LibreSolar BMS – Batterie Management System: Unterschied zwischen den Versionen

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=== LibreSolar BMS 12V - 48V ===
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==LibreSolar==
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{{Projektdaten
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|Projektname=LibreSolar BMS – Batterie Management System
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|Kurzbeschreibung=Eine Batterieverwaltung für das Projekt LibreSolar zur unabhängigen Stromversorgung.
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|Stichwörter=Batterieverwaltung; Akkuspeicherung; Energie; Elektrizität; energy; elektricity; Solar
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|Sortierbegriffe=Strom; Batterieverwaltung;
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|Entwicklungsstufen=Prototyp gefertigt; veröffentlicht
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|Gesamtstatus=aktiv
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|Kontakt=* [[Michel Langhammer]]
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* Martin Jäger  [mailto:martin@libre.solar <martin@libre.solar>]
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|Lizenzen=* [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de CC-BY-SA 4.0] - for some parts
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* [https://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0.html GPL 3.0] - for other parts
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* [https://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0 Apache 2.0] - for yet other parts
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|Diskussion=* [https://t.me/OSEGWelcome OSEG Willkommensgruppe] auf Telegram
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* [https://web.archive.org/web/20210802062412/https://forum.opensourceecology.de/viewforum.php?f=47&sid=b7110c44b62cc7fe0a97ee1fdb60ee01 Forum (archived)] - Talk, Diskussion, BuildReports im OSEG Forum
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|Repositorien=* [https://github.com/LibreSolar?q=bms&type=&language= https://github.com/LibreSolar] (multiple repositories)
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|OKH Metadaten=
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|Vorschauklasse=released
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|Vorschaubild=Datei:Libresolar_iconobject_only.png
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|Vorschaukurztext=Batterie Management System
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}}
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===Einführung===
  
 
[[File:Libresolar_bms_icon.png|430px]]
 
[[File:Libresolar_bms_icon.png|430px]]
  
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Das LibreSolar BMS - Projekt (siehe LibreSolar-Homepage[http://libre.solar]) wurde 2016 von Martin Jäger initiiert und maßgeblich entwickelt, um dabei zu helfen, eine Energieversorgung mittels erschwinglichen Lösungen für erneuerbare Energien zu erreichen, die auf OpenSourceHardware-Lösungen basieren. Der primäre Fokus von LibreSolar ist die Erzeugung und Speicherung von Solarenergie. Dazu wurden als anfängliche OpenSourceHardware Projekte zunächst ein MPPT-Laderegler und ein Batteriemanagement-System für Lithium-Ionen-Akkus entwickelt.
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Das LibreSolar Projekt wurde 2016 von Martin Jäger initiiert und maßgeblich entwickelt (siehe [http://libre.solar 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 ([https://de.wikipedia.org/wiki/Maximum_Power_Point_Tracking Maximum-Power-Point-Tracker]) und ein BMS ([https://de.wikipedia.org/wiki/Batteriemanagementsystem Batteriemanagement-System]) für Lithium-Ionen-Akkus entwickelt.
  
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Seit Ende 2016 wird LibreSolar von OSEG unterstützt. Im Frühjahr 2017 bildete sich in Zusammenarbeit mit den Hamburger Hochschulen HAW und HOOU die Arbeitsgruppe COSH (Collective OpenSourceHardware) um das Projekt auf einer breiteren Grundlage voranzubringen.
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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 "[https://collectiveopensourcehardware.github.io/ Collective Open Source Hardware - cos(h)]" um das Projekt auf einer breiteren Grundlage voranzubringen. Zusätzlich soll in Kooperation mit der [http://www.hoou.de/p/konzept-hamburg-open-online-university-hoou/ Hamburg Open Online University] (HOOU) eine offene digitale Lernplattform erstellt werden [https://podcampus.de/nodes/wEPno]
  
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===Systemübersicht===
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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.
  
