Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

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Bruno_Pau
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Message par Bruno_Pau » sam. 19 08 , 2017 15:55

Voilà, mon ami Gilbert m'a cédé une saxo électrique ... sans ses batteries d'origine Ni-Cd.

Les Ni-Cd devenant chères et de qualité douteuses d'occasion, j'ai donc décidé de les remplacer par des LiFePo4.

Mais:
[tab=30]Il faut revoir l'électronique de charge, car les LiFePo4 sont beaucoup plus fragiles que les Ni-Cd.
[tab=30]Chaque élément de batterie doit être surveillé indépendamment par un BMS (Battery Management System) car il ne faut en aucun cas dépasser la tension maxi en fin de charge (~3,65V).

Ayant dans un temps lointain reçu une formation d'électronicien, je vais concevoir de nouveaux BMS.

Les prochains BMS

Le cahier des charges:

[tab=30]- Chaque esclave lit la tension de son élément et renvoie l'information au maître
[tab=30]- Chaque esclave reçoit et exécute un ordre de commutation de la résistance by-pass en fin de charge pour l'équilibrage.


Les contraintes:
[tab=30]La carte esclave doit être alimenté par sa cellule (2,5V à 3,65V)
[tab=30]Les esclaves doivent être isolés entre eux puisqu'ils sont alimentés par leur cellule.
[tab=30]Le bus de communication doit donc être isolé (coupleurs optoélectroniques?)
[tab=30]Il est préférable de trouver une carte existante sur le marché car je ne suis pas capable de concevoir moi même une carte à base de micro-contrôleur.
[tab=30]Elle doit être de préférence économique puisque qu'il m'en faut à priori 40!

Les choix matériels:
[tab=30]Dans la famille Arduino, la carte Nano ATMega 328 répond à ces critères, au moins pour les cartes esclaves. Et chaque carte ne vaut que 2 ou 3 Euros. Elles sont programmable en C++, Langage que je connais bien.

Partage d'infos:
[tab=30]Le but n'étant absolument pas de les commercialiser par la suite, je compte fournir tous les plans et informations sur ce forum et sur le blog qui est rattaché :
https://sites.google.com/site/conceptio ... eslifepo4/

[tab=30]Toutes vos remarques seront les bienvenues.
[tab=30]D'ailleurs, si d'autres sont dans la même démarche, pourquoi ne pas travailler ensemble sur ce projet?
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Bruno_Pau » sam. 19 08 , 2017 16:07

Synoptique Général:
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Bruno_Pau » sam. 19 08 , 2017 16:30

Le Master BMS:

A priori, ce sera une carte RaspBerry PI qui:
[tab=30]- pilotera le chargeur du boitier Sagem grâce à un signal PWM (modulation de largeur d'impulsions) permettant de doser le courant envoyé aux batteries
[tab=30]- communiquera via une liaison série avec les 20 BMS esclaves
[tab=30]- communiquera en Bluetooth et/ou Wi-Fi vers un smartphone dans le véhicule

Les BMS Esclaves
[tab=30]En fait, comme la carte Nano demande un minimum de 3,3V pour fonctionner correctement, chaque carte Nano sera raccordée et contrôlera 2 éléments (ou groupe) de batteries.

Communication entre BMS
[tab=30]Par liaison série via opto-coupleurs et protocole hyper simplifié pour optimiser les temps de transmission.
[tab=30]Chaque BMS reçoit la trame du précédent, rajoute les valeurs des tensions des 2 cellules qu'il contrôle, et envoie tout ça au suivant...
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par moulino51 » sam. 19 08 , 2017 17:48

Bonsoir Bruno,


Bienvenu sur cet unique forum :D

Félicitations pour ce projet et surtout pour le partage


"On ne vient pas de nulle part et serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !"

