(+39) 351 838 6453 [email protected]
Startseite · Projekte · Intelligentes Batterieladegerät
Projekt · Firmware und Elektronik

Vernetzte intelligente Batterieladegeräte

Ladegeräte für 2-zellige Lithium-Akkus, die sich selbst organisieren: Sie kommunizieren per Funk, entscheiden, wer wann lädt, und ermöglichen mehreren Ladeplätzen, sich ein Netzteil zu teilen.

ESP32-C3TI BQ25887Li-Ion 2SESP-NOWOTAC++

Das Projekt

Wenn mehrere Akkus am selben Netzteil geladen werden sollen, kann das gleichzeitige Laden den verfügbaren Strom überschreiten. Man braucht Ladegeräte, die sich untereinander abstimmen: Jedes überwacht seinen eigenen Akku, aber geladen wird immer nur von einem Gerät zur Zeit.

Deshalb haben wir Firmware und Elektronik eines intelligenten Ladegeräts entwickelt: Jedes Ladegerät ist ein kleiner Knoten auf Basis des ESP32-C3 mit dem Ladechip TI BQ25887, und alle Knoten bilden ein Funknetz ohne zentrale Einheit.

Kurz gesagt: Ladegeräte einschalten, Akkus anschließen, und das System organisiert sich selbst. Keine Kommunikationsverkabelung zwischen den Ladeplätzen und keine zentrale Steuerung zu konfigurieren.

Das Laden

Der BQ25887 von Texas Instruments ist ein Ladechip für Li-Ionen-Akkus mit 2 Zellen in Reihe, der von einem 5-V-USB-Eingang aus arbeitet und die Spannung mit einem Boost-Wandler erhöht. Er hat einen integrierten Zellenausgleich, sodass beide Zellen auf derselben Spannung bleiben und der Akku länger hält.

  • Der ESP32-C3 kommuniziert über I²C mit dem Ladechip: Er stellt Lade- und Eingangsstrom, Spannung pro Zelle und Abschaltstrom ein
  • Der ADC des Ladechips misst Eingangsspannung, Akkuspannung, jede einzelne Zelle und die Temperatur
  • Die Firmware startet das Laden nur, wenn der Akku in einem sicheren Spannungsbereich liegt, und beendet es bei der Vollladeschwelle
  • Ohne Eingangsspannung oder bei einem Akku außerhalb der Grenzwerte bleibt das Ladegerät aus

Die Abstimmung zwischen den Ladegeräten

Die Ladegeräte kommunizieren über ESP-NOW, das Funkprotokoll von Espressif, das ESP32-Geräte direkt und ohne Router verbindet. Alle paar Sekunden sendet jeder Knoten einen Heartbeat mit Akkuspannung und Zustand und führt eine Tabelle der anderen Ladegeräte in der Nähe.

Anhand dieser Informationen entscheidet jeder Knoten selbst, mit einem Zustandsautomaten:

01

Zuhören

Nach dem Einschalten hört er das Netz ab, um zu erfahren, ob schon jemand lädt.

02

Warten

Der Akku muss geladen werden: Er wartet, bis der Ladeplatz frei ist.

03

Laden

Niemand sonst lädt: Er aktiviert den Ladechip und informiert das Netz.

04

Ruhe

Akku voll oder außerhalb der Grenzwerte: Das Ladegerät bleibt aus.

Sind zwei Ladegeräte gleichzeitig bereit, gewinnt anhand der Adresse immer dasselbe, es gibt also keine Konflikte. Wird ein Knoten ausgeschaltet, bemerken das die anderen innerhalb weniger Sekunden, und der nächste ist an der Reihe.

Dashboard und Wartung

Jedes Ladegerät hat eine integrierte Webseite. Nach dem Einschalten öffnet es für eine Minute ein WLAN: Verbindet man sich mit dem Smartphone, öffnet sich das Dashboard von selbst, ohne App-Installation.

  • Status: Spannung von Akku und Zellen, Ladezustand und die anderen Ladegeräte im Netz
  • Diagnose und Platinen-IDs für den Support
  • Einstellungen, die im Speicher des Geräts abgelegt werden
  • Firmware-Updates über WLAN: Das Ladegerät lädt die neue Version vom Server und prüft jede Datei mit SHA-256, bevor es sie installiert
  • Ein Watchdog startet die Firmware bei einem Hänger neu, sodass das Ladegerät nie in einem undefinierten Zustand bleibt

Eingesetzte Technologien

ESP32-C3

RISC-V-Mikrocontroller mit WLAN und ESP-NOW-Funk, in C++ programmiert.

Espressif

TI BQ25887

Boost-Ladechip vom 5-V-USB für 2 Zellen, mit Zellenausgleich und integriertem ADC.

Li-Ion 2S

ESP-NOW-Netz

Funknetz ohne Master: regelmäßige Heartbeats und eine Tabelle der benachbarten Ladegeräte.

Peer-to-Peer

Web-Dashboard

Access Point und Captive Portal: Das Dashboard öffnet sich auf dem Smartphone, ohne App.

WLAN

OTA-Updates

Firmware und Webseiten werden vom Server aktualisiert, jede Datei wird geprüft.

SHA-256

Watchdog

Ständige Überwachung der Firmware und automatischer Neustart bei einem Hänger.

Zuverlässigkeit

Brauchen Sie ein maßgeschneidertes Ladesystem?

Wir entwickeln Firmware und Elektronik für Ladegeräte, Batteriemanagement und vernetzte Geräte. Erzählen Sie uns von Ihrem Projekt.