BMS équillibreur à PIC + chargeur à base de PIC

[mweber]

Bonjour à tous,

J'ai réalisé un schéma d'un BMS 2 à 7 cellules à Microcontrôleur PIC pouvant être utilisé sur diverses techno de batteries (Plomb, LiFe, LiIon, NiCd etc...).

Il est prévu pour des batteries de 7V2 à 24V de quelques Ah à quelques dizaines d'Ah, pour des perceuses sans fil, vélo électrique, marteau perforateur...

Voila, si cela peut aider des développeurs pour fabriquer des petites séries de BMS sans trop se compliquer la tête ! (C'est pas forcément le moins couteux à faire mais il n'emploie pas de composants trop exotiques... (j'espère)

Il est équipé :

D'un circuit de charge Constant-Current/Constant-Voltage à PWM stoppant la charge à 80 % ou 100 % selon sa volonté de préserver la vie de la batterie
D'un équilibreur 600 mA passif (commandes de relais reeds commutant des résistances) pour chaque cellules
D'une protection décharge profonde/court-circuit coupant la sortie batterie (surveillance de chaque cellules)
Mesure de température (sécurités haute et basse T°C pendant la charge / décharge)
D'un ampères-heures mètre pour savoir l'état de charge et de santé de la batterie
Affichage sur écran OLeds des infos
Mise en veille de l'écran et sommeil partiel du PIC si courant de décharge < 75 mA
Réveil si batterie mise en charge
En veille, la sortie de commande du chargeur est à "1" (T3 passant) pour que la batterie puisse accepter une charge à tout moment.
De plus en état de veille une mesure de courant est effectuée régulièrement pour voir si justement il se passe quelque chose avec la batterie (charge, décharge)
Le courant charge/décharge est mesurée par un INA226
Les modules I²C sont alimentés en 5V par le pic pour réduire la consommation en veille (sauf si dans la pratique, (tests à faire) les courants de veille de ces derniers sont faibles)
D'une sortie série pour module... (Bluetooth Low Energy 4.0)
D'une interface de paramétrage en ligne de commandes via une console série (un peu sécurisé pour éviter les bêtises)

On branche le chargeur sur CH+ / CH- et l’utilisation sur Sortie Batt+ et sortie batt -

Si vous constatez des oublis ou erreurs de ma part dans ce schéma... d'avance merci !

D'ailleurs, le TIP 127 devrait pouvoir se remplacer par un P-MOS, non ?


Le code du PIC reste encore à développer

A bientot et au plaisir de vous lire !

Matthieu
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[Bitrode]

Bonjour,
ne perd pas ton temps à coder, ce type de montage ne fonctionnera pas.
Les mesures des cellules doivent être différentielles et ne rien consommer, ce qui n'est pas du tout le cas avec tes ponts diviseurs.
Tu auras une erreur non négligeable de mesure et un déséquilibre beaucoup plus rapide entre les cellules (puisque il y aura une petite dérivation de courant).
Je te conseille plutôt de prendre un AFE dédié à ce type de montage, ou d'utiliser des mesures différentielles avec des AOP à minima.
Pour un équilibrage on utilise surtout pas de relais mais des transistors MOS.
Généralement les AFE font les mesures ET l'équilibrage.
Pour la mesure de courant si tu veux utiliser un schunt, alors 1 ohm est bien trop élevé (si c'est bien ce que je lis), tu ne dois pas dépasser 50mV~100mV à ses bornes sinon le rendement de ta batterie sera très mauvais.
Si tu veux utiliser des composants non exotiques comme tu dis il va falloir revoir toute ta copie, car là tu es bien mal parti.

[mweber]

Hello,

Peux tu m'en dire plus sur des AFE dédié à cette tache ? As tu un exemple ou une datasheet ?

Sinon, effectivement, désolé, je m’aperçois que je n'ai pas modifié les valeurs de mon réseau diviseur (reprise d'un autre prj), on sera plutôt sur des résistances d'1Mo et + avec un condo de 10 nF pour chaque entrées du CAN du pic (qui est quand même en 12 bits). On est d'accord 10 kohms c'est naze !

