Gestion de charge batterie lithium

[davidif]

Bonjour à tous,

je souhaite gérer la charge de 4 batteries lithium et de pouvoir les remplacer ou retirer à chaud (en fonctionnement) ceci pour alimenter un PC embarqué.
Avec également la possibilité d'alimenter en 24v/12VDC d'un véhicule.

je charge via le secteur par l'intermédiaire d'un convertisseur 110-230VAC/25VDC meanwell.

La batterie choisi possède son propre BMS : Fiche technique batterie B25009S1.pdf
Un petit schéma :
fs194.PNG

Vous semble t-il viable comme ceci ?
Merci de votre aide
-----

[ankou29666]

bonjour

c'est quoi des alims "V1 ou V3" ? c'est bien la prise allume-cigare du véhicule ?

ça me parait fonctionnel, j'ai envie de dire simpliste et simplet, c'est loin d'être optimal. hormis la charge des batteries qui me fait assez peur, car pour ça faut des chargeurs spécifiques, on peut pas les brancher comme ça sur une source de tension, surtout en lithium.

les 1N4448 courant max 300mA, ça j'ai des doutes. Je n'ai pas vérifié l'adéquation des autres composants.

[davidif]

Merci Ankou pour ton avis,

J'ai fait un premier schéma préliminaire, plus sur le principe de fonctionnement ce qui explique les références des diodes que j'ai mis par défaut juste pour le symbole mais ta raison il faut que je vois les réf adéquate.

Oui le 12/24VDC est l'allume cigare ou tension batterie.

Je continue à me renseigner sur la meilleur façon de charger un nombres de 4 batteries par le biais d'un convertisseur ac/dc débitant suffisamment, c'est à dire un courant de charge continu de 3A et tension max 29,4VDC, batterie gérer par BMS interne mais je vais revoir mon schéma avec les infos complémentaire.

le chargeur proposé est celui-ci
Fiche technique chargeur 24V 3A (2).pdf

Mais j'aimerai charger avec mon convertisseur ac/dc, pensez vous ça possible ? car je dois gérer la charge de max 4 batteries donc voir quelle stratégie appliqué,peut-être en testant la tension/courant individuellement et gérer par le biais d'un petit microcontrôleur.

[ankou29666]

pour l'adéquation batterie / chargeur là déjà on n'est pas bon : le chargeur est spécifié LiFePO4 soit lithium-fer-phosphate. Les batteries sont spécifiées NMC ce qui si j'ai bien compris signifierait lithium-ion. Le second à des éléments à 3.7V tandis que l'autre est à 3.2V.

Quel est l'intérêt de pouvoir ajouter ou retirer une batterie en fonctionnement ?

Tu veux vraiment pomper des quatres batteries en même temps ? ou tu préfèrerais à tour de rôle ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[davidif]

pour l'adéquation batterie / chargeur là déjà on n'est pas bon : le chargeur est spécifié LiFePO4 soit lithium-fer-phosphate. Les batteries sont spécifiées NMC ce qui si j'ai bien compris signifierait lithium-ion. Le second à des éléments à 3.7V tandis que l'autre est à 3.2V.

Oui ta raison, faut que je vois ça, effectivement.

Quel est l'intérêt de pouvoir ajouter ou retirer une batterie en fonctionnement ?

dans le cas d'un fonctionnement en autonomie, de pouvoir changer la batterie à chaud, pour ceci il en faut 2 minimum mais de pouvoir augmenté l'autonomie en rajoutant d'autres batteries serait optionnel car je suis aussi sur une optimisation du poids total de l'ensemble et ce sera un compromis au choix autonomie/poids.

Tu veux vraiment pomper des quatres batteries en même temps ? ou tu préfèrerais à tour de rôle ?

Il serait peut-être judicieux de pomper une par une ? mais oui là je n'ai pas de stratégie particulière et ne sais pas encore réellement ce qui serait meilleurs.

Merci d'avoir soulevé ces points là et je vais aussitôt tenté d'y répondre.

[davidif]

D'après mon fournisseur, ce chargeur répond tout autant indépendamment de la techno batterie, MNC ou LiFePO4, juste la tension de charge est ajusté et d'après lui je pourrai même charger avec mon convertisseur en 29,4VDC max en 3A car la batterie qui possède 14 cellules à un BMS intégré qui gère donc l'équilibrage des cellule + sécurité mais j'attend encore plus de précisions.

