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Véhicule Electrique

2013-12-15T19:43:52Z

Pgombaul : /* III] Avancement du projet */

= Introduction =

[[Fichier:Capture2.jpg]]

==Contexte==

La flambée des cours du pétrole que nous avons connue au cours de l'été 2008, la raréfaction des réserves, les normes environnementales appliquées à l'automobile de plus en plus contraignantes, les problèmes de réchauffement climatique, sont autant d'éléments qui ont mis en évidence les problèmes liés à l'usage intensif des véhicules à moteur thermique. La nécessité de développer des véhicules alternatifs s'impose peu à peu...
Le véhicule tout électrique, bien que pénalisé par son autonomie limitée, apparaît comme une solution sérieuse pour les déplacements urbains et extra-urbains et présente des performances dynamiques équivalentes aux véhicules actuels.
Situés tous deux dans le département du Nord, Polytech'Lille s'est rapproché de la société Secma, constructeur automobile automobile en vue de développer un véhicule électrique. A cette fin, Polytech'Lille s'est équipé d'un véhicule thermique de type Fun Extr'm de chez Secma, d'un ensemble variateur-moteur électrique et de batteries ai Lithium.

==Cahier des charges==

L'objectif de ce PFE est, d'une part, rendre le véhicule fonctionnel et d'autre part, effectuer un travail de synthèse.

En effet plusieurs étudiants ont travaillé sur le véhicule, il faut donc récupérer et trier l'ensemble des informations.

'''Déroulement'''

Le travail à effectuer se décompose de la façon suivante:

- Vérifier et modifier si nécessaire les plans de câblage au regard des notices techniques de chaque élément

- Finir le câblage de la partie commande

- Configurer et tester le Battery Management Security (BMS)

- configurer et tester le variateur de vitesse.

- valider le travail par des essais

- réaliser le dossier de synthèse

==Materiel==

Nous avons à notre disposition le materiel suivant:

'''châssis'''

Le châssis du véhicule est considéré comme un accumulateur d'énergie. Auparavant les étudiants ayant travaillé sur le sujet l'avaient modéliser pour déterminer sa fonction de transfère. En terme de régulation, il a fallu intégrer un correcteur.

'''moteur électrique'''

Ce moteur est une machine synchrone à aimants permanent d’une puissance de 8,6 kW, il est fabriqué par la société PERM.

Ses spécifications techniques majeures sont :

[[Fichier:tableau.png]]

L'avantage d'un moteur synchrone à aimant permanent est sa puissance massique.

'''Variateur de Vitesse'''

Il existe différent type de variateurs, ils sont principalement constitués d’un convertisseur statique utilisant généralement un pont en H et d’une électronique de commande qui réalise la régulation et l’asservissement de la machine.

C’est un équipement électrotechnique alimente le moteur synchrone afin de varier sa vitesse. La vitesse peut être proportionnelle à une valeur analogique fournie par un potentiomètre, ou par une commande externe : un signal de commande analogique ou numérique, issue d'une unité de contrôle.

'''Battery Managment System'''

Le BMS (Battery Management System) permet de contrôler et gérer le bon fonctionnement du système:

- charges et décharges de la batterie afin d’augmenter sa durée de vie.

- gestion de la sécurité (On ne peut pas démarrer le véhicule lorsque la prise de recharge est branchée).

Il est un élément indispensable sur tout pack de batteries au lithium. Il surveille l'état de différents éléments de la batterie tels que:

- La tension des cellules individuelles.

- La température moyenne, température d'admission de liquide de refroidissement, température de sortie de liquide de refroidissement, ou températures des cellules individuelles.

- L'état de charge ou le taux de décharge qui indique le niveau de charge de la batterie.

- L'état général de la batterie.

- Le débit du réfrigérant : air ou fluides batteries.

- Le courant de sortie des batteries.

Le BMS permet donc la protection des batteries contre tout fonctionnement en dehors des plages de fonctionnement (Sur-intensité, Sur-tension (lors de la phase de charge), Sous-tension (lors de la phase de décharge), Surchauffe, Sous-température, Sur-pression (NiMH batteries)) via un contrôle de l'environnement et un interrupteur interne ou des dispositifs externes qui réduiront ou mettront fin à l'utilisation en cours des batteries.

'''batteries'''

Des batteries aux Lithium Ion Phosphate, 130 Ah, composées de 18 cellules sont utilisées afin de délivrer une tension de 60V.

