LibreSolar BMS – Batterie Management System

LibreSolar

Einführung

Das LibreSolar Projekt wurde 2016 von Martin Jäger initiiert und maßgeblich entwickelt (siehe LibreSolar-Homepage), um dabei zu helfen, eine Energieversorgung mittels erschwinglichen Lösungen für erneuerbare Energien zu erreichen, die auf Open Source Hardware basieren. Die primäre Funktion von LibreSolar ist die intelligente Verwaltung von stromerzeugenden (Bsp. Solar Panels) und stromspeichernden (Bsp. Lithium Ionen Batterien) Komponenten. Dazu wurden als anfängliche Open Source Hardware Projekte zunächst ein MPPT-Laderegler (Maximum-Power-Point-Tracker) und ein BMS (Batteriemanagement-System) für Lithium-Ionen-Akkus entwickelt.

Seit Ende 2016 wird LibreSolar von OSEG unterstützt. Im Frühjahr 2017 bildete sich in Zusammenarbeit mit der Hochschule für angewandte Wissenschaften (HAW) Hamburg die studentische Projektgruppe "Collective Open Source Hardware - cos(h)" um das Projekt auf einer breiteren Grundlage voranzubringen. Zusätzlich soll in Kooperation mit der Hamburg Open Online University (HOOU) eine offene digitale Lernplattform erstellt werden [1]

Systemübersicht

Das LibreSolar System besteht derzeit aus zwei Hautpkomponenten: dem MPPT Solarladeregler und dem BMS. Das BMS ist wiederum modular aufgeteilt in das BMS Controllerboard und dem BMS Leistungsboard.

- MPPT: Solarladeregler

- BMS-Controllerboard

- BMS-Switch-N-Sense

• LibreSolar BMS
• 

  BMS - links Mainboard, rechts Switch-N-Sense

Der elektronische Hardware Aufbau besteht allgemein aus einem Kommunikationsinterface, der µC Einheit, der Leistungselektronik und der Messelektronik. Die Details können auf hier unter dem Reiter Hardware nachgeschlagen werden.

In nachfolgender Abbildung ist das Systemlayout zu erkennen. Die MPPT Komponenten können modular erweitert werden, je nach benötigter Solarleistung.

• System-Übersicht
• 

  Übersicht: Durch Verwendung mehrerer MPPTs kann eine höhere Amperzhal erreicht werden

Das LibreSolar BMS bietet eine Vielzahl von Vorteilen, u.a. folgende:

• integrierter Balancer
• 12V, 24V, 36V und 48V Version (für eine detaillierte Aufbauanleitung siehe hier: 24-48V BMS)
• Leistungsboard um eine Über- oder Tiefentladung effektiv zu verhindern
• Anzeige aller BMS Parameter auf OLED Display
• ...

Einordnung; ähnliche Technologien

Vgl. SBMS4080 und SBMS100 von Dacian Todea

Das LibreSolar BMS ist eine neuere BMS-Generation und bietet in etwa den gleichen Leistungsumfang wie das etwas ältere SBMS4080 nebst einigen zusätzlichen Features:

• kann auch 48V und 36V (daher auch gut für EV geeignet) (für eine detaillierte Aufbauanleitung siehe hier: 24-48V BMS)

• Modularisierter Aufbau

• verbesserte Sicherheits-Features

Es werden die gleichen Power-Mosfets verwendet, aber da der Intersil-Chip nur bis 24V kann, setzt das LibreSolar BMS auf dem TI BQ769x0-Chipsatz auf, was eine bessere Skalierbarkeit bis 48V beinhaltet.

Rahmenbedingungen

für eine detaillierte Anleitung siehe hier: 24-48V BMS

Anwendungen

• stationär, als Solarspeicher mit Li-Akkus für vorzugsweise Solar-Strom bzw. sonstige alternative Energien.