Donc 14 cellules, fait du 1,8VDC /cellule.

[davidif]

Oups autant pour moi , pas 1,8 VDC mais 3,6VDC (:

[davidif]

Bonjour,

J'aimerai intégré le circuit de charge dans mon électronique, connaissant la courbe du chargeur recommandé :


Je n'ai pas à gérer les aléas d'équilibre ou sécurité qui son déjà embarqués dans la batterie par le biais du BMS interne juste la charge.
En agençant une source de courant d'environ 3-4A qui devient source de tension 28VDC une fois celle-ci atteinte.
Avec un circuit JFET ou Mosfet + zener pour la source de courant.

Je pourrai faire l'intégralité en analogique mais peut-être existe t-il des circuits intégré capable de faire cette fonction ?

Merci

[jiherve]

bonjour
les 1N4448 ne vont pas faire long feu!
JR

[davidif]

�� oui effectivement je comprend mais en fait j'ai omis de retirer le nom des diodes dans un premier schéma qui avait plus pour but apporter une solution fonctionnelle.
Et d'ailleurs plus sur cet aspect là qui m'interroge après je dimensionerai les composants.
Cependant, je cherche également une solution analogique ou de préférence intégrée pour suivre le cycle de chargement comme indiqué sur le graphe.

Merci

[Antoane]

Bonjour,

Mais j'aimerai charger avec mon convertisseur ac/dc, pensez vous ça possible ? car je dois gérer la charge de max 4 batteries donc voir quelle stratégie appliqué,peut-être en testant la tension/courant individuellement et gérer par le biais d'un petit microcontrôleur.

Par sécurité, on laisse un composant spécifique gérer la charge d'un accus au lithium. Ce composant reçoit directement les infos de courant, tension, et température venant des capteurs, et communique avec le µC (communique avec le BMS).

> https://forums.futura-sciences.com/a...hium-fs194.png
N'inclue pas de limitation de courant dans les cellules.

D'après mon fournisseur, ce chargeur répond tout autant indépendamment de la techno batterie, MNC ou LiFePO4, juste la tension de charge est ajusté et d'après lui je pourrai même charger avec mon convertisseur en 29,4VDC max en 3A car la batterie qui possède 14 cellules à un BMS intégré qui gère donc l'équilibrage des cellule + sécurité mais j'attend encore plus de précisions.

La batterie n'inclue pas la limitation en courant.

Je n'ai pas à gérer les aléas d'équilibre ou sécurité qui son déjà embarqués dans la batterie par le biais du BMS interne juste la charge.

La protection en température est très sommaire... Cf https://forums.futura-sciences.com/e...-securite.html

En agençant une source de courant d'environ 3-4A qui devient source de tension 28VDC une fois celle-ci atteinte.
Avec un circuit JFET ou Mosfet + zener pour la source de courant.

C'est très très sale
La tension de fin de charge doit être précise à qq % près.


Le cycle que tu montres est le cycle CC-CV standard. On trouve des solutions intégrées gérant la charge avec 90 % de rendement, toutes les sécurités qu'il faut, et un bus de communication numérique, par exemple chez Analog : https://www.analog.com/en/products/p...anagement.html ou chez TI.
Je pense qu'il serait dommage de s’embêter à faire moins bien sur tous les plans pour un gain financier pas évident.

[davidif]

Bonjour Antoane,

Merci pour ton retour car là je suis un peux dans les choux (: car dans le pire des cas je prendrais le chargeur recommandé par le fournisseur de la batterie et le démontrai pour l'intégrer car je limite le poids de l'ensemble mais le mieux ce serait effectivement une solution toute faite qui gérera ça mieux et que je pourrai intégrer à mon électronique équipé d'un micro.

Seulement, J'ai regarder ces solutions qui spécifie le plus souvent la gérance d'un certains nombres de cellules, mais ne gérant pas leur charge individuellement puisqu'il y a un BMS intégré à la batterie qui s'occupe théoriquement de l'équilibre je ne sais pas trop comment appréhender la charge, mis à part m'approcher au plus prés du cycle recommandé sur le graphe du chargeur post8.

Je vais voir le lien qui tu m'as conseillé.

