Circuit de surveillance des tensions basses des cellules (Protection Circuit Module)

Le système Prop'Elec utilise un détecteur de tension basse sur chaque cellule de la batterie pour la protéger des décharges profondes. Notre système ne récupérant pas d'énergie, nous ne surveillons pas les tensions hautes des cellules. C'est le chargeur qui s'en chargera. Cela implique l'achat d'un chargeur équipé d'un équilibreur intégré.
Les cellules de technologie Li-Po utiliserons une tension de coupure de 3V1.
Les cellules de technologie Li-Ion et LiFePo4 utiliserons une tension de coupure de 2V6.
Nous avons mi au point ce circuit de précision pour tous les types de cellules lithium et dans toutes les conditions de fonctionnement. Lors d'une détection de tension basse sur une ou plusieurs des cellules, un signal bas (0 volts) est envoyé à la carte de gestion IHM/BMS. L'alimentation 5 volts proviens de cette carte.

Schéma :

Câblage sur une carte à matrice :

Pour obtenir un fonctionnement correct ainsi que la précision adéquate. Il est impératif d'utiliser les références des composants ci-après et de bien suivre la description du câblage.
Le test unitaire de chaque circuit est impératif pour la sécurité du système Prop'Elec.
Première étape : souder les composants et les fils.
Deuxième étape : relier les composants entres eux avec des petits ponts de soudures comme sur la photo.
Troisième étape : prendre une loupe pour vérifier qu'il n'y ai pas de mauvaises soudures ou de courts circuits.
Quatrième étape : avec un testeur de continuité, tester chaque piste en vérifiant la correspondance avec le schéma.

Vérification du bon fonctionnement du circuit :

Première étape : connecter une résistance de 1,5 kilo Ohms entre la sortie S et le +VCC. Brancher un testeur entre la sortie S et le 0V. Il vous faut une petite alimentation en tre 5 et 12 volts a connecter entre le +VCC et le 0V.
Deuxième étape : brancher une cellule lithium entre le +cell et le -cell.
Troisième étape : brancher le chargeur sur la cellule.
Quatrième étape : décharger la cellule et vérifier qu'au passage de la tension de surveillance, 3.1 volts ou 2.6 volts suivant le cas, que la tension en sortie passe bien à zéro volt.

Protection du circuit :

Nous vous conseillons de noyer les deux cotés du circuit dans de la résine epoxyde. Il sera ainsi robuste et protégé de la corrosion et autres agressions extérieurs. Pour parfaire cette protection, on ajoutera un morceau de gaine thermo rétractable qui assurera son isolation électrique.
Une autre solution est d'utiliser de la gaine thermo rétractable enduite de colle qui va fondre et avoir la même action que la résine epoxyde de la solution précédente.

Assemblage des PCM :

Chaque carte PCM est reliée à une cellule. Utiliser des longueurs de fil les plus courts possible.
Le nombre de cellule minimum est de 3 en Li-Po ou Li-Ion est de 4 en LiFePo4.
Le nombre de cellule maximum est déterminé par votre contrôleur et votre chargeur,
(voir ces sections pour plus d'informations).
Le moins de la première cellule correspond au moins batterie qui ira au contrôleur moteur.
Il correspond aussi à la masse de l'électronique de commande également appelé 0V.
Le plus de la dernière cellules correspond au plus batterie qui ira au contrôleur moteur.
Le +VCC (5 volts) est fournit par le régulateur de la carte IHM/BMS à partir du plus batterie.
Le signal d'information de tension basse des cellules CELL LOW est également envoyé vers la carte IHM/BMS.

Composants :

Carte à matrice Simple face au pas de 2.54mm, 40.5 x 40 x 1.5mm, 35µm, FR4

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Carte_a_matrice_Simple_face_au_pas_de_254mm<u>405_x_40_x_15mm</u>35%C2%B5m__FR4-8971408.aspxAvec cette carte, vous pouvez câbler deux circuits de surveillances. Il faut au préalable la couper en deux. Pour cela, tracer plusieurs traits de cutter sur une bande de trous non utilisée et casser la plaque comme un timbre poste. 

