Fabrication de mon propre controleur pour VAE

Vos questions et informations techniques sur les variateurs de vitesse, comment les monter/démonter ? dépanner ? concevoir ? Les plans ?
Les différentes marques et modèles, avantages et inconvénients etc.


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Fabrication de mon propre controleur pour VAE

Messagepar nlc » Jeu 01 06 , 2006 13:23

Dans ce topic je vais detailler la construction de mon controleur pour mon VAE.

Voici le cahier des charges de base :

- 3 entrées analogiques qui pourront servir a differentes choses, entrée capteur pedalage, accelerateur, capteur de rotation roue, etc...
- Mesure du courant moteur, pour limiter a 20-25A
- Mesure de la tension batterie, pour eviter de passer sous un certain seuil
- Gestion par microcontroleur, pour pouvoir faire evoluer les fonctionnalités dans le futur.
- Controle moteur par PWM (mon moteur est brushed)

Voici mes choix de base :

- Microcontroleur PIC16F819 (18 broches). J'aime pas les PIC mais j'ai tout ce qu'il faut pour developper dessus (en C) sous linux. Ce modele est pas cher (2€60 chez Radiospares), integre 5 entrées analogiques, et une sortie PWM. Il est donc parfaitement adapté.

- Pour la commande moteur PWM, transistors mos IRF2907 : 75V et 170A. Resistance interne de 4.5 milliohm. Je compte en mettre 2 ou 3 en parallele pour avoir une tres tres faible resistance interne et quasiment zero echauffement ;) Il sont pas tres cher, 1.85€ chez Farnell

- Mesure du courant par une resistance shunt de 10 milliohm et mesure de la tension a ses bornes (U=RxI). A 20A, il y aura une tension de 0.2V a ses bornes. C'est donc pas une grosse perte et c'est rien a mon avis a coté des pertes dans les fils ;)

Je saisis le schema a mes minutes perdues, je posterai au fur et a mesure des avancements.

A suivre....
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Messagepar bioman14 » Jeu 01 06 , 2006 21:53

salut nlc,

j espere que ton pb de fourche va se resoudre.

tu m interresse avec ce fil.

questions:
1/peux tu rappeller quel moteur tu as choisi, voire l equivalence courament distribué en france.
2/pourquoi un brushed ? pourquoi pas un brushless, surtout si tu sais programmer un microcontrolleur ???
3/pwm, comme "pulse wave modulation" ??? je me suis depeché d oublier mes cours d electronique ...
en francais , ça donne modulation de la largeur d impulsion, ce qui donne une tension continue variable ; j ai bon ??
4/ton cahier des charges a t il qqchose en plus que celui des controleurs de chez velectris.

bon aller c est tout pour aujourd'hui.
bonne soirée.
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Messagepar nlc » Jeu 01 06 , 2006 22:04

Hello bioman14.

Pour la fourche, j'ai eu un coup de fil de decathlon aujourd'hui, ils l'ont recu. Je vais la chercher demain et je croise les doigts pour qu'il n'y ait pas d'autres problemes (notamment au niveau de la compatibilté avec mon vélo...)

J'ai pris un moteur crystalyte, qui semble etre l'equivalent du 409, mais en brushed. J'ai pris un moteur a balais car il a plusieurs avantages a mon sens :
- Plus facile a gerer qu'un brushless, qui nessessite un controleur plus complexe, avec une gestion des capteurs de position internes au moteur.
- Pas de frein moteur lorsqu'on depasse la vitesse nominale du moteur

Pour le controleur, le miens n'aura rien de plus ;) Pour l'instant du moins. Plus tard rien n'empeche de lui adjoindre d'autres fonctionnalités interessantes, comme par exemple l'energie restante, etc...
Il faudrait dans ce cas connecter desssus un petit afficheur.
Mais on verra plus tard, pour l'instant faut que ca roule ;)

Sinon, la vraie definition de PWM c'est Pulse Width Modulation, qui veut donc bien dire Modulation par largeur d'impulsion.
En fait c'est un signal carré dont on fait varier le rapport cyclique (rapport entre le temps ON et le temps OFF). C'est donc la valeur moyenne du signal qui varie.