Merci

[davidif]

Bonjour,

J'ai échanger avec analog devices qui me conseil le LTC4020
https://www.analog.com/en/products/ltc4020.html

Qu'en pensez vous ?
Alors que la doc donne du 55VDC output leur carte de dev sortirait elle 28vdc max sachant qu'il me faudrait 29,4VDC 3A max voir 4,5A encharge rapide.

Le prix de leur carte est pas donné , autour de 200 euro donc avant si je peux être sûr de son choix.

Connaissez-vous ce type de composant ?

Merci pour votre aide.

[Antoane]

Bonjour,

Utiliser un régulateur buck-boost complexifie forcément le design par rapport à un simple buck...

Je n'ai pas regardé en détail la datasheet, mais ce composant me parait relativement classique. Il permet de charger la batterie et de délivrer une tension en sortie, tout en gérant les sources de puissance (batterie ou tension DC d'entrée) alimentant la sortie.
Tu comptes intégrer leur carte d'évaluation dans ton produit ?

[Qristoff]

Salut,

il me faudrait 29,4VDC

je viens de regarder la DS de la batterie et c'est indiqué "Tension de charge maxi : 29,4V". J'ai l'impression que tu joues avec le feux !
La tension max fournie par le chargeur doit être inférieure.

[davidif]

Merci Antoane

Bonjour,

Utiliser un régulateur buck-boost complexifie forcément le design par rapport à un simple buck...

En fait, n'ayant pas d'expérience je me suis fié au recommandation d' AD, après penserais tu à d'autre solution intégrés ou autre référence ? je suis preneur.

Je n'ai pas regardé en détail la datasheet, mais ce composant me parait relativement classique. Il permet de charger la batterie et de délivrer une tension en sortie, tout en gérant les sources de puissance (batterie ou tension DC d'entrée) alimentant la sortie.
Tu comptes intégrer leur carte d'évaluation dans ton produit ?

Oui si j'arrive à comprendre et gérer cette solution en dimensionnant certaines valeurs pour sortir les 29,4Vdc 3A de charge nécessaire pour mes batteries.
J'ai donc commencé des simus comme discuté sur un autre poste.

[davidif]

Salut,

je viens de regarder la DS de la batterie et c'est indiqué "Tension de charge maxi : 29,4V". J'ai l'impression que tu joues avec le feux !
La tension max fournie par le chargeur doit être inférieure.

Merci Oristoff, Oui ta raison,

Mais n'ayant peut d'expérience dans la charge de batterie, je me suis fixé sur cette valeur.
Seulement quand j'en discute avec le fournisseur de batterie donc du chargeur dédié, il me retourne utilisé un modèle de chargeur qu'ils règle à 29,4Vdc.

[Antoane]

En fait, n'ayant pas d'expérience je me suis fié au recommandation d' AD, après penserais tu à d'autre solution intégrés ou autre référence ? je suis preneur.

Ils ont très très probablement raison : Tu as une source de 24 Vdc en entrée (disons 23-25 V avec les tolérances) et tu veux une tension comprise entre 18 et 29 V... Il faut donc un convertisseur buck-boost.
Avec une tension d'entrée de 32 v, par exemple, un buck suffirait.

Je ne suis pas sûr qu'intégrer une carte d'évaluation dans un produit fini soit une bonne solution (normes, paramètres optimisés, etc.). Mais je ne saurai pas en dire beaucoup plus.

[davidif]

Ils ont très très probablement raison : Tu as une source de 24 Vdc en entrée (disons 23-25 V avec les tolérances) et tu veux une tension comprise entre 18 et 29 V... Il faut donc un convertisseur buck-boost.
Avec une tension d'entrée de 32 v, par exemple, un buck suffirait.

OK, Alors ma réflexion a quelque peut évolué récemment sur ma tension d'entrée (donc sortie convertisseur AC/DC), je pense plus simple de prendre du 48Vdc car ces la tension la plus élever que j'ai besoin pour alimenter l'ensemble de mon système.
Donc m'orienter sur du buck du coup ...

Je ne suis pas sûr qu'intégrer une carte d'évaluation dans un produit fini soit une bonne solution (normes, paramètres optimisés, etc.). Mais je ne saurai pas en dire beaucoup plus.