Pour le shunt, la photo ne rends pas bien mais c'est 0,1 ohms (le point est de la virgule n'est pas très visible), on peu baisser la valeur si requis (dépends de la précision voulue, du courant max etc...). C'est pas encore un schéma figé.

Pourquoi faire de la mesure différentielle ? Je vais simplement soustraire les voltages. Certes, cela ajoute de l’imprécision... mais à 12 bits sur 28V ça fait 7 mV d'erreur (1 LSB). (et je peux adapter les résistances des cellules selon leur position par rapport à la masse pour ne pas trop perdre en précision). Un équilibrage à 25..40 mv c'est pas affreux pour du liion (A faire en fin de charge pour le LiFe car le plateau de tension est trop plat entre 20 et 80% d'état de charge)

Qu'est-ce qui t'embête avec les relais (ça simplifie pas mal le montage (nombre de soudures... CMS... ou pas...)) vu qu'il sont directement attaqués par le PIC ?

Merci pour tes remarques,

Matt

[Bitrode]

Tu as par exemple l'ISL94202:
https://www.renesas.com/us/en/produc...y-pack-monitor

Le BQ77PL900 de chez Texas:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq...oogle.com%252F

Ces 2 modèles peuvent fonctionner en stand-alone (autonome) ou en host (avec un µC).

-> Les relais consomment du courant et pour des batteries lithium tu ne peux pas prendre des rémanents d'un point de vue sécuritaire.
-> Des résistances de 1Mohms vont sérieusement entacher la précision de tes mesures, les ADC perdent en précision pour des résistances d'entrées > 10kohms.
Ou alors il te faudra mettre un suiveur à AOP, mais sans mesures différentielles tu auras un décalage notable entre la 1ere cellule et la 7eme.
12 bits de résolution c'est une chose mais la précision réelle que tu obtiendras avec ce type de montage en est une autre

Un point critique également sera de bien distinguer le référentiel de mesure (AGND) avec la masse de puissance (PGND), quand tu mesures des mV il faut veiller à ce que les chemins de mesures soient équipotentiels sinon là encore la précision et la stabilité vont s'en ressentir.
Tu t'en rendras vite compte pour l'imprécision que tu auras sur la mesure de courant et également l'offset au 0 de courant.

Oui l'équilibrage se fait de préférence en fin de charge, mais rien n'empêche de le faire quand on veut, tout dépend de l'application et du temps disponible pour cela.
Dans tous les cas au niveau soft il te faudra prévoir des slots de temps spécifiques dédiés aux mesures puis à l'équilibrage (en général 20% mesures, 80% équilibrage), avec un principe de mesure par décimation pour avoir une bonne précision (la tension est une variation lente mais assez perturbée en charge notamment).
Si tu fais des mesures pendant que tu équilibres et charges ça ne fonctionnera pas bien.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mweber]

Pas mal tes circuits surtout qu'ils sont pilotables via un µC.

Le reproche que je fais au bms chinois et cie.. c'est de ne justement pas avoir le contrôle (via un µC) sur les paramètres comme par ex la durée de dépassement autorisée pour la décharge individuelle d'une cellule => ces derniers "coupent" si tu force un peu avec une perceuse par ex et que la tension d'une cellule passe sous le minimum ne serai-ce que qq millisecondes. et puis ils ne chargent pas et puis c'est du chinois...

Le BQ77PL900 à l'air mieux que le ISL94202 (moins de composants et plus facile à souder) mais il bouffe un 1/2 mA le cochon ! => comment se gère le mode shutdown (je veux dire, quand doit t'on le réveiller?)

Connaitrais-tu une version qui gère de 3 à 7 cellules ?

Pour mon schéma, coté relais, les reeds bouffent que 11 mA/voie et sont actifs (la plupart du temps) uniquement lorsque la batterie se recharge.

Mettre un codo de 10nF en entrée des CAN ralentie (et filtre!) les mesures de tension mais permet de s'affranchir du PB de précision dû à des résistance élevées en entrée. Je l'ai testé avec succès sur un pac Li-ion de mon robot tondeuse

Concernant la mesure de courant l'INA se débrouille vraiment bien à ce niveau (testé sur le réseau 12V de la maison), d'ailleurs le shunt se résumera quasiment à un fil, par contre il faudra quel que soit la techno utilisée, bien router les masses du circuit imprimé. Quand tu parles de point critique, tu vois autre chose en plus ?