A+
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Messagepar vehiculeselectriques » Ven 02 06 , 2006 9:00

A quoi çà sert que Vehiculeselectriques.free.fr se décarcasse hein :?: si c'est pour ne pas lire mes bétises de premières heures:

http://vehiculeselectriques.free.fr/com ... riateur_de
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L'expression "persévérer" a résolu et résoudra toujours les problèmes de la race humaine."
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Messagepar nlc » Mar 06 06 , 2006 8:59

Bon, voici le schéma de mon futur controleur.

J'ai minimisé au maximum le nombre de composants, car le boîtier dans le lequel je dois rentrer le merdier est assez petit....
En principe je protège comme il faut les entrées de tous les parasites qui peuvent venir de l'exterieur, mais bon, là ca devrait le faire, les fils ne seront pas très longs, et je ne passerai pas les normes CEM ;)
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Messagepar nlc » Mar 06 06 , 2006 9:31

Quelques petites explications sur le schéma :

Alimentation

C'est un régulateur standard, un 7805, qui va convertir le 36V de la batterie en 5V régulé pour l'electronique. Il y a une diode zener de 24V a l'entrée du régulateur pour faire chuter la tension de 36V à 12V, car le regulateur ne tient pas le 36V en entrée.
On devrait consommer au grand maximum 10mA sur le 5V, avec la batterie pleine (42V), le regulateur va dissiper (42-24-5)x0.01 = 130mW. Il n'aura pas besoin de dissipateur thermique.
La zener va dissiper 24x0.01 = 240mW. Pour etre tranquille il faudra mettre une zener de 1W.

Entrées analogiques

Elles sont au nombre de 3 et permettront de brancher un peu ce qu'on veut, comme un accelerateur, un capteur PAS, etc....
Le materiel branché devra fonctionner comme un diviseur de tension (entre le +5V et la masse), et renverra donc une tension comprise entre 0 et 5V.
Une resistance de 10K et un condo de 100nF permettent de filtrer le signal d'entrée afin d'eliminer les parasites.

Tension batterie (vbat)

C'est un simple diviseur de tension (par 10) connecté sur une entrée analogique du microcontroleur. Donc avec la batterie pleine (42V), le microcontroleur mesurera 4.2V.

Courant moteur (imot)

Le principe repose sur la mesure de la tension sur une resistance de shunt dans lequel circule le courant moteur. Il y a un ampli op pour amplifier cette tension qui vaut 0.2V pour un courant de 20A. (U=RxI). Il a un gain de 10.
Il y a une petite astuce qui permet d'alimenter l'ampli op directement en 5V sans le faire travailler trop pres des tensions d'alimentation (il y a toujours une tension dechet variable selon les ampli op). L'astuce c'est de rajouter une sorte d'offset sur la mesure, grace a R4 et R9.
Quand aucun courant ne circule dans le shunt R1, la tension sur l'entrée + de l'ampli op vaut (10/(10+490))x5 = 0.1V. La sortie est donc a 1V (gain de 10).
Quand on aura 20A qui circulera dans R1, on aura 0.2V a ses bornes, et l'entrée + de l'aop vaudra donc : ((10/(10+490))x.4.8 )+0.2 = 0.296. La sortie sera donc a 2.96V.
On aura donc une dynamique de 1.96V sur l'entrée analogique du microcontroleur pour un courant de 0 a 20A dans le moteur, ce qui devrait etre largement suffisant.
A noter qu'il faudra quand meme un bon ampli op rail to rail car on le fait travailler tres pres des tensions d'alim, notamment sur les entrées (0.1V)

Microcontroleur

J'ai pris un PIC16F819, qui contient tout ce dont j'ai besoin : 5 entrées analogique 10 bits, sortie PWM. On peut le faire fonctionner avec une horloge interne ce qui explique l'absence de quartz sur le schema.

