und damit guter Kühlung kann man ohne weiteres 1000W herausholen. Die Platine hat schon ordentlich Patina... bldc3-photo.jpg
     
    Zuletzt bearbeitet: 01.01.17
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  11. e-doc

    e-doc

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    Danke für die ausführliche Antwort. Das Layout sieht sehr aufgeräumt aus.
    Warum läßt Du die Dukos so dünn ausführen? Platz wäre doch auch für größere Dukos ausreichend vorhanden.
    Der Lötaugen-Außendurchmesser der Phasenanschlüsse sowie einige der Stiftleisten sind recht knapp bemessen, dies könnten ruhig etwas größer sein, dann hätte man mehr Reserven, was Bohrungsversatz und mechanische Beanspruchbarkeit betrifft.
     
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  12. Ewi2435

    Ewi2435

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    Falls es den Controller zu kaufen gibt (gerne auch zum selbst löten) hätte ich auch Interesse :)
     
  13. Alv

    Alv

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    Die verschiedenen Akkuspannungen sind für einen Kontroller nur zur Unterspannungsabschaltung wichtig. Kann man also in der Software parametrisieren. Da wäre es dann gut, wenn man die Abschaltspannung individuell einstellen könnte.
    Sehr gut, die sind verriegelt und verpolungssicher.
    Vielleicht als Bausatz, oder nur die Platine mit programmierten Prozessor?
     
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  14. Workflow

    Workflow

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    @maba

    Gibt es bereits eine App ?
     
  15. maba

    maba

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    Vias (Durchkontaktierungen) mit 0.3mm sind kein Problem für den Hersteller, das ist heutzutage Standard. Man kann auch 0.2mm haben, aber das kostet dan Aufpreis.

    Der Vorteil der kleinen Vias zeigt sich auf der Rückseite, man kann so die Unterbrechungen der Massefläche auf ein Minimum reduzieren. Jede Unterbrechung stellt eine Schlitzantenne dar die abstrahlt und zwar je länger, umso mehr. Für gute EMV Werte versucht man, die Unterbrechungen so klein wie möglich zu machen. Das Board ist per Hand eigens so geroutet, das die Traces fast ausschließlich auf der Vorderseite laufen.

    Hier also die Rückseite im Vergleich:
    bldc4-pcb-step2-belichtung-bottom.jpg

    Bezüglich Lötaugendurchmesser: das sind alles Standard-Bauelemente aus den KiCad-Libraries. Hat bisher noch keine Problem gemacht, aber ich behalte das mal im Auge.
    --- Beitrag zusammengeführt, 01.01.17 ---
    Die gibt es, für Android. Die App zeigt folgendes an:
    • Geschwindigkeit
    • gefahrene Zeit
    • Distanz
    • Watt, Wh/km aktuell, Wh/km Durchschnitt
    • Batteriespannung (Volt)
    • verbrauchte mAh
    Und die Stromstufe ist einstellbar. Zur Zeit 2 Amp und 9 Amp.
     
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  16. Workflow

    Workflow

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    Programmierst Du selber ? ;)
     
  17. e-doc

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    Die 6er Stiftleiste hat auf beiden LP-Seiten kaum noch einen Restring vom Lötauge übrig.
    Die sind bei den 3er- und 4er-Stiftleisen deutlich größer. Ich sehe da ein mögliches Problem bei häufigem Stecken (Wackeln am Stecker) oder Zugbelastung am Kabel. Sollte zwar nicht (oft) vorkommen, könnte aber.

    Restring.jpg
     
  18. labella-baron

    labella-baron

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    Crystalyte 209, LiFePo 36V 4,6Ah von A123
    Allen Respekt gegenüber deinen Entwickler-Fähigkeiten !

    Stoße leider erst heute auf deinen Thread und habe somit gleich einige für mich wichtige Fragen.
    Hast du Reku-Er-fahr-ung mit dem Controller - z.B. Bei deiner Col-de-la-Bonette-Runde?
    Läßt sich bei der Reku der maximale Motorstrom (der ja das maximale Bremsmoment bestimmt) auf einen bestimmten Wert voreinstellen?

    Hintergrund: ich suche einen Controller für mein Zahnriemen-Reku-Velomobil
     
  19. maba

    maba

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    Also ich hab' am meisten Respekt vor meiner Leidensfähigkeit :p
    Denn: grau ist alle Theorie und in der Praxis funktioniert gar nichts so, wie es soll. Insbesondere die Hallsensoren sind unglaublich noisy, und obendrein prellen die. Bis man das verstanden hat, vergehen viele Abende an denen die Nachbarn einen für verrückt halten: aus der Haustür raus, 50 Meter radfahren, funktioniert immer noch nicht, umkehren, wieder rein, Programm ändern und wieder raus, 50 Meter radfahren, funktioniert immer noch nicht...

    Zu den Kommutierungsarten gibt es gute App-Notes von Atmel - avr443, avr444 und avr447 inklusive Beispielcode in C für den atmega48/168 und den IAR Compiler. Das kann man ganz gut auf den 328 und avr-gcc Compiler portieren. @Minimalist hat übrigens schon vor vielen Jahren Code in Assembler für die Modellbau ESCs mit Atmega8 geschrieben.

    Habe ich davon geschrieben oder kannst du Gedanken lesen?;) Ich war vor genau zwei Monaten am 1.11. (nochmals) oben, mit meinem Controller. Morgens um 9 los, abends um 11 war ich zurück. 220km und 2500Hm mit 48V und 11.6Ah. Hätte ich ohne Reku nicht geschafft - der Akku ist kurz vor der Paßhöhe in die Untervoltabschaltung gegangen.

    Auf 1500Hm Abfahrt habe ich ungefähr 25% zurückgewonnen, aber auch sehr viel Energie einfach verbremst, weil es bereits dunkel war.

    Zur Zeit ist die Reku fix auf PWM 75% BEMF eingestellt. Wenn also die BEMF bspw. 20V beträgt, dann wird die PWM auf 15V eingestellt. Das kann man aber ohne viel Aufwand regelbar machen. Der sinnvolle Bereich liegt zwischen 50-75%. Darunter wird der Motor schnell überhitzen, darüber ist nicht viel Bremswirkung zu spüren. Könnte man per zweitem Daumenschalter regulieren. Könnte also für dein Velomobil passen!
     
    Zuletzt bearbeitet: 02.01.17
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  20. labella-baron

    labella-baron

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    Crystalyte 209, LiFePo 36V 4,6Ah von A123
    Eins darf halt unter gar keinen Umstand passieren, dass das Hinterrad des VM seine Haftung verliert - denn das kann dramatisch ausgehen; ABS?