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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Antoine » dim. 20 08 , 2017 23:00

Ce travail a déjà été fait, bien fait, parfaitement fait, de manière collaborative par les membres du forum pour guider un expert aux compétences très éprouvées dans le domaine. Son BMS fonctionne tous les jours sur plusieurs véhicules, ... ne pas réinventer l'eau chaude !!

topic8694.html?hilit=bms%20parfait
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Bruno_Pau » lun. 21 08 , 2017 7:38

Antoine a écrit :Ce travail a déjà été fait, bien fait, parfaitement fait, de manière collaborative
Merci Antoine pour cette remarque.
Tout à fait vrai, ce travail a déjà été fait, très bien fait, et je j'ai suivi avec beaucoup d'attention.
Mais malheureusement il n'est pas si collaboratif que ça puisque nlc n'a pas fourni le schéma de principe ni le code.
Son objectif, annoncé dès le départ était d'éventuellement le commercialiser, ce qu'il n'a finalement pas fait, sans doute trop occupé par ailleurs..

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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par dirk pitt » lun. 21 08 , 2017 10:33

question: pourquoi 1 arduino nano pour 2 cellules seulement? il y a plus d'E/S dispo. autant limiter les chaînages. Le bon compromis me parait plutot de 4 cellules. tu serais, de plus compatible avec les batteries lifepo4 4S (12V) qui sont utilisées dans plein d'autres applications.
autre suggestion: faire une carte d'equilibrage séparée de la partie surveillance tension par le nano.
tu auras ainsi une petite carte unitaire avec transistor de puissance et resistance montée en direct sur chaque cellule et une carte nano pour 4 cellules.
comme tu vas t'en apercevoir, la carte d'equilibrage ne sera pas forcement necessaire si tes lifepo4 sont de bonne qualité avec peu de dispersion. ( ce qui a l'air d'etre le cas si je me refere aux photos de tes batteries que je connais).
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Bruno_Pau » mar. 22 08 , 2017 16:55

dirk pitt a écrit :question: pourquoi 1 arduino nano pour 2 cellules seulement? il y a plus d'E/S dispo. autant limiter les chaînages. Le bon compromis me parait plutot de 4 cellules.
Pourquoi pas?
Mais pour contrôler 4 cellules au lieu de 2 je suis obligé :
- soit de diviser par 2 la précision (les convertisseurs sont de 10 bits seulement et les entrées 0-5V)
- soit de rajouter un montage avec plusieurs ampli OP en différentiel, ce que je voudrais éviter
dirk pitt a écrit :autre suggestion: faire une carte d'equilibrage séparée de la partie surveillance tension par le nano.
tu auras ainsi une petite carte unitaire avec transistor de puissance et resistance montée en direct sur chaque cellule et une carte nano pour 4 cellules.
Donc au final ça consomme autant de cartes nano?
dirk pitt a écrit :comme tu vas t'en apercevoir, la carte d'equilibrage ne sera pas forcement necessaire si tes lifepo4 sont de bonne qualité avec peu de dispersion. ( ce qui a l'air d'etre le cas si je me refere aux photos de tes batteries que je connais).
Certaines des cellules que nous avons récupérées sont en mauvais état, suite sans doute au gel de cet hiver.
Je préfère donc garder cet équilibrage...

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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Citro » ven. 25 08 , 2017 8:18

Bruno a déjà argumenté ces choix hardware par sa volonté d'utiliser des briques existantes plutôt que d'en concevoir de A à Z.
Il va ensuite concevoir la partie software, utilisant ainsi des compétences qu'il possède.

L'objet de ce topic n'est pas de remettre en cause ses choix hardware pour le convaincre d'opter pour un BMS du marché.
Nous devons échanger pour partager nos avis et expérience sur le reste ce qui n'est pas mince...

- Valeur de la résistance d'équilibrage
- Mode de communication Esclaves / Master
- Communication Master / Sagem
- Interfaçage Master tableau de bord
-...
L'electricité, c'est LA solution.