A suivre...
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Messagepar nlc » Mar 06 06 , 2006 10:31

Le routage du PCB :

Image

Image

Le circuit imprimé est simple face, il y a juste un strap
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Messagepar bioman14 » Mar 06 06 , 2006 21:40

ouaa, je suis impressionné par tant de professionalisme. c est ton boulot ? super classe les schemas.

je crois que j ai à peu pret suivi.
sauf:
- lsp3, lsp4 et ground, ça fait 3 bornes moteur . pourquoi c est pas 2 ?
- d1. à quoi sert d1?

maintenand, mes remarques:
-la mode (velectris) etant à une augmentation de la tension batt jusqu a 72v, je suppose que la zener ne supporterait pas . serait il donc judicieux de remplacer la zener par un 78015 ?
-meme si les puissances dissipées ne semblent pas posées de pb, serait il judicieux de fixer les regulateurs et transistors sur un boitier metalique ?
-vu que ton schema me semble le permettre, serait il interressant de "reguler" l alimentation moteur en courant proportionnellement à "l ouverture de la poignée de gaz" (potar) ?
-un indicateur de niveau de batterie avec 4-5 leds serait ..... indispensable , non? quelle sortie du pic le permettrait? ou en direct sur vbat ? il faudrait aussi qu il accepte les batt de 56 V (pour moi ça suffira)

et , the last but not least, l avis du maitre des lieux sur toutes ces elucubrations ???
et comment determiner les valeurs de tension seuil "batt ok" , "batt faible" et "fin batt".
et si le BMS n est pas integré à la batterie, il faudrait le rajouter, dans la programmation du pic ?

bon ok j arrete , je me suis un peu laché là.
mais c est que ça me rappelle ma d'jeunsssesse, alors ...
à la prochaine.
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Messagepar nlc » Mar 06 06 , 2006 22:11

Je te reponds point a point :

Oui l'electronique est bien mon metier :)
Le GND n'est pas une borne, c'est juste le nom du signal de la masse, qui permet de relier tous les point GND du schema sans tirer tous les fils.
Les seules bornes dispo sont :
LSP1 et LSP2 : Batterie
LSP3 et LSP3 : Moteur
J'aurais pu mettre 3 bornes puisqu'un coté du moteur est directement relié au + de la batterie mais je trouve que c'est plus propre comme ca.
D1 est une diode de roue libre, pour empecher l'apparstion de surtensions sur le drain des MOS, ce qui les detruirait.

Pour ma part je n'ai pas prevu de monter a 72V ;)
Ceci dit, il suffirait de mettre 2 zeners en serie pour regler le pb, ou faire un montage ballast a transistor pour rabaisser la tension a 30V avant d'attaquer le regulateur. De plus il faudrait aussi changer les MOS, les IRF2907 ne tenant que 75V je crois.

Pour mettre le regulateur sur le boitier metallique, on peut si on veut ;)

Pour la regulation en courant par rapport a la position de l'accelerateur, j'y ai deja pensé ! Si un jour j'ai l'occasion de monter un accelerateur sur le controleur j'implementerai cette fonction pour la tester.

Pour les leds et le niveau de batterie, ca serait parfaitement faisable, d'autant plus qu'il reste des ports dispo sur le microcontroleur. On pourrait alors afficher le niveau restant par rapport a la tension, ou mieux, l'energie reelle restante (mesure des A/h consommés par le moteur).

Dans mon cas j'ai fait au plus simple, car mon boitier est minuscule ! Mais dans une prochaine version pourquoi pas ! Dans mon cas, je limiterai en courant pour ne jamais depasser la tension de seuil limite. Rendu au stade de la limitation en courant, ca doit bien se sentir et je saurai qu'il reste un peu de jus pour rouler, mais en y allant cool sur les watts !

