Le BMS parfait !?

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nlc
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Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 0:23

Je suis en train de développer un BMS évolué, dans l'optique de le commercialiser, et souhaiterais vos avis !

Le constat c'est qu'il est difficile de trouver un BMS fiable, performant en terme de fonctionnalités et à prix raisonnable. Autre constat, c'est que les spaghetti de fils, c'est chiant !
Le principe de petites cartes électroniques directement montées entre les pôles + et - des éléments évite les spaghetti de fils et simplifie le câblage.
Ces petites cartes ont pour mission de mesurer la tension de l'élément, sa température, éventuellement de dévier un peu de courant de l'élément pour faire de l'équilibrage. Les infos température et voltage sont alors renvoyées vers une "carte mère" BMS, qui peut ensuite prendre les décisions, c'est elle qui apporte donc les fonctionnalités.

Le développement de la carte élément BMS est terminé, ça donne ça :

Image

Ca parait gros mais en fait non :lol:

En réalité la carte fait 28x20mm. Aux 2 extrémités on vient souder 2 fils pour aller se connecter aux pôles de l'élément (avec des cosses par exemple), ou bien on peut directement souder une cosse à gauche du circuit pour venir visser directement l'ensemble sur le pôle négatif de l'élément. Dans ce cas de figure ça donne un bon transfert thermique vers le capteur de température tout en haut à gauche, qui permettra de détecter facilement une surchauffe des connexions.

Ensuite pour le reste du câblage, chaque élément BMS est simplement connecté au suivant par un fil. De la pin O (comme Out) on va vers la pin I (comme Input) de la carte suivante. Puis la première carte du pack ainsi que la dernière sont reliées à la carte mère par 2 fils non polarisés (L/L comme Low, donc 1er élément du pack), et (H/H comme High, donc le dernier élément du pack). Ces fils ne transitent que des basses tension et sont isolés donc peuvent être manipulés et ramenés dans l'habitacle sans danger.

La carte mère vient interroger périodiquement les éléments BMS, qui lui retournent tensions et températures des éléments. Il n'y aucun paramétrage d'adresse à faire, la numérotation est automatique, et la carte mère détermine toute seule le nombre d'élément du pack. Chaque élément est donc numéroté, pratique pour le monitoring précis de chaque élément du pack. Chaque trame de requête envoyée par la carte mère, quand elle arrive sur un élément, provoque le flash d'une led. Ce qui provoque un joli chenillard visuel pendant le fonctionnement. Du coup, en cas de panne d'un élément BMS ou d'une défaillance dans le câblage, la panne se situe forcément à l'endroit où le chenillard visuel s'est arrêté, dépannage simple et efficace !

La carte mère peut également définir si tel ou tel élément doit activer son courant d'équilibrage ou non.

Contrairement à d'autres systèmes BMS qui utilisent ce principe, si une carte élément BMS est en panne, ça bloque la chaîne donc la carte mère le détecte immédiatement, gage de sécurité pour le pack !

Ce principe modulaire permet ensuite d'avoir des cartes mères différentes en fonction de ce que chacun à besoin. Mais il faut bien que je commence par en créer une, je voudrais commencer par le modèle "premier prix", et du coup je m'interrogeais des fonctionnalités minimales qu'il faudrait implémenter !?
J'ai déjà des idées mais je ne voudrais pas vous influencer !!
Modifié en dernier par nlc le ven. 24 02 , 2012 0:43, modifié 1 fois.
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Re: Le BMS parfait !?

Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 0:40

28x20mm en taille réelle ça donne ça (si vous êtes réglé en 96dpi au niveau de l'écran) :

Image

C'est mimi hein !? :lol:
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Re: Le BMS parfait !?

Message par bonsai » ven. 24 02 , 2012 0:49

Limite d'intensité en charge ou décharge?
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Re: Le BMS parfait !?

Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 1:00

Aucune limite, le courant ne circule pas dans les éléments BMS.

Ensuite si besoin une mesure du courant peut s'effectuer par la carte mère par un capteur de courant optionnel. La carte mère pourrait décider de couper le contacteur pour sauvegarder la batterie par exemple.
Mais dans le cadre de tout ce qui n'est pas vélo électrique, j'ai toujours trouvé dangereux que le BMS puisse décider de couper d'un coup. Je pense qu'avec un BMS comme ça vu que le suivi de chaque élément est permanent il vaut mieux indiquer à l'utilisateur qu'il faut qu'il arrête de décharger le pack !