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===Einführung===
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- MPPT: Solarladeregler
  
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- BMS-Controllerboard
  
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Bei diesem Projekt geht es um die Entwicklung einer Speicherlösung für elektrische Energie in Lithium Akkus. Das Projekt besteht aus folgenden  Elementen:
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- BMS-Switch-N-Sense
  
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-  BMS 12/24/48V: Mainboard und Balancer
 
  
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- Switch-N-Sense: Mosfet-Switch, bis 60A
 
  
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- MPPT 20A:  Solarladeregler mit Maximum Powepoint-Tracking
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<gallery widths="800" heights="400" perrow="2" caption="LibreSolar BMS">
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Bms24v_board_20161217.jpg | BMS - links Mainboard, rechts Switch-N-Sense
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</gallery>
  
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Der elektronische Hardware Aufbau besteht allgemein aus einem Kommunikationsinterface, der µC Einheit, der Leistungselektronik und der Messelektronik.
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Die Details können auf [https://libresolar.github.io/elements/ hier] unter dem Reiter Hardware nachgeschlagen werden.
  
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In nachfolgender Abbildung ist das Systemlayout zu erkennen. Die MPPT Komponenten können modular erweitert werden, je nach benötigter Solarleistung.
  
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Das LibreSolar BMS bietet eine Vielzahl von Vorteilen, u.a. folgende:
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<gallery widths="800" heights="400" perrow="2" caption="System-Übersicht">
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Bms12v systemuebersicht.png | Übersicht: Durch Verwendung mehrerer MPPTs kann eine höhere Amperzhal erreicht werden
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* integrierter Balancer
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</gallery>
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* 12V, 24V, 36V und 48V Version
 
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* ...
 
  
  
  
  
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Das LibreSolar BMS bietet eine Vielzahl von Vorteilen, u.a. folgende:
  
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* integrierter Balancer
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* 12V, 24V, 36V und 48V Version (für eine detaillierte Aufbauanleitung siehe hier: [[24-48V BMS]])
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* Leistungsboard um eine Über- oder Tiefentladung effektiv zu verhindern
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* Anzeige aller BMS Parameter auf OLED Display
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* ...
  
 
===Einordnung; ähnliche Technologien===
 
===Einordnung; ähnliche Technologien===
  
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Vgl. SBMS4080 und SBMS100 von Dacian Todea
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[http://makeable.de/mlab/makeable/sbms4080/ Vgl. SBMS4080 und SBMS100 von Dacian Todea]
  
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Das LibreSolar BMS ist eine neuere BMS-Generation und bietet in etwa den gleichen Leistungsumfang wie das etwas ältere SBMS4080 nebst einigen zusätzlichen Features:
  
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* kann auch 48V und 36V (daher auch gut für EV geeignet) (für eine detaillierte Aufbauanleitung siehe hier: [[24-48V BMS]])
  
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* Modularisierter Aufbau
  
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===Rahmenbedingungen===
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* verbesserte Sicherheits-Features
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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.
  
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===Rahmenbedingungen===
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für eine detaillierte Anleitung siehe hier: [[24-48V BMS]]
  
 
===Anwendungen===
 
===Anwendungen===
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== 12/24/48V==
 
  
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Mainboard
 
  
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=== 12/24/48V===
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(für eine detaillierte Aufbauanleitung siehe hier: [[24-48V BMS]])
  
  
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Mainboard,
  
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== Switch-N-Sense ==
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[https://github.com/LibreSolar/BMS48V/blob/master/README.md LibreSolar BMS48V on GitHub]
  
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Schalter
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<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="BMS48V">
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LS_BMS_PCBs.jpg |  BMS 48V PCBs Prototyp
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LibreSolar_BMS48V_board.png | Mainboard PCB Layout mit STM32F072 32-Bit Arm CPU und TI bq76940 Balancer-Chip
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</gallery>
  
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=== Switch-N-Sense ===
  
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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)
  