Pour commencer, je vais utiliser le controleur de la facon suivante :
- Un capteur de rotation sur le pedalier
- Un capteur sur les freins

Selon le meme principe que le PAS, j'enverrai plus ou moins d'energie dans le moteur en fonction de la vitesse de rotation du pedalier. Le capteur sur les freins servant a couper net le moteur si la poignée de frein est touchée.

Je vais faire ca car d'une part je serai presque en regle, et d'autre part je suis certain qu'un accelerateur a la longue ca doit etre penible.
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Messagepar vehiculeselectriques » Mar 06 06 , 2006 22:16

bioman14 a écrit:ouaa, je suis impressionné par tant de professionalisme. c est ton boulot ? super classe les schemas.

je crois que j ai à peu pret suivi.
sauf:
- lsp3, lsp4 et ground, ça fait 3 bornes moteur . pourquoi c est pas 2 ?


lSP3 = LSP1 = BAT +
Le moteur entre LSP4 et LSP3 est commuté coté masse.

- d1. à quoi sert d1?

Diode de roue libre, le moteur est une bobine donc il faut que le courant aille quelque part quand l'interrupteur (Mosfet) s'ouvre sinon la tension à ses bornes grimpe très haut et booum !
Dans ce but, la diode fait un circuit fermé avec le moteur et permet un amortissement du courant en douceur dans le bobinage.

maintenand, mes remarques:
-la mode (velectris) etant à une augmentation de la tension batt jusqu a 72v, je suppose que la zener ne supporterait pas . serait il donc judicieux de remplacer la zener par un 78015 ?
-meme si les puissances dissipées ne semblent pas posées de pb, serait il judicieux de fixer les regulateurs et transistors sur un boitier metalique ?


La tension de sécurité en nominal batterie c'est 48V (=60V en fin de charge) mon ami au delà il faut vraiment plus que savoir ce qu'on fait...:shock:

-vu que ton schema me semble le permettre, serait il interressant de "reguler" l alimentation moteur en courant proportionnellement à "l ouverture de la poignée de gaz" (potar) ?

?
On régule la tension moyenne (PWM)
Ce montage contrôle le courant et je suppose agira sur le rapport PWM pour permettre plus ou forcer moins d'ampères.

-un indicateur de niveau de batterie avec 4-5 leds serait ..... indispensable , non? quelle sortie du pic le permettrait? ou en direct sur vbat ? il faudrait aussi qu il accepte les batt de 56 V (pour moi ça suffira)
...
...
et comment determiner les valeurs de tension seuil "batt ok" , "batt faible" et "fin batt".
et si le BMS n est pas integré à la batterie, il faudrait le rajouter, dans la programmation du pic ?

Pas prévu sur ce circuit manifestement mais c'est pas très compliqué une fois qu'on a mis les pattes dans le code :D

Nlc,

Pour le régulateur je prendrai un LM2576HV12, c'est un switcher 3 pattes low drop, 60V in, 12V3Aout et je m'en servirai comme convertisseur pour le 12V du véhicule (lumières) :D

Tu utilises quoi comme soft CAO ?
Pour que ce soit vraiment pro, il manque la version 3D du circuit :lol:
:wink:
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Messagepar nlc » Mar 06 06 , 2006 22:53

C'est vrai que 72V ca commence a faire beaucoup :lol:
Et pour l'instant je n'ai pas besoin de prendre l'autoroute !! :lol:

Oui je vais limiter a 15 ou 20A environ, mais l'autre idée etait de reguler en courant par rapport a la poignée d'accelerateur.
Par exemple : 100% acceleré = limitation a 20A
50% = 10A
25% = 5A
etc..

Pour les lumieres, j'y ai bien pensé...
Mais c'est toujours le meme probleme, j'ai acheté le boitier en 1er, et il est tout petit :wink:

J'utilise Eagle pour les schemas/routage.
En fait j'ai pas le choix, c'est le seul outil vraiment pro a un prix moderé qui tourne sous linux. Il est top, mais j'ai pas la 3D :lol:
Mais est ce vraiment utile :?: :lol:
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Messagepar vehiculeselectriques » Mer 07 06 , 2006 9:54

nlc a écrit:...
Oui je vais limiter a 15 ou 20A environ, mais l'autre idée etait de reguler en courant par rapport a la poignée d'accelerateur.
Par exemple : 100% acceleré = limitation a 20A
50% = 10A
25% = 5A
etc.....