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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Bruno_Pau » mar. 07 11 , 2017 12:29

Finalement dirk pitt avait raison, je vais partir sur des BMS qui contrôleront 4 cellules au lieu de 2, pour un problème de tension d'alimentation.
En effet, 2 cellules ne sont pas suffisantes pour alimenter la carte arduino, si les tensions ont sérieusement baissées (2,5V par cellule).

D'autre part, en examinant de plus prêt et en testant les petites cartes qui étaient collées aux cellules, je me suis rendu compte qu'elles étaient totalement autonomes:
En cas de tension supérieure à 3,65V, les 3 résistances de 47 Ohms montées en parallèle dérivent un courant de 0,25 A pour l'équilibrage.

Plus besoin que je le prévois sur mes BMS, le schéma s'en trouve donc bien simplifié.

Mes BMS restent tout de même indispensables pour surveiller les tensions de chaque élément et les envoyer au BMS Maître.

Le circuit imprimé BMS esclave proto est en fabrication...
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Bruno_Pau » mar. 07 11 , 2017 12:49

Fabrication de nouveaux bacs

Les nouvelles batteries ne passent plus dans les anciens bacs.

D'autre part, je tiens absolument à avoir un accès facile aux packs batteries sans avoir à mettre la Saxo sur le pont et avoir besoin d'un élévateur, comme lors du démontage.
demontage_anciens_pacs.jpg

Le bac arrière sera donc plus haut (367 mm) et disposera d'un accès par le coffre arrière.
28 groupes seront installés dans ce bac : ( 7 x 4 )
Chaque groupe comportant 30 cellules de 5 Ah en parallèle soient 150 Ah

Le bac arrière dépassera de 10 cm à l'intérieur du coffre.


Un deuxième bac viendra à la place d'un des passagers arrière et contiendra 16 groupes : ( 4 x 4 )

La tension nominale sera de 44 x 3,3 = 145,2V
La capacité totale sera donc de 145,2 x 150 = 21,78 KWh

On pourra donc espérer une autonomie de ~140 km.
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par vehiculeselectriques » mar. 07 11 , 2017 14:38

super projet, si je peux me permettre une remarque technique qui fera débat ...peut-être...
à mon sens la majorité des BMS font fausse route en équilibrant par le haut, si vraiment de devais le faire j'équilibrerai >ponctuellement< et en fin de décharge par le bas !
Si j'avais le temps de concevoir un BMS je ferais un système de monitoring simple au TDB avec alarme de seuils, mesure température sur le plus de la cellule la plus au centre des autres et mesure des tensions individuelles (qui a reconnu le cell-log :mrgreen: )
J'ajouterai un boitier externe IP66 avec l'arrivée d'un câblage en 1mm permettant un équilibrage manuel des cellules... si besoin était...
car, pour mon expérience, un pack qui a été bien préparé (tri par capacité, impédance et résistance interne) ne se déséquilibre pas de manière significative;
alors que je lis pleins d'expérience de BMS qui déséquilibrent les cellules, vident les batteries en stockage etc. quand ils ne mettent carrément pas le feu :roll:
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par dirk pitt » mar. 07 11 , 2017 15:15

yes: equilibrage quasiment non necessaire et tu as les petites cartes d'equilibrage autonome.

par contre ton idée de nouveau bac a batterie plus haut ne passera pas le controle technique. tu vas découper le fond de coffre de la voiture.
dommage de tuer une saxo .
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par Antoine » mar. 07 11 , 2017 15:23

Rigidité moindre de la caisse en cas de choc, et les cellules risque de venir t'écraser le dos. De plus il n'y aurait plus de séparation net de la HT avec les occupants.
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Re: Conception de BMS pour une Saxo LiFePo4

Message par rover17 » mar. 07 11 , 2017 19:40

"Chaque esclave reçoit et exécute un ordre de commutation de la résistance by-pass en fin de charge pour l'équilibrage."

Si je comprends bien , l'équilibrage des cellules se fait donc par décharge , vers la tension de la plus faible :?:
Exact ou pas :idea:
Le VE , j'y viendrais ...

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