Ce type de batteries est très utilisé dans le milieu automobile car elles sont très sûres en terme de sécurité, elles peuvent de plus stocker une très grande quantité d'énergie par unité de masse et ont une grande rapidité à se charger ou à libérer leur énergie.

[[Fichier:batteries.jpg]]

'''chargeur'''

Le chargeur permet la conversion alternatif/continu afin de recharger les batteries.
Ce chargeur est régulé en interne afin d'assurer une bonne recharge de la batterie (Lithium Polymère).
La particularité de ce chargeur est qu'il dispose d'un contact de commande.

[[Fichier:Capture.jpg]]

= Etat de l'art=

Afin de mieux comprendre notre démarche, vous trouverez dans cette partie un résumé du travail de chaque groupe ayant travaillé sur le projet.

==Année 2008-2009==

Durant l'année scolaire 2008-2009, quatre équipes de huit élèves ingénieurs ont travaillé 100h chacune sur deux architectures envisagées pour le Fun'Extrem électrifié.

Deux solutions technologiques ont été mises en avant:

- un moteur électrique commandant les roues arrière via un réducteur (minimiser le volume du moteur électrique).

- une solution comportant deux moteurs greffés sur les bras de suspension arrière.

Ces études ont débouché sur des propositions concrètes et réalisables.
Elles ont permis d'établir des bilans énergétique, de développer une expertise dans le domaine des moteurs électriques, des batteries et de mettre en évidence une solution technique en accord avec le besoin exprimé: à savoir un véhicule propulsé par un moteur synchrone à aimants permanents (SEP) et transmettant la puissance via une boite de vitesse à deux rapports.

==Année 2009-2010==

Suite à la stratégie choisie, des étudiants ont travaillé de Septembre 2009 à Février 2010 durant 300h sur le dimensionnement et le choix de solutions technologiques permettant de réaliser la boîte à deux rapports et le passage sous couple.

Au terme du projet, une architecture de boîte de vitesse fut bien définie et implémentée sur le véhicule.

Durant ce projet, il a aussi été défini le choix du moteur.

==Année 2010-2011==

Durant cette année scolaire, deux objectifs étaient proposé aux étudiants: le premier concernant l’étude de l’influence de la température sur des tôles magnétiques, le second ayant pour but de remplacer le moteur thermique du véhicule par un moteur électrique, en essayant de conserver le même comportement.

Le dimensionnement et le choix du moteur ont été réalisés par les étudiants du département mécanique en collaboration avec un groupe du département IMA.

Durant ce projet, divers objectifs ont été réalisés tels que:

- le choix et le dimensionnement de la batterie (la batterie à été choisie de sorte que le véhicule puisse en moyenne se déplacer avec une autonomie de
60km ce qui correspond à une énergie stockée dans la batterie d'environ 20.5KWh).

- le choix et dimensionnement du moteur (ce moteur est donc le PMS 150 WB 338 series 48 VDC du groupe PERMMOTOR).
Ce choix s'est surtout arrêté en fonction du poids et de la puissance du moteur.

- Une première configuration du variateur (La programmation de ce variateur permet notamment de définir quel profil d’accélération est nécessaire pour une bonne régulation du véhicule).

Enfin une maquette à été réalisée ayant pour but de pouvoir tester le moteur installé et configurer le variateur.

C'est à cet effet qu'un pupitre de commande a aussi été créé simulant les différentes entrées/sorties du véhicule.

==Année 2011-2012==

Lors de cette année, le projet "véhicule électrique" à essentiellement été mené par un groupe du département IMA.

En effet, le groupe précédent ayant effectué une première configuration du variateur, l'objectif du projet de cette année fût de réaliser un banc d’essais afin de valider le bon fonctionnement de l’ensemble moteur/variateur.

Dans le cadre du trophée SIA, une solution technique simple, adaptable et à moindre coûts à dû être trouvée.

Ce groupe a opté pour une configuration par un bus de terrain de type CAN (Controller area network) connu pour être une solution de communication économique et efficace.

Dans cet optique, « La box » qui est une boite de dérivation permettant de centraliser tous les signaux de commande du système à été créée.
Et afin d’éviter les erreurs de câblage, il a été décidé d’élaborer les plans sur un logiciel : QElectroTech.

Pour la réalisation des plans de câblages, une commande du matériel nécessaire a été passée. il a donc été nécessaire de déterminer le type de connecteurs à utiliser afin de répondre aux normes du trophée SIA en termes d’étanchéité et de sécurité.

