Diskussion Front-Panel für BMS

Wenn das BMS mit den Zellen in einer Metallkiste verbaut wird, bietet es sich an eine eigene Front-Panel-Leiterkarte zu haben, die von innen an die Gehäusefront montiert wird und Dinge wie LCD-Display, CAN-Schnittstelle, LEDs, Taster ... anbindet.
Die Verbindung zum eigentlichen BMS erfolgt dann mittels einer einzigen steckbaren Kabelverbindung.

Hier soll die Auslegung einer solchen Front-Panel Leiterkarte für mein BMS diskutiert werden.

Ich denke, es würde sich hier anbieten, die Leiterkarte, die ich zur Anbindung eines LCDs schon als Muster hier habe weiterzuentwicklen.

Im Moment wird die Vorderseite fast vollständig von einem 2.8" LCD Display eingenommen:

So sieht die Anzeige auf dem Display im Moment aus:

Neben dem Display sind 4 Taster vorgesehen.

Auf der Rückseite der Leiterkarte sitzt im wesentlichen ein STM32G* MCU, der zwischen der seriellen Schnittstelle zum BMS und dem Display vermittelt, und ein Buzzer, um akustisches Feedback zu geben.

Zwei RJ45 Buchsen für CAN zu ergänzen, ist keine große Aktion.

LEDs für eine primitive Füllstandsanzeige könnte man auch ergänzen.

Auch zusätzliche Schaltausgänge könnte man hier anbinden.

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Für CAN habe ich als Freund von Flachbandkabeln auf meinen eigenen Designs immer beiliegend abgebildete Lösung. Von CiA gibts eine 9 polig genormte Belegung, mit den Flachbandkabeln kann man Can-In und Can-Out nach Belieben durchschleifen. Man braucht dann auch nicht die teuren Stecker. Auf dem Controller braucht man nur einen billigen 10pol Stecker und für die Mechanik gar keine zusätzliche Leiterplatte.

Großes Display ist vielleicht für Anlagen mit 1-2 Akkus hübsch aber sonst ist Visualisierung übers Netz mit Fhem, OpenHAB oder was es für Chrome schon gibt angesagt. Von meiner Seite hat das Display keine Priorität solange man die Daten vernünftig über eine Schnittstelle rauskriegt. BLE hat der uC ja auch noch um gelegentlich vor Ort reinzuschauen.

Allerdings könnte man noch diskutieren, ob man anstelle der 9pol CiA die RJ45 Variante zur Verwendung von billigen Patchkabeln nimmt. Da wäre eine Leiterplatte tatsächlich wieder vorteilhaft. Ein Farb LCD möchte ich deshalb trotzdem nicht überall reinbauen. Bei den für Akkus zu erwartenden Betriebsstunden werden die vermutlich auch rasch verblassen wenn sie 24/7 mitlaufen.

Die CanOpen Kabel gibts zwar auch vorkonfektioniert, aber die Preise tut sich im Heimbereich vermutlich niemand an. In Batterie Racks sind ja auch nicht die Längen vorhanden welche die Einhaltung aller CiA Specs erfordert.

Wenn die Umgebungsbedingungen es zulassen, bin ich ein Fan von RJ45.
Mein Eindruck ist, dass dass bei Speichern inzwischen der Standard für CAN oder RS485 ist.

Das Display kann man bestücken aber natürlich auch weglassen.
Darüberhinaus kann man auf dem Display eines Masters auch die Daten aller Slaves auf dem selben CAN-Bus anzeigen.
Im Moment ist das Display so konfiguriert, dass es nach ~ 1 min automatisch ausgeht und erst wieder durch Touch oder Drücken eines Knopfes aktiviert wird. Das halte ich schon deswegen für zwingend, um den zusätzliche Stromverbrauch durch das Display zu reduzieren.
Ich habe auch einen Helligkeitssensor vorgesehen, so dass man das Display beispielsweise wieder anschalten könnte, sobald in einem sonst dunklen Raum das Licht angeht.

Neben der CAN-Schnittstelle ist meines Erachtens, die Möglichkeit einen Fehler zu quittieren und einen Reconnect-Versuch des Packs zu initieren, eine der wichtigsten Funktionen, die eine Front-Panel-Leiterkarte zur Verfügugn stellen sollte.
Wenn kein Display verbaut ist halte ich ein paar LEDs zur Statusanzeige ( insbesondere Fehler vorhanden oder alles OK ) für nahezu zwingend.

Für die Verbindung zwischen Steuerplatine und Front-Panel hätte ich gerne ein einziges Kabel mit : GND, 3V3, RX, TX, CAN_H, CAN_L

Spricht eigentlich nix dagegen beides gleichzeitg zu machen wenn man sich auf ein 10poliges Flachbandkabel einlässt. Zumindest den pins der CiA Belegung könnte man Vorfahrt einräumen. 6 polige Flachbandkabel gibts auch. Die sind aber in der Regel teurer als 10 polige. Mit 9 bzw. 10 pin hätte man dann mehr als einen GND und vielleicht noch Reserve für 12V oder so. Das Terminal ist dann seriell asynchron oder CAN? Oder ist Rx/Tx doch noch für eine zusätzliche RS485?