Matt

[Bitrode]

Les BMS Chinois sont en fait des PCM dans la grande majorité de ce que tu trouveras sur le net, ce ne sont pas des BMS.
Le BQ77PL900 ne consomme plus rien quand tu le mets en shutdown par le µC.
Pour le réveiller il suffit de brancher un chargeur ou de prévoir un bouton de réveil.
Le 10nF en entrée ne baissera pas l'impédance d'entrée de mesure, il aura avec une 1k le rôle de passe-bas uniquement.
Tu verras que tu seras obligé de filtrer par logiciel si tu veux avoir quelque chose de stable
Le shunt devra être un 50ppm/°C, surtout pas un fil, si tu veux maintenir une bonne précision dans la plage de température de la mesure de courant. La mesure doit être très précise si tu veux calculer un SOC digne de ce nom (précision à +/-1mA).

Quand tu parles de point critique, tu vois autre chose en plus ?

Oui, il faut un fusible en tête du pack cellules et à minima une CTN pour mesurer finement la température.
Les AFE ont un avantage que n'ont pas les µC -> ils ont des périphériques analogiques peu sensibles à la CEM.
Si ton µC plante tu n'as plus de sécurité.
Il manque également les switchs MOS de commande charge et décharge (monté en tête-bêche), leur rôle est de pouvoir gérer et sécuriser les 3 phases -> charge, décharge et OFF.
Voir par ici:
https://forums.futura-sciences.com/e...s-a-10s-2.html

L'ISL94202 permet de faire des assemblages paramétrables de 3 à 8 cellules en série, pour ton besoin c'est le meilleur candidat aujourd'hui (il y a aussi d'autres circuits mais pas accessibles au non professionnels compte tenu des outillages nécessaires pour les mettre en oeuvre).
Pour le SOC je te conseille de prendre un MAX1726x, il intègre une jauge m5 de précision et te donnera directement la valeur du SOC à +/-2%.

[mweber]

Cool merci je vais regarder ca !

Connaissais pas non plus le MAX1726x.. il a l'air intéressant

Au fait, mes condensateurs sont montés en parallèles des entrées du CAN et de la masse, cad pour la voie 1: en // de R19 (qui sera d'ailleurs une R d'au moins 100k). L'idée c'est qu'ils fournissent une réserve d'énergie d'où sera prélevé la mesure du CAN (échantillonneur /bloqueur) charge d'un condo de 5 + 25 pF avec une résistance de fuite de 100 nA. J'ai eu jusqu'à présent aucun souci de mesure de cette manière. Et je ne suis pas contre filtrer ... c'est la mesure de courant qui demande de la rapidité d'action pour la tension, on est pas à la seconde près.

Et oui un fusible... en fait j'en mets un d'office avec toute batterie (...ou un polyswitch) ...je l'ai omis du schéma.... tellement cela me paressait évident ! (Ok ...excuse bidon)

Pour le calcul du SOC, je remets à 0 ou 100% le pourcentage batterie (je parle de mon système 12V éclairage de la maison) si je franchis les seuils de tension min ou max de la batterie. Cela évite les dérives et j'en déduis l'état de santé de la batterie. D'après mes graphes ça marche plutôt bien (http://77.148.82.185:8888/), même si mes batteries au plomb, hors d'age, sont.... mortes: Santé batterie : 1.97 %. En fait parfois le SOC chute de 22 % à 0% mais c'est l'ouverture de mon portail qui mets à genoux ces pauvres batteries à la résistance interne infâme !

[mweber]

D'ailleurs l'ouverture du portail ne se vois pas sur l'ampèremètre, car le graphe n'affiche une mesure que toute les 5 minutes

[Bitrode]

Evite un polyswitch, il ne permet pas un isolement galvanique en cas de défaut majeur et videra ta batterie lentement mais surement.
L'état de santé d'une batterie (qui n'est pas un calcul mais un diagnostic) nécessite un algorithme spécial.

[mweber]

Oui bien vu pour le polyswitch !

Oui j'ai un algo qui tourne plutôt pas mal pour l'état de santé, il est encore à peaufiner un peu...