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Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057?



  1. #1
    AmigaOS

    Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057?


    ------

    Bonjour

    J'aurais besoin de concevoir un chargeur de batterie Li-ion composé de 5 éléments. Vu que je ne trouve aucun circuit adapté qui n'est pas en QFN je me suis demandé s'il n'est pas possible de le réaliser à partir d'un CI de chargeur à un élément en référençant sa masse par rapport à 4*4.2V et en rajoutant un circuit qui sert de BMS en sortie.
    Qu'en pensez vous ? Ça péterait ou pas ?

    Chargeur Li-ion.PNG

    Merci

    -----

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  3. #2
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Bonjour,

    il est très déconseillé de faire ainsi.
    Pour plusieurs raisons dont celles-ci entre autres:

    1/ le référentiel du circuit chargeur sera différent de celui de la batterie, or pour les besoins de la régulation cela posera quelques problèmes de stabilités.
    2/ le circuit chargeur possède une limite en tension max admissible, lorsque votre alim 24V sera mise OFF le BQ2057 aura son Vss au même potentiel que le -bat et il "verra" la tension des 5 cellules en série, ce qui conduira à sa destruction. Cela oblige à prévoir un délestage sécurisé qui complexifiera la schématique.

    Le mieux est de réaliser un DC/DC qui aura une régulation CC-CV, dont la tension sera calée sur le CV, soit ici 21V, et le CC selon le courant souhaitable pour la référence de votre assemblage.

    Il faut donc connaitre la référence de votre cellule pour pouvoir vous aider à aller plus loin dans cette conception.
    Par ailleurs il faut éviter les LDO dans ce genre d'application et préférer un découpage, le but étant d'avoir un rendement maximum.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  4. #3
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    lorsque votre alim 24V sera mise OFF le BQ2057 aura son Vss au même potentiel que le -bat et il "verra" la tension des 5 cellules en série, ce qui conduira à sa destruction.
    Tout à fait Merci de l'avoir noté.
    Le mieux est de réaliser un DC/DC qui aura une régulation CC-CV, dont la tension sera calée sur le CV, soit ici 21V, et le CC selon le courant souhaitable pour la référence de votre assemblage.
    J'y ai pensé, mais je me demande s'il faut rajouter quelque chose qui coupe une fois que la batterie est sensé être pleine ou si c'est ok de laisser faire ça le BMS.

  5. #4
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Un circuit BMS moderne fonctionne selon une machine d'états et doit être pensés "système", que ce soit avec la source de charge ou l'application.
    Pour cela il est recommandé d'associer un bus de communication entre les différentes parties de ce système.

    La batterie est, et doit être, le chef d'orchestre du système en ce qui concerne l'énergie (gestion et protection).

    Selon les différentes phases de fonctionnement, charge/ décharge/ stand-by, le BMS se mettra automatiquement dans le mode de consommation adapté, normal, iddle, sleep ou shutdown.
    Pour cela il surveillera les besoins de l'application ou les moyens de recharge disponible du système.

    Les circuits disponibles sur le marché répondent tous à cela afin d'optimiser le rendement général et d'avoir un comportement déterministe pour prévenir sur l'autonomie restante ou la durée de la charge en cours, les protections doivent être cadrées selon les recommandations du fabricant de la cellule élémentaire et renseignée dans le circuit BMS qui se chargera d'accomplir sa mission en toute sécurité pour l'usager.
    Pour votre besoin vous pouvez utiliser par exemple le circuit BQ77PL900, soit en "stand-alone" donc sans µC associé, soit en mode "host" avec un µC en tandem.
    La 1ere solution ne nécessite pas de programmation (hormis la configuration des paramètres à travers un outil Texas), la 2eme permet d'étendre les possibilités et de parvenir à un vrai système comme décrit plus haut en donnant des instructions au chargeur et prévenir l'application du niveau d'autonomie en cours.
    Si ça vous intéresse je pourrai vous y aider.
    @+
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  6. #5
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Oh merci.
    La solution à base du BQ77PL900 m'intéresse beaucoup. Je viens de lire une partie du datasheet. Je reviendrais dès que j'aurais le temps et des questions.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Voila enfin des vacances. Du coup j'ai à nouveau un peu de temps

    Comment pouvez vous m'aider ?

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  10. #7
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Si vous écrivez une spécification plus détaillée de votre besoin je pourrai vous aider.
    Ref des cellules à charger, capacité min/max, plage de temperature, etc.
    A+
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  11. #8
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Ok, du coup commençons par le début. Avant de faire le PCB finale avec le CI de charge dessus j'aimerais faire une carte de test juste pour la partie chargeur.
    Et la première question que je me pose c'est est ce qu'il y a besoin de rajouter une batterie de transistors pour augmenter le courant d'équilibrage des cellules ?
    Les accus que je vais prendre sont des INR18650-35E

  12. #9
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Pourquoi cette référence?
    Avant de choisir une référence de cellule il faut déterminer l'usage et le profil de courant dans le contexte de votre application.
    La 35E est une cellule de type "énergie", si votre besoin est plutôt "puissant" vous aurez un nombre de cycles réduit et une durée de vie faible de votre batterie.

