أنا أعمل حاليًا على تطوير نظام إدارة البطارية (BMS) وتطبيق جوال لبطارية ليثيوم 5S2P. أحد التحديات الرئيسية كان اختيار هندسة النظام: هل أستخدم ESP32 فقط، أم إعداد ثنائي MCU مع STM32 + ESP32؟ هذا القرار يؤثر بشكل كبير على سلامة النظام، موثوقيته، وتكلفة التطوير الإجمالية.
فهم البطارية
البطارية عبارة عن 5S2P بجهد إجمالي حوالي 18–21 فولت. رغم أنها ليست كبيرة جدًا، إلا أن مراقبة الجهد، التيار، ودرجة الحرارة بدقة أمر بالغ الأهمية لضمان التشغيل الآمن. يحتاج النظام لإجراء حماية في الوقت الفعلي، والتحكم في الشحن والتفريغ بدقة.
الخيار الأول: STM32 + ESP32
النهج الكلاسيكي هو استخدام STM32 كوحدة تحكم رئيسية لإدارة البطارية، و ESP32 للاتصالات اللاسلكية والتطبيق.
STM32 يقوم بـ:
- قياس جهد كل خلية ودرجة الحرارة
- مراقبة التيار
- تنفيذ منطق الحماية (الجهد الزائد، الجهد المنخفض، التيار الزائد، الحرارة الزائدة)
- التحكم بالشحن والتفريغ (وضع CC/CV)
- تحقيق موازنة الخلايا
ESP32 مسؤول عن:
- اتصال WiFi وBluetooth
- إرسال بيانات البطارية إلى التطبيق
- استقبال الأوامر من التطبيق وتمريرها لـ STM32
- دعم التحديثات اللاسلكية للبرامج
هذا النظام يضمن فصل واضح للمهام وموثوقية عالية وحماية في الوقت الحقيقي.
الخيار الثاني: ESP32 فقط
الخيار الآخر هو استخدام ESP32 لتولي كل من إدارة البطارية والاتصالات اللاسلكية، مما يقلل التكلفة ويبسّط التصميم.
لكن هناك بعض المخاوف:
- الاستجابة في الوقت الفعلي: قد تستهلك مهام WiFi/Bluetooth موارد وحدة المعالجة، مما قد يؤخر إجراءات الحماية.
- دقة القياس: محولات ADC الداخلية في ESP32 محدودة الدقة، وقد تؤثر على الحسابات والمنطق الوقائي.
- النسخ الاحتياطي للسلامة: لا يوجد حماية مزدوجة إذا تعطل البرنامج الثابت.
- استهلاك الطاقة المنخفض: ESP32 يستهلك طاقة أكثر في وضع النوم العميق مقارنة بوحدات MCU منخفضة الطاقة.
مقارنة بين ESP32 فقط و STM32 + ESP32
- السلامة: STM32 + ESP32 أكثر موثوقية للحماية في الوقت الحقيقي.
- التكلفة: ESP32 فقط أرخص، لكن قد يحتاج دوائر حماية إضافية.
- تعقيد التطوير: إعداد ثنائي MCU أسهل لأن المهام منفصلة. ESP32 فقط يتطلب دمج جميع المهام على شريحة واحدة.
- التوسع المستقبلي: STM32 + ESP32 أسهل لتوسيع الميزات أو ترقية البروتوكولات اللاسلكية دون التأثير على وظائف BMS الأساسية.
لهذه البطارية 5S2P، يوفر النظام المزدوج STM32 + ESP32 سلامة وموثوقية أكبر مقارنة بالحل الأحادي.
