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Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire



  1. #1
    Mathieu_M

    Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire


    ------

    Bonjour à tous,

    Pour présenter ma situation en quelques mots : je suis actuellement stagiaire en fin d'études dans une grande entreprise, et travaille sur un projet visant l'alimentation de matériels via l'énergie solaire.

    En outre, une application consiste à concevoir un système photo voltaique permettant l'alimentation d'enregistreurs de faible conso (2 - 3W environ). En ce sens, nous sommes partis sur une idée originale d'exploiter des batteries NiMh au lieu des accu au plomb classique. Je sais qu'en règle générale celà est déconseillé mais il s'agit là de faibles puissances en jeu.



    Pour en venir (enfin^^) au problème :

    -Les panneaux utilisés sont des Sun Power 300 (puissance crête de l'ordre de 300W autour de 1000W/m²)

    -La capacité batterie a été dimensionnée entre 15 et 20 Ah (16Ah par ex)



    ==> Je compte réaliser une logique de commande qui intégre 2 batteries Ni Mh (par ex : deux batteries de 8Ah chacune).
    Ex pour deux jours d'utilisation :

    -La batterie n°1 se charge de 10h à 18h (ex pour moi de mars), et délivre son énergie de 18h de ce jour jusque 18h au lendemain (durée de charge = 8h et

    durée de décharge = 24h)

    -La batterie n°2 fournissait de l'énergie depuis 18h la veille jusque 18h de ce jour, se recharge de 10h à 18h du lendemain (idem batterie 1 décalé d'un jour), et commence à fournir de l'énergie de 18h (lendemain) jusque 18h du jour d'après demain.

    En gros la charge est toujours alimentée, Tps charge = 8h, Tps décharge = 24h. (Une batterie de 8Ah suffirai à fournir 3W pour 24h)

    Le système fonctionnerai sous une tension de 12V.


    Le soucis concerne la charge des batteries. A partir du panneau, il me faudrai obtenir un courant de charge d'environ 1A minimum, voir 1.5 constant pour un temps entre 10h et 18h (le rayonnement solaire étant d'au moins 200W/m² aux heures extrêmes dans l'étude). Ce courant permetterai de charger l'accu

    (ex : 1A pour 8A ==> Ok pour un accu de 8Ah) et j'envisage d'incorporer un système permettant de calculer en temps réel l'énergie reçue et fournie pour estimer le niveau de charge de la batterie NiMh.


    Je suis donc en recherche de systèmes permettant de fournir ce courant à partir d'un panneau comme celui ci. Je pense au LM317 mais je me pose des questions pour la tension et le courant d'entrée, et tension de sortie.

    En effet pour charger un accu NiMh il faut apparemment 1.4V / cellules, soit 16.9 V pour une batterie 12V. (Le LM317 pourrait il convenir à une telle charge, avec un courant de 1A - 1.5A ?)

    Egalement, si on regarde la caractéristique I-V du panneau :




    ==> pour une irradience de 200W/m², le panneau peut débiter 1A pour une tension pouvant aller jusqu'à 50V.

    Ma question est donc, par quels moyens pourrais-je obtenir par ex une tension deux fois plus faible mais un courant deux fois plus élevé ? (convertisseur DC - DC de faible consommation, simple à réaliser ? quels composants? ...)
    Car ainsi je disposerai d'un courant plus intéressant pour la charge.


    Le top serai un convertisseur me permettant d'ajuster le courant de sortie et la tension, tout en permettant d'obtenir un courant en sortie plus élevé qu'en entrée (donc la tension de sortie abaissée), je suis à la recherche de montages et solutions pratiques pour celà (sachant que ces montages doivent consommer assez peu devant les 3 W du système).



    Voilà pour l'essentiel, je vous serai reconnaissant si vous pouvez m'apporter des voies de recherches / solutions pour ces interrogations. Je reste bien entendu à votre dispositions poiur d'autres informations ou précisions.


    Merci à vous de m'avoir lu jusque là !

    Mathieu

    -----

  2. Publicité
  3. #2
    F1TVB

    Re : Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire

    Bonjour
    Sans trop de détail, un convertisseur à découpage répond à la question.
    Il consomme peu, rendement environ > à 80%, PWM facile à gérer, régulation en tension et courant.
    Le LM317 est la mauvaise solution, car l'énergie non consommée est dissipée en chaleur.
    Si on considère une moyenne de 5 A pour 30 v --> soit 150 Watts on
    peu extraire sous 14 volts 150/14 = 10.7 Ampères, même avec un rendement de 80% il reste disponible 8.5 Ampères environ.
    Une seule batterie de capacité suffisante est une meilleure solution, sinon obligation d'adapter la charge en fonction des batteries et consommation inutile pour les commutations. Pour une charge plus rapide, compte tenu de l'énergie disponible, les LIPO sont plus adaptées.(en bloc de 3.6 volts montés en série, et de capacité 4000 Ma ou plus). Le panneau me semble disproportionné pour l'usage prévu. Pour l'utilisation de l'énergie , un régulateur permet de garder une tension constante et laisse les batteries en tampon pendant la charge.
    Pour les régulateurs à découpage, il existe beaucoup de schéma sur la toile..
    Voila, bon courage

  4. #3
    Mathieu_M

    Re : Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire

    Bonjour,

    Merci pour votre réponse,

    Alors concernant le panneau la puissance crête semble effectivement disproportionnée, mais une simulation avec des logiciels développés en interne ont montré qu'ils ne le sont pas tant que ca (pour une utilisation par ex. en décembre en france).


    Auriez vous des liens à m'indiquer pour ce type de convertisseurs?



    En fait oui on rencontre souvent du Lipo, on m'a cependant demandé d'étudier en priorité le NiMh donc je suis en train d'évaluer les possibilités avec ce type d'accumulateurs.