    Pour répondre à l'équilibrage il faut déterminer la capacité du pack, soit le nombre de P, puisque vous avez déjà défini le nombre de S (5).

    Pour le BMS je vous conseille un BQ40Z80.
    Pour le chargeur il sera externe à la batterie, au pack plus précisément, pour des raisons thermiques, en général les chargeurs que vous trouverez dans le commerce sont tous "stand-alone", ce qui n'est pas la panacée, mais vous pouvez vous en contenter si votre besoin est pour le loisir.
    Sinon il faut en développer un spécifique pour profiter de la protection de communication encryptée pour interdire que n'importe quel chargeur non conforme aux caractéristiques de charge puisse être raccordée à votre batterie et assurer ainsi la sécurité nécessaire et garantir la longévité, l'intégrité de votre batterie.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  13. #10
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Pourquoi cette référence?
    Enfaite j'ai eu du mal à trouver des sites sérieux qui ne vendent pas de fakes et en cherchant je suis tombé sur ces accus là qui ne sont pas trop chères même sur des sites qui m'ont l'air sérieux...
    Les accus devront délivrer au maximum 5A et tenir dans cet état entre 1/2 et une heure. Et ça entre 1 et 3 fois par semaine.
    Du coup je ne sais pas si mes accus sont adaptés ? Le datasheet dit "3.8 Max. Discharge Current : 8,000mA (for continuous discharge)"

    Le nombre de P est le nombre de cellules en parallèles ? Si oui P=1.

    Pour le BMS je vous conseille un BQ40Z80.
    Le BQ77PL900 ne remplis pas cette fonction ?

    Pour le chargeur il sera externe à la batterie
    Ce que j'avais prévu c'est placer les 18650 sur la même carte que le circuit de charge et le reste de l'électronique et utiliser un adaptateur secteur 30V externe qu'on branche à la carte.
    Mais la carte est très grande. Ce n'est pas un problème d'éloigner les accus du reste.
    Qu'en pensez vous ?
    Dernière modification par AmigaOS ; 20/10/2019 à 23h58.

  14. #11
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Le BQ77PL900 peut remplir cette fonction, juste que c'est un ancien circuit Texas qui nécessite de calibrer les mesures analogiques (il n'a pas de registre où vous pouvez récupérer directement la valeur numérique.
    De plus le reset fonctionnel en cas de défaut majeur est un peu tordu et trompeur...
    Sinon c'est un trés bon circuit, fiable et plutôt complet
    Vous avez un circuit plus récent chez RENESAS l'ISL94202 plus performant.

    Oui le P est le nombre de cellules en parallèle.

    Le BMS doit être au plus près des accus, en réalité il ne doit faire qu'un avec eux.
    Le chargeur quant à lui peut être délocalisé sans problème mais il faut idéalement conserver une approche système si possible pour obtenir les meilleures performances/durée de vie.
    Si vous décidiez de partir avec le BQ77PL900 je pourrai vous filer mes codes, éprouvés depuis 10 ans.
    A+
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  15. #12
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    S'il est fiable je vais rester sur le BQ77PL900.

    Si vous décidiez de partir avec le BQ77PL900 je pourrai vous filer mes codes, éprouvés depuis 10 ans.
    Je veux bien. Ce serait vraiment sympa

    Du coup pour mon cas avec des INR18650-35E en 1P5S, j'ai besoin de rajouter la batterie de transistors pour l'équilibrage ? Sans eux le datasheet indique qu'il peut équilibrer jusqu'à 10mA. Je n'ai aucune idée de si c'est assez.

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  17. #13
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    L'équilibrage permet de corriger la divergence des cellules à moyen terme puisque rien n'est parfait en ce monde.
    Plusieurs facteurs quand ils sont correctement pris en compte dès la conception permet de limiter les dérives.
    Par exemple exemple d'utiliser des cellules de même lot de fabrication.
    Ou encore d'avoir une symétrie quasi parfaite dans les raccordements (même chute ohmique).
    Le dimensionnement du courant d'équilibrage dépend aussi du temps alloué pour cela.
    Le déséquilibre doit être détecté suffisamment tôt pour pouvoir être corrigé rapidement.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  18. #14
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Par exemple si vous adoptez la stratégie suivante:

    3500mAh -> 2% de déséquilibre -> 70mAh à corriger en 2h.
    => I=64/2=35mA.
    => balancing externe

    Si vous acceptez un temps d'équilibrage de 7h le courant nécessaire devient 10mA et l'équilibrage interne est suffisant.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  19. #15
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Ok, donc si les accus peuvent avoir 2% de déséquilibre alors il me le faut puisque je veux un temps de charge entre 2 et 3h. Mais du coup je me demande jusqu'à combien peut aller ce déséquilibre ?

    Je suis en train de faire le schémas du chargeur du coup j'ai encore des questions.
    Est ce qu'il y a besoin de la fonction de précharge ?
    Et à quoi sert la résistance en parallèle avec la NTC ?