Je pense qu'il faudrait pouvoir configurer 2 seuils : 1er seuil pour alerter l'utilisateur (buzzer + led pour la version premier prix, buzzer+écran pour des versions plus évoluées !?), et 2eme seuil pour couper le contacteur principal si l'utilisateur le désire.
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Re: Le BMS parfait !?

Message par greenvision » ven. 24 02 , 2012 6:55

Salut

réinvente pas la roue, car ce produit existe déjà (mais un peu chère)
http://products.elithion.com/lithiumate ... boards.php
Que apport de plus votre système ?

Cordialement
En vert et pour tous http://www.green-vision.fr

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Re: Le BMS parfait !?

Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 10:41

greenvision a écrit :Salut
Salut !
greenvision a écrit : réinvente pas la roue, car ce produit existe déjà (mais un peu chère)

http://products.elithion.com/lithiumate ... boards.php
Oui comme dans tous les domaines, il y a plusieurs fabricants ;)
D'ailleurs tu dis qu'ils sont un peu chers, mais difficile d'avoir une idée ils ne donnent pas les prix, tu leur as déjà demandé un chiffrage ?
greenvision a écrit : Que apport de plus votre système ?
Ce qui me vient à l'esprit en vrac :

- J'ai un doute sur la précision de leur carte élément, j'en ai une à la maison qu'un ami m'a donné (carte en panne), et le microcontrôleur qu'ils utilisent contient un convertisseur analogique digital de seulement 8 bits. Donc seulement 256 valeurs, soit une résolution de mesure de 15mV sous 3.6V. De plus la technique de mesure utilise une référence externe connectée sur une entrée analogique du µC, qui doit forcément avoir une valeur inférieure à la tension minimale de l'élément à mesurer, soit < 2V. Et si par exemple la référence fait 1.8V, 1 pas d'adc sur la mesure de cette tension référence correspond à 2 pas sur la tension d'alim si elle est à 3.6V. Du coup la précision annoncée de +/-15mV est commerciale et trompeuse, il s'agit de la résolution de mesure de l'adc mais nullement de la précision finale de la mesure.
J'utilise le même principe pour la mesure mais avec une résolution 4 fois meilleure (convertisseur analogique digital 10 bits), et en utilisant une référence de tension de précision (+/-0.25%)

- Le capteur de température n'est pas bien placé sur leur carte, moi je l'ai mis au plus près de la cosse de masse, permettant une plus grande précision et réactivité de la mesure.

- D'après l'ami qui m'a donné la carte, le BMS ne sait pas quand un des éléments est en panne. Mais là je suis pas complètement sûr car techniquement je vois pas ce qui empêcherait de le faire, si quelqu'un a la réponse ?

- Il s'agit d'un produit achetable uniquement à l'étranger, donc frais de port non négligeables, frais de douane non négligeables, et SAV plus compliqué. De mon côté il s'agirait donc d'un BMS conçu en France, donc contact direct pour le SAV ou l'aide technique, mais également câblé, programmé, et testé en France, ça j'y tiens !

- Le prix (en comptant douane et port) !? Mais pour l'instant difficile d'être trop affirmatif ils ne donnent pas les prix sur le site ^^
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Re: Le BMS parfait !?

Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 12:49

Pour l'argument prix, j'ai trouvé un revendeur qui donne les prix : http://www.evolveelectrics.com/Lithiumate_Lite.html

Il est donné pour 399$ pour 16 cellules. D'après la courbe pour un véhicule avec 40 cellules ça coûte environ 650$.
Ils disent "Lowest priced digital Li-Ion BMS". Et bien moi je trouve ça cher ! D'autant plus qu'il faut rajouter la douane et le transport ! :twisted:

Et c'est le modèle Lite en plus, pas le modèle Pro !
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Re: Le BMS parfait !?

Message par Citro » ven. 24 02 , 2012 14:06

nlc a écrit :Aucune limite, le courant ne circule pas dans les éléments BMS.
Cela signifie qu'il ne protège pas l'élément lithium des surtentions et surintensités. :?:
Je croyais que le BMS dérivait le courant pour ne pas soummettre la batterie à des valeurs limites (écrétage). :?

