Université François Rabelais de Tours Institut Universitaire de Technologie de Tours Département Génie Électrique et Informatique Industrielle

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Université François-Rabelais de Tours Institut Universitaire de Technologie de Tours Département Génie Électrique et Informatique Industrielle Kévin CORNET Enseignants : Guillaume PLOQUIN LEQUEU Thierry 2ème Année - Q1 GLIKSOHN Charles Promotion 2009/2011 PROJET TUTORÉ : Battery Management System pour batteries Lithium (BMS)

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  • batteries au lithium

  • système de gestion de batterie

  • lithium kokam


Publié le : lundi 18 juin 2012
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Université François-Rabelais de Tours Institut Universitaire de Technologie de Tours Département Génie Électrique et Informatique Industrielle
PROJET TUTORÉ : Battery Management System pour batteries Lithium (BMS)
Kévin CORNET Enseignants : Guillaume PLOQUIN LEQUEU Thierry 2ème   CharlesAnnée - Q1 GLIKSOHN Promotion 2009/2011
Université François-Rabelais de Tours Institut Universitaire de Technologie de Tours Département Génie Électrique et Informatique Industrielle
PROJET TUTORÉ : Battery Management System pour batteries Lithium (BMS)
Kévin CORNET Enseignants : Guillaume PLOQUIN LEQUEU Thierry 2emeAnnée - Q1 GLIKSOHN Charles Promotion 2009/2011
Sommaire Introduction..........................................................................................................................................4 1.Présentation du projet........................................................................................................................5 1.1.Cahier des charges.....................................................................................................................5 1.2.Planning.....................................................................................................................................6 1.3.Schémas fonctionnels................................................................................................................7 1.4.Contraintes et problèmes.........................................................................................................10 2.Analyse technique............................................................................................................................11 2.1.Batteries Lithium Polymère.....................................................................................................11 2.2.Capteur de température............................................................................................................13 2.3.Micro-contrôleur ATmega8535................................................................................................15 2.4.Afficheur..................................................................................................................................17 2.5.Relais.......................................................................................................................................19 3.Réalisation ......................................................................................................................................20 3.1.Nomenclature...........................................................................................................................21 3.2.Carte réalisée............................................................................................................................23 3.3.Typon.......................................................................................................................................24 3.4.Programmation.........................................................................................................................24 3.5.Améliorations possibles...........................................................................................................26 Conclusion :........................................................................................................................................27 Résumé : ............................................................................................................................................28
Introduction
Les systèmes de production d’électricité, fondés sur les énergies renouvelables en général, et les systèmes photovoltaïques en particulier, nécessitent l’usage de systèmes de stockage d’énergie du fait de l’intermittence de la ressource énergétique. La nécessité de ce stockage est évidente dans le cas des systèmes isolés. Pour cela, des systèmes de gestion de batterie (BMS) modulaires et adaptables aux différents systèmes et technologies d’accumulateurs ont été développés. Sous l'acronyme BMS se cache Battery Management System ( système de gestion de batterie ). Il s'agit d'un circuit électronique qui va donc gérer divers paramètres permettant de prolonger la durée de vie de la batterie. On retrouvera notamment les fonctions de sécurité de base ( court-circuit, inversion de polarité, sonde de température ). Les éléments des batteries lithium ont besoin d'être équilibrés lors de leur charge de façon à ce qu'ils atteignent tous la même même tension en fin de charge.
Nous allons donc traiter ce sujet en trois grande partie. Dans un premier temps nous presenterons le projet, avec notamment le cahier des charges, planning. Nous ferons ensuite une analyse techniques des différents élements composants notre projet (Capteur de température, Atmega8535..), enfin nous ferons un point sur la partie rélisation avec une études des schémas.
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1. Présentation du projet
1.1. Cahier des charges
1.1.1. Présentation
Des batteries au lithium sont utilisées pour alimenter un kart électrique. Il faut donc vérifier et contrôler l'état de ces batteries afin que le conducteur du kart n'est aucun problème et puisse continuer à avancer.
1.1.2. Détail