Il a donc été prévu tous les accessoires et matériel permettant de réaliser un câblage de qualité, tels que :

- Pinces à sertir.

- Pinces coupante.

- Gaines thermo-rétractable.

- Colliers serrant.

- etc.

Après avoir réalisé le câblage de «la box » et assemblé l’ensemble des équipements, quelques premiers tests de l’ensemble du matériel ont été réalisés à l’aide du réseau électrique continu réglable d’un banc de TP assurant un fonctionnement provisoire du moteur.

Enfin deux logiciels ont été utilisé dans le but de configurer le variateur et assurer un bon fonctionnement du moteur: DriveWizard et DVT.

Les résultats de ces configurations ont permis d'en déduire les caractéristiques d'essais à vide et de valider le câblage ainsi que le bon fonctionnement de l’ensemble moteur/variateur.

==Année 2012-2013==

Durant cette année, un dernier groupe du département IMA à travaillé sur ce projet.

Ils ont en effet réaliser une modélisation complète du véhicule (partie électrique et mécanique) à l'aide de la modélisation REM qui nous permettra par la suite de configurer le variateur avec charge.

=Nos solutions technologiques=

Nous avons constaté que beaucoup de travail a déjà été réalisé et dans le but de poursuivre puis terminer ce projet existant, nous nous sommes intéressé à la façon dont se coordonnent les différents composants et surtout quels solutions techniques ont été choisies.

Durant les projets des années précédentes, les principaux composants (moteur, batteries, variateur) de ce véhicule électrique ont été dimensionnés, installés puis en partie branchés. Ainsi différents connecteurs et composants électriques (contacteurs, fiches électriques,fusibles, etc.) ont été commandés et utilisés dans ce projet.

Dans un soucis d'adaptation à ces travaux réalisés, nous avons repasser différentes commandes de matériel dont nous avions besoin (convertisseur AC/DC, convertisseur DC/DC, relais, etc.) chez les industriels Radiospare et Farnell et avons choisi judicieusement nos composants de sorte qu'ils soient adaptables à ceux déjà utilisés.

En outre, il nous a fallu prendre en considération la nature des connecteurs utilisés qui sont caractérisés par:

- plusieurs dimensions de forme et de taille.

- un nombre de pins.

- un certain type de pins.

= Avancement du projet=

Dans cette partie nous vous décrivons les grandes étapes de la réalisation de notre projet:

==Prise de contacts avec les enseignants==

La première séance nous à tout d'abord servi à prendre contact avec les professeurs référents de ce projet : Mr. Philippe Delarue et Mr. Arnaud Chielens.
Lors de ce premier rendez-vous:

- le véhicule électrique nous à été présenté

- les documents relatifs à ce projet nous ont été remis.

'''Remarque'''

Ce projet est divisé en deux partie:
- une partie mécanique: remplacement du moteur thermique en un moteur électrique, intégration des composants nécessaires à l'électrification (batteries,
BMS, variateurs de vitesse, une modification de la boite de vitesse)
- une partie électrique: modélisation électromécanique, tester les différents éléments du système, réaliser les différents câblages (puissance et
commande).

== Prise en main du sujet==

la première chose à faire est de mettre à plat l'ensemble des documents fournis qu'il soient de nature technique (datasheet , mode d'emploi) ou bien de nature explicative (rapport de stage, twiki).

==Validation du câblage de la puissance==

Le câblage étant réalisé, nous avons dû le tester. Cette vérification à été effectué à l'aide d'un ohmmètre.

Dans un souci de clarté, nous avons réalisé le schéma de câblage de la puissance.

==Validation et modification du schéma de commande==

Le schéma de commande permet de gérer le fonctionnement des différents éléments entre eux tout en assurant la sécurité des biens et des personnes. Après analyse du schéma de commande et compréhension des différentes fonctions de celui ci nous l'avons modifié et validé pour la suite de notre projet.

'''Remarque:'''

le schéma de commande avait été réalisé auparavant par Philippe Delarue. Notre travail était de le vérifier et le modifier si nécessaire.

[[Fichier:PFEschema2013.png]]

==Commande du materiel==

En vue du matériel présent et de la stratégie mise ne place pour la suite du projet. Nous avons dû réaliser de nouvelles commandes afin de réaliser un nouveau boitier d'interconnection.