Sinon, tu me fait saliver avec tes résolutions de mesure à 0.25%. Quand je vois les affichages délirants obtenus avec les circuits Chinois trouvés sur ebay. :roll:
L'electricité, c'est LA solution.

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Re: Le BMS parfait !?

Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 14:22

Citro a écrit :Cela signifie qu'il ne protège pas l'élément lithium des surtentions et surintensités. :?:
La petite carte ci dessus ne mesure que la tension de l'élément, sa température, et permet d'activer la déviation de courant (de l'ordre de 200mA, "augmentable" avec une résistance de puissance soudée à la carte). La carte mère étant informée des tensions de chaque élément, elle peut prendre les décisions qui s'imposent :

- Stopper la charge car au moins un élément a atteint sa tension max
- Stopper ou indiquer qu'il faut stopper la décharge car au moins un élément a atteint son seuil min

Le courant fourni par le pack circule de manière identique dans tous les éléments, il est donc mesuré une seule fois par la carte mère, avec un capteur de courant isolé, et permet également de prendre des décisions :

- Stopper ou indiquer qu'il faut stopper ou baisser le courant de décharge car le courant dépasse le seuil configuré.
- Stopper la charge en cas de défaut par exemple si le courant est trop important, ou s'il passe sous le seuil configuré (généralement C/10 ou C/20 je crois ?)
Citro a écrit : Je croyais que le BMS dérivait le courant pour ne pas soummettre la batterie à des valeurs limites (écrétage). :?
Non la dérive du courant n'est pas faite pour écrêter les valeurs limites, ça sert uniquement pour l'équilibrage : le principe c'est que lors de la charge, dès qu'un élément est plein, on active la déviation de courant et on dit au chargeur de passer en charge courant faible. Comme ça cet élément plein ne se charge plus (le courant est dévié pour éviter sa surcharge), et ça permet de continuer à charger les autres.
Citro a écrit : Sinon, tu me fait saliver avec tes résolutions de mesure à 0.25%. Quand je vois les affichages délirants obtenus avec les circuits Chinois trouvés sur ebay. :roll:
Oui mon objectif c'est super rapport qualité/prix/précision/fonctionnalités !

Une fonction que je compte implémenter dans la carte mère par exemple, c'est le datalogging : dur de garder les yeux figés à un écran quand on conduit pour surveiller les tensions éléments. Avec le datalogging ça permet tranquillement d'analyser les tensions de chaque élément en fonction du courant fournis ou absorbé par le pack. Du coup il devient facile de repérer et diagnostiquer un élément un peu faiblard qui s'écroule plus que les autres quand on tire sur le pack.
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Re: Le BMS parfait !?

Message par triphase » ven. 24 02 , 2012 17:35

Fort intéressant!

N'oublie pas d'étudier les diverses stratégies d'équilibrage déjà "inventées" par d'autres. Par exemple dériver un élément lorsqu'il arrive à 4,2V est le degré zéro de l'intelligence. Pas besoin de microcontrôleur pour ça, les BMS simplistes de vélo à base de comparateurs le font très bien. Si déjà tu mets du logiciel, pense à y injecter de l'astuce :D
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Re: Le BMS parfait !?

Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 17:46

J'y songe oui ! Pour éviter les mises à jour soft des cartes éléments BMS, elles seront purement "esclaves" : réponse aux trames d'interrogation tension/température et activation/désactivation de la déviation de courant à la demande de la carte mère (avec quand même une coupure automatique de la déviation sur timeout...).

Du coup y a moyen de facilement tester différentes stratégie. La première étant bien évidemment de piloter la déviation d'équilibrage avant le seuil de 4.2V (ou 3.65V en lifepo4), en fonction de l'évolution de la tension de charge, par anticipation.
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Re: Le BMS parfait !?

Message par romelec » ven. 24 02 , 2012 21:40

Quelle est la référence du microcontrôleur ?

Penses à gérer le paramétrage du BMS par un fichier dans le style config.ini mis dans la carte SD ou clé USB du datalogging.
Et qui dit datalogging dit logiciel pour traiter les données. Compatibilité avec LogView ?