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== MPPT 20A ==
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[https://github.com/LibreSolar/Switch-N-Sense LibreSolar Switch-N-Sense on GitHub]
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für eine detaillierte Anleitung siehe hier: [[24-48V BMS]]
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<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="Switch-N-Sense Mosfetschalter">
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LS_switch_n-sense.jpg | Switch-N-Sense PCB Prototyp
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Switch-N-Sense.png | Switch-N-Sense PCB Layout
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</gallery>
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=== MPPT 20A ===
  
 
Solar-Laderegler
 
Solar-Laderegler
  
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[https://github.com/LibreSolar/MPPT-Charger_20A LibreSolar MPPT 20A in GitHub]
  
  
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<gallery widths="800" heights="600" perrow="2" caption="20A Solarladeregler mit Maximum Power Point Tracking (MPPT)">
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MPPT_charger_20A_rendered.png | Neue Version V.08, passend für Hammont Gehäuse
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<!-- MPPT_charger_20A_bot.png | Through-Hole Bestückungsseite -->
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<!-- MPPT_charger_20A_top.png | SMD Bestückungsseite -->
  
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== Direct User Interface ==
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</gallery>
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=== Direct User Interface ===
  
 
OLED-Keypad mit WLAN ANbindung (IoT)
 
OLED-Keypad mit WLAN ANbindung (IoT)
  
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<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="Userinterface mit OLED-Display">
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Lsbms_oled.jpg | OLED-Display mit BMS an 36V LiFePO4-Akku (= 12 Zellen)
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</gallery>
  
  
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(... todo)
  
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== Visualization ==
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=== Visualisierung ===
  
 
* Raspberry Pi 3 als Server
 
* Raspberry Pi 3 als Server
  
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* emoncms, liquid
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* [https://github.com/emoncms/emoncms emoncms], [https://github.com/case06/liquid liquid]
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Dazu Diskussionsseite im Forum unter [https://forum.opensourceecology.de/viewtopic.php?f=48&t=769]
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== Tool-Chain ==
  
  
  
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- Schaltplan und PCB-Layout:
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* KiCAD,  Projektbezogene Library [https://github.com/LibreSolar/KiCad-symbols] [https://github.com/LibreSolar/KiCad-footprints]
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- Software-Entwicklung:
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* Flashen mit Nucleo-Board
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* Platformio-IDE
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* Versioning mit GitHub [https://github.com/CollectiveOpenSourceHardware]
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- ... (tbc)
  
 
== Organisatorisches ==
 
== Organisatorisches ==
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[[Michel Langhammer]] (Modellbildung u. Simulation)
 
[[Michel Langhammer]] (Modellbildung u. Simulation)
  
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[[]] (Collective Open Source Hardware, HAW/HOOU-Arbeitsgruppe)
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[[Oliver Schlüter]] (Visualisierung)
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[[cos(h)]] (Collective Open Source Hardware, HAW/HOOU-Arbeitsgruppe)
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- W4
 
- W4
 
- ...
 
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[[Oliver Schlüter]] (Visualization)
 
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===Roadmap and Log===
 
===Roadmap and Log===
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===Aktueller Entwicklungs-Status===
 
===Aktueller Entwicklungs-Status===
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28.04.2016  Die Hardware-Komponenten existieren bereits als PCB-Prototypen und werden gestestet. Die Firmware beinhaltet bereits die zentralen Grundfunktionen und wird kontinuierlich weiterentwickelt.  Visualisierung kann per IoT und RaspberryPi3 als Host erfolgen.
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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.
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===ToDo next===
 
===ToDo next===
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=== Kontakt ===
 
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* [[Oliver Schlüter]] - persönliche Nachricht
 
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* [https://forum.opensourceecology.de/viewforum.php?f=37 Forum] - Diskussion
 
  
 
== Literatur und Links ==
 
== Literatur und Links ==
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! Referenz !! Beschreibung
 