Ha !! Tu me demandais si je souhaiterai intégrer leur carte de dev dans son intégralité ?!
Non biensure, seulement utiliser sensiblement leur schéma designer dans mon électronique.

[davidif]

Bonjour,

Je reviens vers vous après réflexion et recherche pour avoir élaborer un schéma
Gestoin _ALIM.pdf

Selon vous est-ce quelque chose qui vous semble viable ?
Je dois tester la carte de dev avec le LTC4013 légèrement modifié pour la charge de mes batteries en 29,2 sous 3A.

Merci pour vos conseils

[Exotique]

Sacré usine à gaz.
Pour ce type de gestion il est préférable de gérer les charges sous l'angle système.
En plus vous avez un ųC autant l'utiliser.
Le problème est que vos BMS ne sont pas communicants... d'oú la complexité inutile de votre affaire.
Si vos batteries ont bien un BMS (à mon avis un simple PCM) alors il est vraiment déconseillé d'aller chercher avec vos diodes les tensions intermédiaires.

[davidif]

Sacré usine à gaz.

Vous trouver ? l'objectif est non seulement gérer différentes sources, secteur (avec son convertisseur), embarqué (12V/24V), et batterie.
De plus, la possibilité de faire du hot swap (changement à chaud des batteries)

Pour ce type de gestion il est préférable de gérer les charges sous l'angle système.
En plus vous avez un ųC autant l'utiliser.

Oui effectivement, je récupère l'état de charge de chacune des batteries via d'une part le status du chargeur LTC4013 et la gauge LTC2944, en fonction je bascule (donc je gère) la batterie à charger par le biais des mosfet.

Le problème est que vos BMS ne sont pas communicants... d'oú la complexité inutile de votre affaire.

Oui je n'ai pas accès au BMS.

Si vos batteries ont bien un BMS (à mon avis un simple PCM) alors il est vraiment déconseillé d'aller chercher avec vos diodes les tensions intermédiaires.

Que voulez vous dire ? Vous parlez des D10, D11, D12, D13
Je l'es est mis pour ne pas qu'une batterie aille dans une autre à côté lors de l'utilisation, d'autant plus qu'elle pourraient ne pas avoir les mêmes tension dû à leur états qui pourraient être différents.
Egalement je dois pouvoir faire du hot swap.

Merci de votre attention ainsi que des conseils

[Exotique]

Q2, Q3 et Q4 sont à l'envers et il faudra des résistances dans les collecteurs des NPN et des zéner de protection entre les gate et les sources.
Le LTC2944 n'est pas une jauge capable de t'indiquer l'état de charge d'une batterie x que tu viens juste de brancher mais un compteur de coulomb de précision pour une batterie que tu es en train de charger ou de décharger.
Le calcul du SOC devra être fait pas ton µC, mais une fois la batterie débranchée tu ne pourras pas en déduire son état de charge si tu la rebranches quelques instants plus tard par exemple.

[Exotique]

Pour les diodes d10 0 d13 tu pourrais exploiter les diodes de body des PMOS (M5~M8) mais il faudra jongler coté soft pour qu'il n'y ait pas de mises en parallèle malheureuses quand tu activeras ces PMOS.
La mise en parallèle des batteries est possible dès lors que tu as une charge quasi équivalente sur chaque batterie, il vaudrait mieux, à mon avis, utiliser une vraie jauge comme par exemple le BQ34Z100, ou mieux un max17205 si tu ne veux pas t'embêter avec les paramétrages qui peuvent être fastidieux avec les BQ si tu ne connais pas bien ces produits.
L'avantage serait de rendre tes batteries communicantes (en I2C ou SMBus), en fixant ses jauges sur tes batteries, ainsi ce serait ton µC qui discuterait avec tes batteries et gèrerait le hotswap et les fins de charge de manière plus sécure et plus fiable.
Je ne connais pas le LTC4455.

[davidif]

Pièce jointe 419738

Q2, Q3 et Q4 sont à l'envers et il faudra des résistances dans les collecteurs des NPN et des zéner de protection entre les gate et les sources.

Oui j'ai vue l'erreur des 3 transistors que j'ai corrigé, faut que je rajoute la résistance par contre le zener je vois pas trop mais je vais potasser ça.