Le but de notre projet est donc de récupérer la température de la batterie afin de ne pas dépasser une température maximum pour éviter que celle-ci n'explose. Nous devons également récupérer la tension minimale afin de prévenir le pilote du kart et lui indiquer qu'il doit rentrer au stand pour recharger celle-ci. Enfin, la tension maximale sera traiter et permettra lorsque celle-ci est atteinte, d'arrêter la charge de la batterie pour éviter que celle ci n'explose. Nous allons donc avoir besoin afin de réaliser notre projet : Un capteur de température afin de récupérer la température qu'il faudra ensuite convertir en tension. Un relai afin de stopper la charge de la batterie quand nous avons atteint la tension maximum. Un relai pour arrêter le moteur (décharge de la batterie). de réaliser l'ensemble de notre programme et d'organiserUn ATmega8535 afin les différentes fonctions. Dix éléments Lithium KOKAM 40AH en série. de connaître le niveau de la batterie.Un afficheur qui permettra au pilote du kart
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1.2. Planning
 Semaines                                              Tâches
Prise de connaissance du projet
Etude ATmega8535 (composant + programmation)
Etude affichage
Etude d'une batterie Lithium
Mis en œuvre d'un capteur de température Programmation Convertisseur analogique numérique Réalisation carte électronique ( simulateur batteries ) + tests
Rédaction du rapport
Soutenance orale
Tableau 1: Planning
 planning prévisionnel
 planning réel
 vacances
5
6
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8
9
10
11
12
13
14
6
Charge Décharge
1.3. Schémas fonctionnels
1.3.1. Schéma fonctionnel de niveau 1
BMS Contrôle Tension min/max et Température max
 Relais Prévenir Tension / Température max
Sur le schéma fonctionnel de niveau 1, nous retrouvons bien la fonction attendue dans le cahier des charges.
Alimentation
Capteurs
FP1
1.3.2. Schéma fonctionnel de niveau 2
Mesure Tension /  Température BMS
FP2
Données
Affichage
FP3
Relais FP4
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 Fonction principale 1 (FP1)  : 
Cette fonction aura une double utilité : chaque batterie à l'aide d'un capteur LM75mesurer la température sur mesurer la tension aux bornes de la batterie Ces données seront transmi a fonction principale FP2.
 Fonction principale 2 (FP2 ) : 
Cette fonction sera assurée par l'ATmega8535. Nous devrons le programmer dans le but d'effectuer un « BMS » (Battery Management System). En charge, si on atteint la tension max de la batterie fixée auparavant, l'ATmega commandera le relais afin d'arrêter la charge ( risque d'explosion que nous évoquerons ultérieurement ). A l'inverse, nous devrons contrôler deux paramètres : la tem érature max et la tension minimale seuil en dessous de la uelle il y a risque de détérioration
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 Fonction principale 3 (FP3 ) : 
La fonction devra recevoir la tension et la température par le micro-contrôleur et d'afficher ces informations sur un écran LCD 4x16. Cet écran sera très utile pour afficher toutes les informations que nous devons étudier.
Illustration 3: LCD 4x16
 Fonction principale 4 (FP4 ) : 
Cette fonction sera commandée par l'ATméga, elle aura pour utilité de couper l'alimentation des batteries dans le cas (vue précédemment) : pas compris entre le seuil min et maxOu la tension ne serait Ou la température serait trop élevée
Illustration 4: Relai électronique
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1.4. Contraintes et problèmes
Lors de la réalisation de notre projet, nous avons rencontrés certaines contraintes. Premièrement, les condensateurs utilisés ont été dessoudé d'une carte précédemment réalisée. Pour des raisons de sécurité (dangers que nous évoquerons ultérieurement), nous n'avons pas pu utiliser les batteries au lithium (base de notre projet). Nous avons donc du remplacer ces batteries par une carte composée de huit condensateurs. Malheureusement, la carte a été une lourde contrainte de temps car après avoir réalisé des erreurs sur les trois premières cartes (mauvaises empreintes du HE10, non utilisation de la bombe pour noircir les pistes). La non utilisation de la bombe a eu pour conséquence d'effacer nos pistes par la graveuse. Ces problèmes de réalisation de carte nous a fait perdre environ une séance et demie qui aurait pu être consacré à l'étude des relais et à la programmation. Enfin, nous nous sommes trompé dans la valeur des résistances (inversion de celles-ci) qui nous a posé un problème car nous nous retrouvions avec des tensions aux bornes des condensateurs trop élevées (présence de 2,7 V aux bornes d'un condensateur alors que celui-ci ne peut supporter que 2,3 V). Nous avons donc du dessouder les résistances pour les inverser mais nous ne nous sommes pas compris lors de la désignation des résistances et avons inversé R1 et R2 sur chaque pont diviseur.
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2. Analyse technique
2.1.
Batteries Lithium Polymère
2.1.1. Présentation
Illustration 5: Batterie Lithium Polymère KOKAM
Les batteries de type "Lithium" ont une capacité poids/puissance beaucoup plus intéressante qu'une batteries traditionnel de type NiCd (Cadmium Nickel). Le lithium offre divers avantages, elles sont légères et offrent dans un volume faible une capacité importante. De plus, elles ont un taux d'auto décharge de 10% par mois seulement, ce qui permet d’avoir des batteries chargées toujours prêtes à l’emploi (comme les batteries au plomb), contrairement aux piles rechargeables classiques Il faut savoir que pour la même capacité, elles pèsent le tiers du poids d’un pack traditionnel, mais la technologie lithium n'a pas que des avantages. En effet elles offrent également leurs lots d'inconvénients, elles sont fragiles (aussi bien mécaniquement qu’électriquement), elles sont chères, très chères et elles ont une limite dans le taux de décharge et de charge : La charge doit être réalisée selon un protocole précis car il y a des risques d'inflammation et d'explosion. Ils ne peuvent pas être déchargés en dessous d'un certain seuil (de l'ordre de 3V) car sinon ils se détériorent et peuvent même s'enflammer.
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