Il faudrait pouvoir définir une variation des seuils de tension en fonction de la température, à utiliser avec des pincettes bien entendu.

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Re: Le BMS parfait !?

Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 22:14

romelec a écrit :Quelle est la référence du microcontrôleur ?
Ah, un électronicien :lol:
C'est un microchip, le moins cher qui existe avec ADC 10 bits, je te laisse chercher pour voir si y a encore moins cher que celui que j'ai trouvé ou pas !! :lol:
romelec a écrit : Penses à gérer le paramétrage du BMS par un fichier dans le style config.ini mis dans la carte SD ou clé USB du datalogging.
Oui c'est prévu pour la config dans la carte SD qui sert aussi au datalogging. Config possible aussi par RS232 (rs232 over usb), en ligne de commande, et possibilité d'activer le log pour sortie sur l'usb. Ca permet de facilement faire une interface PC de config + supervision temps réel des tensions/température et courant batterie. Genre une appli en QT par exemple pour être multi plateforme.
romelec a écrit : Et qui dit datalogging dit logiciel pour traiter les données. Compatibilité avec LogView ?
Je ne connais pas log view, mais avec un format de sortie du style d'un fichier CSV à mon avis ça doit pouvoir s'ouvrir facilement avec n'importe quoi. Sinon doit y avoir moyen de facilement adapter le format de sortie, tu sais de quel type il est ?
romelec a écrit : Il faudrait pouvoir définir une variation des seuils de tension en fonction de la température, à utiliser avec des pincettes bien entendu.
[/quote]

Tout est faisable, mais bon c'est plus pour les cas extrême de grand froid je suppose ?
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Re: Le BMS parfait !?

Message par nlc » ven. 24 02 , 2012 22:35

nlc a écrit :
romelec a écrit :Quelle est la référence du microcontrôleur ?
Ah, un électronicien :lol:
C'est un microchip, le moins cher qui existe avec ADC 10 bits, je te laisse chercher pour voir si y a encore moins cher que celui que j'ai trouvé ou pas !! :lol:
Arf du coup j'ai refait un tour sur le site de microchip, j'ai trouvé moins cher :lol: Bon il n' a pas d'uart mais c'est émulable en soft facilement
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Re: Le BMS parfait !?

Message par romelec » ven. 24 02 , 2012 23:12

nlc a écrit :C'est un microchip, le moins cher qui existe avec ADC 10 bits, je te laisse chercher pour voir si y a encore moins cher que celui que j'ai trouvé ou pas !! :lol:
En 14 pattes je pensais au 16F1823 :wink:
C'est peut-être pas le moins cher mais sa version 8 pattes m'a bien tapé dans l'oeil.
J'ai fais un proto il y a quelques mois avec le 12F1822 mais j'ai pas encore eu le temps de commencer le soft...
Le principe est exactement le même que pour toi (sauf que je ferai une seule carte pour 24 cellules et que je ne commercialiserai pas)

L'UART soft c'est bien, mais le hard avec les interruptions c'est mieux !
nlc a écrit :Genre une appli en QT par exemple pour être multi plateforme.
Bon plan que de faire du multi plateforme
nlc a écrit : Je ne connais pas log view, mais avec un format de sortie du style d'un fichier CSV à mon avis ça doit pouvoir s'ouvrir facilement avec n'importe quoi. Sinon doit y avoir moyen de facilement adapter le format de sortie, tu sais de quel type il est ?
C'est plus ou moins du CSV, mais quand j'avais regardé ce logiciel ne supportait des données que d'une liaison série, pas à partir d'un fichier. Sur le forum ils parlaient d'une future version acceptant des fichiers
Il est très utilisé pour les chargeurs de modélisme par exemple.

Mais si tu sais développer des applis PC c'est pas plus mal d'en faire un spécialisé, perso je me contente de faire de l'embarqué !
nlc a écrit :
romelec a écrit : Il faudrait pouvoir définir une variation des seuils de tension en fonction de la température, à utiliser avec des pincettes bien entendu.
Tout est faisable, mais bon c'est plus pour les cas extrême de grand froid je suppose ?
Tout dépend de la limite basse. Si elle est à 2v il n'y en a pas besoin, mais en mettant une limite plus conservative le BMS coupera beaucoup plus tôt en cas de froid.

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