    Egalement, concernant le management de charge pour la batterie je pense m'orienter vers un microcontroleur (ex. PIC de microchip) qui calcule en temps réel l'énergie absorbée et restituée, ...
    Connaitriez vous des liens vers ce type de mesure ("coulombmétrique") ou encore des circuits capables de réaliser cette fonction sur un accu NiMh 12V 8Ah par ex?


    Pour finir, Pourriez vous me confirmer qu'il faut une tension supérieure à 16V pour charger un accu Ni mh de 12V - 8Ah par ex ? (apapremment 1.41V / cellule)



    Merci à vous tous ,

    bonne journée


    Mathieu

  5. #4
    F1TVB

    Re : Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire

    Bonjour
    Les convertisseurs entre dans la catégorie courant continu/courant continu et
    sont élévateurs ou réducteurs. Sur la toile, il suffit de chercher alim à découpage ou convertisseur CC/CC.
    Les LIPO acceptent une charge plus rapide que les NiMh si on surveille la température.
    La mesure de débit ou de charge consiste à mesurer une tension au borne d'une résistance placée dans le circuit. La tension, au borne permet de connaitre l'intensité donc la puissance en watt (ou coulonb si on tient compte du temps). Il existe d'autre méthode, mais c'est la plus simple.
    Pour charger un accus il faut un courant, celui ci dépend de la résistance interne de l'accus. Donc plus on augmente la tension plus le courant augmente. Un suivi de tension au borne de l'accus permet de définir la fin de charge (donc de réguler le courant de charge).
    Pour la capacité batterie/panneau le choix doit être la durée max de fonctionnement sans charge diminué du temps de recharge sur un accus en fin de décharge.(pas facile dans la région du cercle polaire.....

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Mathieu_M

    Re : Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire

    Posté le : Ven Mars 05, 2010 14:46 pm


    --------------------------------------------------------------------------------

    Bonjour et merci beaucoup pour votre réaction.


    Je pense donc m'adapter aux saisons pour ajuster les cycles de charge/décharge et en conséquence les capacités batteries (je vais maintenir le choix de l'alternance entre les 2 pour des raisons technologiques liées au type d'accu NiMh)



    Je m'interogeai à nouveau sur un point :

    Mon panneau débitant admettons 0.5A sous 40V lors d'un rayonnement de 100W/m², (en estimant à la louche via le graphe suvant




    Alors serai il possible qu'un régulateur connecté à celui ci, de type LM2576, puisse débiter 1A sous 17V pour la charge d'un accu NiMh 12V ? (ce cas étant défavorable, admettons qu'on puisse avoir au moins 100 W/m² sur 6 à 8 h en hiver)






    Concernant le Micro-controlleur, je compte donc le dédier à la mesure des courants de charge et de décharge des batteries afin d'estimer leur niveau de charge (connaissant leur état de charge initial au début du process, via une mesure de tension à vide après repos)

    De cette manière, je pourrais ainsi ne pas m'occuper de la régulation de la valeur du courant de charge de la batterie, qui dépendrai uniquement de la production du PV, et donc stopper la charge de la batt - et gérer la commutation entre les deux via le uC.
    Qu'en pensez vous?


    Je compte me servir d'un PIC (Microchip), les ayant déjà utilisé dans diverses applications.


    Merci encore,

    Mathieu

  8. #6
    F1TVB

    Re : Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire

    Bonjour
    Si 0.5 A et 40 volts --->20 watts
    Pour debiter 1 A sous 17 volts 17 watts reste 3 watts (perte et le reste en chaleur)
    Donc c'est possible.
    Rappel pour charger un accus il faut un courant si on met 12 volts au borne d'un accus qui fait 12 volts il n'y a pas de charge (pa

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  10. #7
    F1TVB

    Re : Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire

    zut j'ai glissé....
    Pour la mesure de la charge le PIC dispose de CAN donc no pbs.
    Voila, voila, bon courage.

  11. #8
    Mathieu_M

    Re : Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire

    Bonjour et merci pour votre réponse,

    D'après vous, quelle doit être la tension de sortie d'un convertisseur DC/DC pour charger un accu NiMh de 12V?

    Egalement, que pensez vous du LM 2576 pour charger ce type d'accu avec un SunPower 300 en entrée? n'y a t'il pas de problème d'adaptation particulier?



    Pour terminer, je pense intégrer un micro contrôleur à base de PIC afin de contrôler les courants entrants et sortants (pour l'accu), et déterminer l'état de charge en temps réel.

    Et donc , j'aimerai implémenter un algorithme MPPT au niveau du PIC venant mesurer la puissance disponible et agir sur le courant de charge en fonction de l'éclairement recu. Cependant je ne vois pas concrètement comment agir sur ce courant avec un microcontroleur... Si vous avez des suggestions sur la mise en place d'un tel algorithme sur PIC...


    Merci par avance,

  12. #9
    PA5CAL

    Re : Projet utilisation batteries Ni-Mh dans application solaire

    Citation Envoyé par Mathieu_M Voir le message
    D'après vous, quelle doit être la tension de sortie d'un convertisseur DC/DC pour charger un accu NiMh de 12V?
    Pour pouvoir charger une batterie NiMH de 12V (dix éléments) à une température au-dessus de 0°C, il convient de disposer d'une tension supérieure à 16V. La tension nécessaire est d'autant plus importante que la température est basse.

    La charge se pratiquant normalement à courant constant, il faut faire suivre le convertisseur DC/DC par un circuit de limitation du courant, ce qui exige généralement une tension de départ encore supérieure (à moins d'intégrer cette limitation au convertisseur, ou de recourir directement à un convertisseur tension-courant).

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