IC1 - MCP6141 I/P

https://www.microchipdirect.com/product/search/all/mcp6141?facet=on&facet=true&fq={!tag=TR}TempRange_s:(%22-40C+to+%2b85C%22)&facet.field=TempRange_s&fq={!tag=PT}PackageType_s:(%22PDIP%22)&facet.field=PackageType_s&start=0&rows=50Amplificateur opérationnel utilisé en comparateur de tension.
MCP6141.pdf

IC2 - 6N139 L

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Optocoupleur_Traversant<u>Lite_On</u>6N139_L__Sortie_Phototransistor-6912322.aspxOptocoupleur
6N139.pdf

DZ1 - LM285 LP-12

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Reference_de_tension<u>1235V_LM285LP_1_2</u>1_223<u>1_247_V</u>Fixed<u>Iout_max_20mA</u>Precision_%C2%B110___TO_92_3_-6619789.aspxRéférence de tension 1,235V
LM285-1_2V.pdf

C1 - Condensateur polyester 100nF

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Condensateur_polyester_PET_KEMET<u>100nF</u>%C2%B15<u>63_V_ca</u>100_V_cc<u>Traversant</u>pas_de_5mm__R82-4631765.aspx

R1 - Résistance 6,19k Ohms 0,1% (3,1V LIPO)

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Resistance_fixe_619kO<u>%C2%B101</u>0_25W__23_Dia_x_63mm-7546847.aspx

R1 - Résistance 4,53k Ohms 0,1% (2,6V Li-Ion ou LiFePo4)

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Resistance_fixe_453kO<u>%C2%B101</u>0_25W__23_Dia_x_63mm-7545866.aspx

R2 - Résistance 4,12k Ohms 0,1%

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Resistance_fixe_412kO<u>%C2%B101</u>0_25W__23_Dia_x_63mm-7545856.aspx

R3 - Résistance 1,5k Ohms 0,1%

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Resistance_fixe_1_5kO<u>%C2%B101</u>0_25W__23_Dia_x_63mm-7548748.aspx

R4 - Résistance 1,5k Ohms 1%

https://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Resistance_fixe_a_couche_metallique_1_5kO<u>%C2%B11</u>0_6W__23_Dia_x_62mm-148540.aspx

Fil de câblage

https://fr.rs-online.com/web/c/cables-fils-accessoires/fils-de-cablage/cable-industriel-bs-csa-ul/?applied-dimensions=4291433322,4291462079Le fil de câblage doit être au minimum de type AWG22 16 brins de 0,2mm isolant en PVC.
Différentes couleurs existent. Il sera utilisé pour le câblage générale.
Maintenant si vous pouvez récupérer du fil, n'hésiter pas si il est de qualité.
https://fr.rs-online.com/web/c/cables-fils-accessoires/fils-de-cablage/fil-pour-environnement-severe/?applied-dimensions=4291462079Plus cher, vous trouverez du fil de haute qualité en Caoutchouc silicone. Au vu des faibles longueurs, c'est un choix pertinent!
https://www.flashrc.com/dualsky/335-cable_souple_05mm_2x1m_silicone_rouge_noir_20awg.htmlLe luxe est d'utiliser du fil silicone de modéliste. Il est extrêmement souple et cher! Il comporte un nombre très important de brins de cuivre.
Il servira par exemple pour câbler le cordon d'équilibrage qui partira idéalement de chaque circuit PCM.

Coût

Chaque PCM reviens à 4€89 pour du Li-Ion ou du LiFePo4 et 5€28 pour du Li-Po.
Pour une batterie de 14 cellules en série, le PCM reviendra à 68€46 pour du Li-Ion ou du LiFePo4 et 73€92 pour du Li-Po.




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