Je vois, tu veux du haut de gamme avec régulation précise de courant :D

si je peux me permettre:
La limitation de courant a pour principal but d'éviter la situation rotor bloqué + courant maxi (entre autres choses çà protège les balais et le commutateur pendant les démarrages)

Si tu conditionnes la valeur de courant max uniquement à la position du potar çà ne protège rien car l'utilisateur peux toujours visser la poignée à l'arrêt :shock:
le moteur va passer de 0 à Imax instantanément et ne va pas accepter çà longtemps...

Pour l'éviter, il te faut en plus une temporisation (délais d'accélération) et/ou un capteur de vitesse sur le moteur ou la roue pour définir une variable de pondération du courant Max...
Et c'est là que l'on sort d'un code/controleur simple et que l'on définie un algorythme d'accélération pour éviter les phénomènes d'à-coup...
Ceci dit c'est là qu'on s'amuse le plus...
:D

J'utilise Eagle pour les schemas/routage.
En fait j'ai pas le choix, c'est le seul outil vraiment pro a un prix moderé qui tourne sous linux. Il est top, mais j'ai pas la 3D :lol:
Mais est ce vraiment utile :?: :lol:


Un très bon soft pour sa rapidité de mise en oeuvre.
J'utilise Proteus (sympa pour sa simulation)
Il ne l'a pas non plus et donc je dois admettre que la 3D ne m'st pas vraiment indispensable...mais çà fait bien dans un dossier projet...
:lol:

à+
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Messagepar nlc » Mer 07 06 , 2006 10:07

Oui pour le demarrage on peut tres bien envisager un "soft start", qui permet de demarrer en douceur, meme si la poignée des watt est au taquet dès le démarrage !

C'est vrai que l'adjonction d'un capteur sur la roue permettrait de faire des algos interessants. En plus on aurait l'info vitesse + distance, et ca permettrait de faire tout un tas de choses... (Avec un petit module affichage deporté par exemple).
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Messagepar nlc » Mer 07 06 , 2006 13:16

Ca avance un peu...

Le circuit imprimé :

Image

Le controleur cablé :

Image

Le controleur dans son boitier :
Image

En gros, il ne reste plus que le soft :roll:
Il faudra aussi que j'insere des sortes d'entretoises metalliques entre la diode de roue libre, et les 2 mos, pour qu'ils soient tous les 3 en contact thermique avec le boitier. Il ne faudra pas oublier la pellicule de mica entre la diode et le 1er MOS et entre le 2eme MOS et le boitier, pour les isoler electriquement...

Pour le soft je vais partir sur les fonctionnalités suivantes :

- Gestion de la puissance moteur en fonction de la vitesse de rotation du pedalier. L'arret du pedalage coupe donc le moteur.
- Limitation en courant a 15 ou 20A
- Soft start pour un demarrage en douceur
- Limitation en courant pour ne pas que la tension batterie passe en dessous d'un certain voltage
- Coupure moteur si le frein est actionné. (coupure instantanée contrairement a la detection de l'arret de rotation du pedalier qui ne peut pas etre instantanée)

Question a Philippe : En general, la PWM des controleurs travaillent a quelle frequence ? Entre 5Khz et 10Khz ?
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Messagepar vehiculeselectriques » Mer 07 06 , 2006 14:17

Autour de 16khz
mais pour ton variateur à ce niveau de "puissance" c'est pas critique, çà le devient quand on joue avec des kilowatts...

Si tu as un oscillo, essai à 5khz, 10khz, 15khz en comparant les fronts du signal PWM, c'est très instructif :D
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