Le LTC2944 n'est pas une jauge capable de t'indiquer l'état de charge d'une batterie x que tu viens juste de brancher mais un compteur de coulomb de précision pour une batterie que tu es en train de charger ou de décharger.
Le calcul du SOC devra être fait pas ton µC, mais une fois la batterie débranchée tu ne pourras pas en déduire son état de charge si tu la rebranches quelques instants plus tard par exemple.

Oui je comprend et c'est d'ailleurs la question que je me posais et je pensais de ce cas, en déduire la charge à l'aide de la tension ... mais bon je sais que c'est pas très précis.

Pour les diodes d10 0 d13 tu pourrais exploiter les diodes de body des PMOS (M5~M8) mais il faudra jongler coté soft pour qu'il n'y ait pas de mises en parallèle malheureuses quand tu activeras ces PMOS.

Oui j'ai penser gérer avec les mosfet, mais sauf erreur je pense justement les utiliser en parallèle, les diodes seront passant ou non lorsque la tension anode est supérieur à la cathode, de ce fait ce sera toujours la tension batterie supérieur qui passera théoriquement celle en dessous sera bloqué si je dis pas trop de bêtises (:.

La mise en parallèle des batteries est possible dès lors que tu as une charge quasi équivalente sur chaque batterie, il vaudrait mieux, à mon avis, utiliser une vraie jauge comme par exemple le BQ34Z100, ou mieux un max17205 si tu ne veux pas t'embêter avec les paramétrages qui peuvent être fastidieux avec les BQ si tu ne connais pas bien ces produits.
L'avantage serait de rendre tes batteries communicantes (en I2C ou SMBus), en fixant ses jauges sur tes batteries, ainsi ce serait ton µC qui discuterait avec tes batteries et gèrerait le hotswap et les fins de charge de manière plus sécure et plus fiable.
Je ne connais pas le LTC4455.

Merci pour les référence de gauges, que je vais regarder aussitôt, et effectivement ta raison il serait préférable de mettre la gauge accompagné d'une flash sur les batteries pour garder leur états de charge et les rendre communicantes, ce qui m'obligerai de faire une petite électronique à poser sur les batteries et d'ajouter des contacts en plus des bornes initialement prévu pour la com.

Désolé, je me suis trompé de réf : c'est pas le LTC4455 mais LTC4355.

Pièce jointe supprimée

[JPL]

Les illustrations doivent être postées dans un format image (gif, png, jpg). Merci.

[davidif]

Bonjour,

Mon schema actuel, des corrections sont encore à faire.


Effectivement Exotique, j'ai vu le max17205 qui m'a l'aire intéressant ne serait ce que pour l'aspect embarqué sur les batteries directement comme abordé et apparemment il possède une mémoire permettant de garder les données du SOC sauf erreur (j'ai encore besoin de me pencher dessus).
Bien que je continu à lire la doc, que peux tu me dire sur l'algorithme M5 que fait-il ou facilite t-il ?

Merci

[Exotique]

Le principe général est de type auto-correcteur par observation entre le modèle à court terme (par comptage coulométrique) et celui basé sur la mesure de l'OCV (à moyen et long terme).
La résistance dynamique d'une cellule lithium dépend du régime de charge (ou décharge), le système possède les caractérisations des principales cellules du marché d'où un modèle moyen de base à été défini, son algorithme stocke les erreurs du compteur coulométrique par comparaison avec les acquisitions successives des OCV et affine rapidement l'état de SOC.
Il prend en compte également l'état de santé basé essentiellement sur le nombre de cycle et l'âge, les effets thermiques.

[davidif]

Merci Exotique pour tes explications,
Effectivement le composant me semble plutôt ce suffire à lui même pour fonctionner et conserver l'état de charge à interroger.
Cependant, j'ai une question subsidiaire, si je dis pas trop de bêtise (: le comptage s'effectue sur le retour de masse, étant donnée que j'ai plusieurs ligne de masse dans mon circuit, sa ne pose pas de problème de comptabilité.
Il serait pas plus judicieux que le R sens soit en sortie + ? ou suis-je à côté ... (:

J'ai aussi préférer mettre plusieurs chargeurs par batteries, ce qui me semble plus correct à gérer et éventuellement faire du chargement simultanés histoire de réduire le temps de charge.

[Exotique]

Le R sense a sa masse coté -PACK (la masse de référence du circuit), ça ne pose pas de problème.