Adapter zu kleinem Preis habe ich auch welche gefunden. Die offene Konfiguration der vorgefertigten Adapter löst auch das Problem verschiedener ungenormter Systembelegungen. Siehe Tragödie der Victron Kompabilitäten mit normalen Patchkabel, TypA, TypB Kabel wo dann wieder keines davon passt.

Auf der Stererplatine sehe ich eine 10pol Wannenleiste definitiv als gute Option.
Was man dann daran anschließt ist eine zweite Frage.
Wenn es darum geht, viele Batteriepacks über CAN zu einem virtuellen zu verknüpfen, sehe ich eigentlich kaum eine Alternative zu 2x RJ45, weil man dann die ganzen Verbindung sehr flexibel mit Patchkabel zu minimalen Kosten umsetzen kann.

RX/TX ist UART. Das ist die Verbindung von der Steuerplatine zu dem MCU, der das Display und die Taster anbindet. Darüber kann man dann auch sehr flexibel Dinge wie Status-LEDs, zusätzliche digitale Ein - oder Ausgänge ... anbinden.
Da sich die Kosten von einfachen MCUs in den Bereich < 0.3 USD entwickeln, nehme ich hier lieber einen MCU als Multiplexer statt zusätzliche Kabel.

Wenn bei meinem BMS CAN genutzt werden soll, was fürs Aggregieren obligatorisch ist, steht RS485 nicht zur Verfügung.
CAN ist meines Erachtens für diese Verbindung die überlegene Lösung.

Momentan bin ich an meiner Mechanik aus galvanisch verzinktem Stahlblech. Das soll ein offenes Chassis mit etwa 75x25cm Abmessung werden. Es werden zwei Stück für je 8 Zellen, bzw. 2x24Volt werden. Das Gewicht sollte irgendwo bei 50kg noch für eine Person tragbar bleiben.

Nicht vorgesehen, ist eine Stapel oder Versandmöglichkteit des montierten Chassis. D.h. zum Versand müssen die Zellen immer ausgebaut und im Orignalkarton mit Styroporeinlage der Zellen verpackt werden. Eine Aufstellung hochkant wie das Heimspeicher Felicity & Co auf Rollen am Boden machen ist wegen dem ungünstigen Platzbedarf bei größeren Batterien ebenfalls nicht vorgesehen. YiXiang macht das ja liegend, aber wenn man eine zweite Batterie darauf stapelt biegen sich die Rollen unten um weil das Blech zu schwach ist.

Schmale Seiten des Chassis nach oben abgekantet, vielleicht 20cm hoch. Beide Seiten mit Langloch als Grifföffnung. Grifföffnung mit Kantenschutz. Das Ganze dann in ein von der Tragfähigkeit entsprechend seriöses Regal oder Rack paarweise eingeschoben. Die Chassis-Paare sollen werkzeuglos über einen Steckverbinder (8s Balancerabgriff) und eine Sternschraube (Mosfet Platine) trennbar sein. Falls möglich möchte ich für die beiden 24V Portionen ein identisches Chassis Paar haben. Bei gewichtigen Gründen könnte man in Stückzahlen eventuell auch verschiedene Versionen zu einem Paar ergänzen.

Auf einer Seite - momentan Regal Rückseite - sitzt auf jeden Fall ein zweipoliger APP Stecker vom Typ SB175. Ausser dem Original von APP (Anderson Power Products) gibt es die auch von AMP/Tyco. Selbst China Plagiate sind auch für hohe Kurzschlussströme und Kabel bis 70mmq brauchbar. Sie locken mit günstigem Preis <5 Eur/Stck inkl. zwei versiĺberten Crimpkontakten. Vermutlich mit offener Kabelpeitsche, wahlweise auch fest montiert und Kabelpeitsche an der Sammelschiene. Die Auszugskräfte habe ich mit etwa 200N ermittelt, wofür ich einen Kniehebelgriff mit Übersetzung 10:1 einsetzen möchte. 20N kann man beim Ausziehen des Chassis aufbringen, wobei der Stecker hinten dann einfach aussteckt.

Auf der Vorderseite soll auf jeden Fall eine Befestigungsmöglichkeit für den ETI NH Lasttrenner vorgesehen sein. Abtrennung mit einer zweiten Griffschraube. Um die Kabel kurz zu halten, wäre die Abkantung der Schmalseite etwa so hoch wie die Zelle. NH Griff dann über Rohrkabelschuh angeschlossen. Abtrennung mit einer zweiten Griffschraube.

Zwischen Grifföffnung und NH Befestigung wäre dabei noch Platz für das vorhandene Display bzw. auch weitere Bedienelemente und natürlich die obligatorischen CAN-In und CAN-out Buchsen. Im Laser kostet das Auschneiden praktisch nix und man kann es auch unbestückt lassen, bzw. nur bei Bedarf montieren. Optionale IO hat meiner Meinung nach hier nichts zu suchen. Ist vielleicht eine Marotte von Pylontech wegen ihrem lausigen CAN Protokoll. Dinge wie Notauskreis gehören an den Cerbo bzw. übergeordenten CAN WR angeschlossen.