  20. #16
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Au delà de 100mV le temps d'équilibrage va devenir long voir très long, il dépend essentiellement de la capacité des cellules et du courant d'équilibrage.
    La précharge permet d'injecter un courant très faible si l'accu est descendu très bas en tension, par exemple si il a été stocké totalement déchargé durant des mois, un an ou plus.
    On considère qu'en dessous de 1,5V l'accu est HS et ne doit pas être rechargé, entre 1,5V et 2,7V il est nécessaire de faire une précharge (environ 1/100eme de C) et de surveiller le gradient thermique.
    Si rien d'anormal pendant cette remontée de charge alors on stoppe la précharge et la charge normale peut reprendre.
    On détecte ainsi des phénomènes dendritiques.
    Avec le BQ77PL900, si vous êtes toujours sur ce circuit, le shutdown permet d'avoir un vrai 0 de courant (0.1uA) je n'ai jamais eu besoin de cette fonction précharge.
    La résistance en parallèle de la NTC participe à la linéarisation de sa lecture par le circuit.
    Conservez strictement les valeurs des 2 résistances associées (haute et basse) avec une CTN Semitec 103AT faisant 10K @ 25C.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  21. #17
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Voilà, j'ai fait un schémas avec Chargeur + BQ77PL900 + PIC16F1768 :
    Schéma Chargeur.jpg
    J'ai décidé de mettre la fonction de précharge.
    Qu'en pensez vous ?

  22. #18
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    J'ai oublié de dire que je me suis décidé pour 6 cellules plutôt que 5.
    Et j'ai une question. En voyant des courbes de décharge d'une INR18650-35E je vois que de 3.9V à 4.2V ça ne change rien au temps de décharge de la batterie. Du coup je me demande pourquoi on ne prends pas une marge de sécurité de quelques 0.1V pour la charge ?

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  24. #19
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Hello,
    Il y a pas mal d'erreurs sur votre schéma.
    Je vous ferai un point ce soir ou demain.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  25. #20
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Merci ce serait géniale

    FS m'a envoyé un message comme quoi ma PJ a été réduite et qu'elle serait donc illisible. Du coup je joint le schéma en PDF :
    Chargeur 6S1.pdf

  26. #21
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Le BQ77PL900 n'accepte que des PMOS dans son chemin de puissance, or vous avez mis des NMOS.
    Il faut mettre 2 zéner en tête bêche entre grille et source pour les 2 PMOS que vous mettrez.
    Modifiez déjà ça et repostez votre schéma corrigé.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  27. #22
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Il faudra donc réattribuer les bonnes commandes pour la charge et la décharge ainsi que placer la pré-charge aux bornes du MOS de charge (coté cellules).
    Il manque la capa de découplage pour le microcontroleur ainsi que les pull-up de l'I2C (4,7K).
    Egalement une 10K en pull-up sur la pin MCLR du microcontroleur.
    Dernière modification par HULK28 ; 05/11/2019 à 08h16.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  28. #23
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    J'ai aucune idée de comment j'ai pu confondre PMOS et NMOS
    Je pense que le mos de pré-charge est au bon endroit, vu que le mos de charge est du côté du chargeur?
    Voilà la 2ème version du schéma : Chargeur S6 v2.pdf

  29. #24
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Pour les PMOS je vous conseille le SUM110P06 bien meilleur en Rds(on).
    Il faut ajouter un fusible CMS dès la sortie + du groupement des cellules.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

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  31. #25
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Pour la mesure de courant il faut ajouter des capas de filtrage de chaque coté du shunt (100nF au -cell) et ajouter une 100 ohms 1% sur chaque fil de mesure allant vers le BQ.
    Le shunt doit être à 1% et 50ppm/¤C max.
    Prenez un format 2512.
    Assurez vous que la chute de tension n'excède pas au max 50mV à courant max.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  32. #26
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Voici une correction de votre schéma.
    corrections_bms6S_001.jpg
    A+
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  33. #27
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Attention à l'affectation des pins de mesure du circuit, il y a un décalage.
    Reportez vous à mes indications VC1 et VC(x) suivants (au niveau cellules) et raccordez au bon VC(x) du BQ.
    Je n'ai pas regardé la partie chargeur pour le moment.
    Dernière modification par HULK28 ; 06/11/2019 à 16h59.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  34. #28
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Tirez la pin ZEDE (36) au GND à travers une 1K.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  35. #29
    HULK28

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Sur le schéma je vous ai indiqué quelques justificatifs de dimensionnement.
    Pour les NMOS de l'équilibrage je vous ai indiqué des références fonctionnelles.
    Le truc important pour ces NMOS est la tension Vgs(th) qui doit permettre de faire conduire le MOS dès que la tension aux bornes de la 10K atteint 1V environ (soit 1V/10K=100µA, cela permet de limiter le courant dérivé par le BQ (donc limite son échauffement), le transistor effectue alors son rôle de balancing externe aussitôt.

    A vous de jouer.
    Repostez votre schéma après avoir fait ces correctifs.
    A bientôt.
    Le génie est fait d'1 pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration. Edison

  36. #30
    AmigaOS

    Re : Chargeur Li-ion 5S avec un BQ2057 ??

    Merci. J'ai fait des modifications. Du coup j'attends la PJ avant de poster la nouvelle version.

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