! Referenz !! Beschreibung
 
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| [http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/82465-7GLq8d/webviewable/82465.pdf] || "A refuelable zinc/air battery for fleet electric vehicle propulsion", F.J.Cooper,D.Fleming,D.Hargrove,R.Koopman,K.Peterman, 1995
+
| [https://forum.opensourceecology.de/viewforum.php?f=48] || Deutschsprachiges Board im OSEG-Forum zum LibreSolar BMS
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| [https://github.com/CollectiveOpenSourceHardware] || Github-Repository der cos(h) Arbeitsgruppe
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| [https://c-hack.de/c-turm/aufbau-und-inbetriebnahme-laderegler/] || Reproduktion und Inbetriebnahme vom LibreSolar BMS im C-Hack Fablab
 +
|-
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| [http://www.fablab-hamburg.org/2018/03/08/das-projekt-libre-solar/] || Artikel über LibreSolar BMS im Fabulous St.Pauli Fablab -Blog, Interview mit Martin
 +
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 +
| [https://www.ruvival.de/open-source-solar-system/] || Projektübersicht LibreSolarBox auf ruvival.de
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 +
| [https://github.com/nseidle/BMS] || BQ7640 BMS von Nathan Seidle (Gründer von Sparkfun)
 +
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 +
| [https://www.lithiumbatterypcb.com/product-instructionev-battery-pcb-boardev-battery-pcb-board/ev-battery-pcb-board/smart-bms-of-power-battery/] || LLT Power, Hersteller von bluetooth-basierten sog. "Smart BMS", welche auf BQ769x0 u. Arduino/Atmega basieren (kein OpenSource, aber extrem preisgünstig)
 
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−
| [https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/329501.pdf] || "The Refuelable Zinc-air Battery: Alternative Techniques for Zinc and Electrolyte Regeneration", JF.Cooper, R.Krueger, 2006.
 
 
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[[Category: -OSEG 400 - Bereich Technologie]]
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[[Category:OSEG - Bereich Technologie]]
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[[Category: -OSEG 404 - Zn/O Brennstoffzelle]]
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[[Category:OSEG - Zn/O Brennstoffzelle]]
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[[Kategorie:Solarenergie]]
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[[Kategorie:Batterie Management System]]

Aktuelle Version vom 26. August 2022, 15:45 Uhr

LibreSolar

Beschreibung, Lizenz, Entwicklungsstand
Projekt: LibreSolar BMS – Batterie Management System. Beschreibung: Eine Batterieverwaltung für das Projekt LibreSolar zur unabhängigen Stromversorgung.
StichwörterBatterieverwaltung; Akkuspeicherung; Energie; Elektrizität; energy; elektricity; Solar
Lizenz
Statusaktiv
Erreichte StufenPrototyp gefertigt; veröffentlicht
Austausch
Kontakt
Urheber, VerfasserBitte Urheber oder Verfasser nachtragen
Diskussion
Ent­wickler­samm­lun­gen (engl. Repositories)
Daten
Ver­füg­ba­re Meta­da­ten (OKH Meta-Data)n.a.

Einführung

Libresolar bms icon.png

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

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

Literatur und Links

Referenz Beschreibung
[7] Deutschsprachiges Board im OSEG-Forum zum LibreSolar BMS
[8] Github-Repository der cos(h) Arbeitsgruppe
[9] Reproduktion und Inbetriebnahme vom LibreSolar BMS im C-Hack Fablab
[10] Artikel über LibreSolar BMS im Fabulous St.Pauli Fablab -Blog, Interview mit Martin
[11] Projektübersicht LibreSolarBox auf ruvival.de
[12] BQ7640 BMS von Nathan Seidle (Gründer von Sparkfun)
[13] LLT Power, Hersteller von bluetooth-basierten sog. "Smart BMS", welche auf BQ769x0 u. Arduino/Atmega basieren (kein OpenSource, aber extrem preisgünstig)

Presse

Referenz Beschreibung
[14] Vorstellung des LibreSolarBMS beim "BAC21 Energy and Open Hardware – Workshop in Brüssel"
Abgerufen von „https://wiki.opensourceecology.de/index.php?title=LibreSolar_BMS_–_Batterie_Management_System&oldid=23468“