Möglicherweise auch alternativ zur NH Sicherung bzw. auf einer Vorderhälfte NH Lasttrenner und auf der anderen Vorderhälfte das Display. Ebenso gibt es dann die Möglichkeit die Packs und NH Sicherung so einzubauen, daß ein Chassis verdreht ist und der Abgang vorne auf der Regalseite liegt.

Allerdings kenne ich momentan die Abmessungen für Display und andere Bedienelemente nicht. Ein (beleuchteter) Schalter wäre beim Betrieb ohne Display vielleicht auch nicht falsch. Auf einer Hälfte des Chassis Paars das Display mit Knöpfen, auf der anderen der NH Trenner.

Verstehe ich das richtig, dass die BMS-Platinen (L, H, M ) und damit Pack+ und Pack- hinten lägen, während der NH-Trenner zwischen Zelle 8 und Zelle 9 zusammen mit dem Display und den CAN-Anschlüssen vorne liegt?

Die 8er Gruppen sollen vermutlich einfach einzeln aus dem Regal genommen werden können!?
Wie wirst Du das GND-Kabel zwischen Shunt (L) und MOSFET-Schalter (H), also zwischen den beiden 8er Gruppen, einfach trennbar umsetzen?

Als LCD verwende ich im Moment dieses Modul:

Das dann auf meiner Platine aufgelötet wird:


Ich denke mich wird den Januar noch die neue Revision des MOSFET-Schalters und die Fertigung von Muster-HW beschäftigen. Danach könnte ich mich dann um die neue Revision der Steuerplatine und im dem Zuge auch der Front-Panel Platine kümmern.

Korrekt

Die gesamte Mosfet Platine kann mit einer M6 Sterngriffmutter vom Pluspol der Zelle abgeschraubt werden. Sie verbleibt dann auf dem gegenüberliegenden Chassis. Dort ist dann auch der zweipolige APP Stecker wo das H01N2 vom Mosfet hingeht.

Irgendwelche Einbau-Frontrahmen gibt es dafür aber nicht? Ist dafür auch eine ganz andere Preisklasse wie ElectronicAssembly/DisplayVision.

Ich werde mal versuchen, die Positionen der Kurzhubtaster aus dem jpg zu entnehmen so daß man eine Folientastatur mit transparentem Sichtfenster dafür machen kann.

Befestigungslöcher gibt es noch keine? Wenn die Befestigungsschrauben vom Modul auch durch die Frontplatte gehen sollen, müssen links von der Reihe Kurzhubtasten noch mindestens 2 Befestigungschrauben sein. Die Platine weicht bei Druck auf die Taste sonst nach hinten aus und man hat keine ordentliche taktile Rückmeldung. Es wundert mich, daß du hier keine SMD Versionen hast.

Die mittigen THT Löcher sind Steckverbinder für die SPI Verbindungsleitung zum uC?

Über den Jahreswechsel habe ich meinen bestehenden Batterieraum großflächig umrangiert und zum Umstellen der bestehenden beiden Racks die Sammelschienen um 4m verlängert. US5000 laufen momentan 33 Stück in 3 Gruppen was letztendlich durch Erraten der korrekten Boot-Reihenfolge aller Batterien nach ein paar Tagen doch noch geklappt hat.

Auf der jetzt frei gewordenen Bodenhälfte gibt es noch ein Loch mit Beton zu verfüllen. Da es durch den letzten Abschluss mit einer Gipskartonwand noch ziemlich schmutzig/staubig ist, möchte ich auch den Boden mit einer Epoxy Beschichtung versehen. In der EltBauV ist sogar ESD Boden vorgeschrieben was mir aber trotz der kleinen qm Zahl zu teuer ist. Im laufenden Betrieb geht die Bodenbeschichtung nur in zwei Hälften, also erst mal die erste Hälfte. Darauf gibt es dann auch vernünftig Platz vor einer aktiven Sammelschiene um etwas auszuprobieren.

Das ist ein Touch Display. Deswegen geht das praktisch nur mit passendem Ausschnitt im Frontblech

Die aktuelle Variante war dafür gedacht stand-alone in ein kleines 3D-Druck Gehäuse zu kommen. Eine Montage in einem Batteriegehäuse hatte ich damals nicht im Fokus. Deswegen gibt es keine Löcher/Auflagepunkt für Gewindebolzen im Blech.
Es muss also sowieso eine neue Revision geben. Die Position der Taster kannst Du also auch einfach vorgeben.
Die Taster sind deswegen nicht SMD, weil die Rückseite bereits SMD bestückt ist und ich für die Muster nicht zwei Lötdurchgänge wollte. Der Status-Quo war ein Schnellschuss um bei Bedarf Muster für ein Display zum BMS zu haben. Da ist noch nichts auf Serienfertigung optimiert.

Die Kommunikation zum BMS erfolgt über UART. Ein kleiner lokaler MCU steuert das Display.
Die 4 Leitungen zum BMS können im Moment über PH oder RJ45 geführt werden. Die Löcher gehören zu RJ45.

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