• Elektro-Mobilität, 36V und 48V Variante

• OpenNanoGrid, lokales smartes Niedervolt-Stromnetz

Nebenaspekte / Überlegungen / Ausblick

• Beschaffbarkeit von Komponenten

• PCB-Stückzahlen ==> Serienfertigung

12/24/48V

(für eine detaillierte Aufbauanleitung siehe hier: 24-48V BMS)

Mainboard,

LibreSolar BMS48V on GitHub

• BMS48V
• 

  BMS 48V PCBs Prototyp

• 

  Mainboard PCB Layout mit STM32F072 32-Bit Arm CPU und TI bq76940 Balancer-Chip

Switch-N-Sense

ON/OFF-Schalter, die Mosfets können über 60A vertragen. Dient zur Eigenabsicherung des Akkus, kann aber auch noch zusätzlich als ON/OFF-Laderegler für höhere Amperzahlen verwendet werden (dabei Steuerung durch das BMS via UEXT-Port)

LibreSolar Switch-N-Sense on GitHub für eine detaillierte Anleitung siehe hier: 24-48V BMS

• Switch-N-Sense Mosfetschalter
• 

  Switch-N-Sense PCB Prototyp

• 

  Switch-N-Sense PCB Layout

MPPT 20A

Solar-Laderegler

LibreSolar MPPT 20A in GitHub

• 20A Solarladeregler mit Maximum Power Point Tracking (MPPT)
• 

  Neue Version V.08, passend für Hammont Gehäuse

Direct User Interface

OLED-Keypad mit WLAN ANbindung (IoT)

• Userinterface mit OLED-Display
• 

  OLED-Display mit BMS an 36V LiFePO4-Akku (= 12 Zellen)

(... todo)

Visualisierung

• Raspberry Pi 3 als Server

• emoncms, liquid

Dazu Diskussionsseite im Forum unter [2]

Tool-Chain

- Schaltplan und PCB-Layout:

• KiCAD, Projektbezogene Library [3] [4]

- Software-Entwicklung:

• Flashen mit Nucleo-Board

• Platformio-IDE

• Versioning mit GitHub [5]

- ... (tbc)

Organisatorisches

Entwickler-Team

Martin Jäger (Hardware und Firmware Design)

Michel Langhammer (Modellbildung u. Simulation)

Oliver Schlüter (Visualisierung)

cos(h) (Collective Open Source Hardware, HAW/HOOU-Arbeitsgruppe) Workgroups und Ansprechpartner: - W1 - W2 - W3 - W4 - ...

Roadmap and Log

• 03.10.2016 Projektstart, LibreSolar GitHub-Repository [6]
• 28.01.2017 Projekt-Seite im Wiki erstellt
• milestones x,y,z
• ...

Aktueller Entwicklungs-Status

28.04.2016 Die Hardware-Komponenten existieren bereits als PCB-Prototypen und werden laufend gestestet. Die Firmware beinhaltet bereits die zentralen Grundfunktionen und wird kontinuierlich weiterentwickelt. Visualisierung kann per IoT und RaspberryPi3 als Host erfolgen.

ToDo next

• a,b,c
• ...

Open Tasks

• 1,2,3
• ...

Spenden

Spenden

Kontakt

• Michel Langhammer - persönliche Nachricht
• [7] - Talk, Diskussion, BuildReports im OSEG Forum

Literatur und Links

Referenz	Beschreibung
[8]	Deutschsprachiges Board im OSEG-Forum zum LibreSolar BMS
[9]	Github-Repository der cos(h) Arbeitsgruppe
[10]	Reproduktion und Inbetriebnahme vom LibreSolar BMS im C-Hack Fablab
[11]	Artikel über LibreSolar BMS im Fabulous St.Pauli Fablab -Blog, Interview mit Martin

Presse

Referenz	Beschreibung
[12]	Vorstellung des LibreSolarBMS beim "BAC21 Energy and Open Hardware – Workshop in Brüssel"