''' Remarque''':

Cette étape à été plutôt longue.
En effet, des problèmes ont été rencontrés dans:
- la recherche de composants compatibles avec ceux déjà présents.
- la gestion de délais de livraison et de stock.

==Réalisation et validation du boitier d’interconnexion==

Afin de créer le plus proprement possible le boitier d’interconnexion nous avons réalisé une plaque électronique permettant une bonne intégration des modules de commande.
Dans le but de créer cette carte électronique, il nous a fallu nous familiariser avec le logiciel Eagle, un logiciel de conception électronique.
Durant quelques séances nous avons donc découvert et appris à utiliser ce logiciel.

Néanmoins, un problème nous est survenu: en effet, la version de ce logiciel disponible à Polytech étant une version "light" nous limitant dans l'implémentation des composants, nous avons dû trouver un une version correcte pour terminer l'implémentation de cette carte.
De plus,la plupart des composants utilisés n'étant pas disponible dans les librairies de Eagle, nous avons dû apprendre à créer une librairie et à y créer les composants associés en se référant au dimensions des composants réels.

'''Remarque''':

- Le Layout a été réalisé à l'aide du logiciel Eagle
- Nous avons eu l'aide de Thierry Flamen pour la réalisation de celle ci.

==interconnection des éléments de commande==

Véhicule Electrique

2013-12-15T19:43:32Z

Pgombaul : /* II] Etat de l'art */

= Introduction =

[[Fichier:Capture2.jpg]]

==Contexte==

La flambée des cours du pétrole que nous avons connue au cours de l'été 2008, la raréfaction des réserves, les normes environnementales appliquées à l'automobile de plus en plus contraignantes, les problèmes de réchauffement climatique, sont autant d'éléments qui ont mis en évidence les problèmes liés à l'usage intensif des véhicules à moteur thermique. La nécessité de développer des véhicules alternatifs s'impose peu à peu...
Le véhicule tout électrique, bien que pénalisé par son autonomie limitée, apparaît comme une solution sérieuse pour les déplacements urbains et extra-urbains et présente des performances dynamiques équivalentes aux véhicules actuels.
Situés tous deux dans le département du Nord, Polytech'Lille s'est rapproché de la société Secma, constructeur automobile automobile en vue de développer un véhicule électrique. A cette fin, Polytech'Lille s'est équipé d'un véhicule thermique de type Fun Extr'm de chez Secma, d'un ensemble variateur-moteur électrique et de batteries ai Lithium.

==Cahier des charges==

L'objectif de ce PFE est, d'une part, rendre le véhicule fonctionnel et d'autre part, effectuer un travail de synthèse.

En effet plusieurs étudiants ont travaillé sur le véhicule, il faut donc récupérer et trier l'ensemble des informations.

'''Déroulement'''

Le travail à effectuer se décompose de la façon suivante:

- Vérifier et modifier si nécessaire les plans de câblage au regard des notices techniques de chaque élément

- Finir le câblage de la partie commande

- Configurer et tester le Battery Management Security (BMS)

- configurer et tester le variateur de vitesse.

- valider le travail par des essais

- réaliser le dossier de synthèse

==Materiel==

Nous avons à notre disposition le materiel suivant:

'''châssis'''

Le châssis du véhicule est considéré comme un accumulateur d'énergie. Auparavant les étudiants ayant travaillé sur le sujet l'avaient modéliser pour déterminer sa fonction de transfère. En terme de régulation, il a fallu intégrer un correcteur.

'''moteur électrique'''

Ce moteur est une machine synchrone à aimants permanent d’une puissance de 8,6 kW, il est fabriqué par la société PERM.

Ses spécifications techniques majeures sont :

[[Fichier:tableau.png]]

L'avantage d'un moteur synchrone à aimant permanent est sa puissance massique.

'''Variateur de Vitesse'''

Il existe différent type de variateurs, ils sont principalement constitués d’un convertisseur statique utilisant généralement un pont en H et d’une électronique de commande qui réalise la régulation et l’asservissement de la machine.

C’est un équipement électrotechnique alimente le moteur synchrone afin de varier sa vitesse. La vitesse peut être proportionnelle à une valeur analogique fournie par un potentiomètre, ou par une commande externe : un signal de commande analogique ou numérique, issue d'une unité de contrôle.

'''Battery Managment System'''

Le BMS (Battery Management System) permet de contrôler et gérer le bon fonctionnement du système:

- charges et décharges de la batterie afin d’augmenter sa durée de vie.

- gestion de la sécurité (On ne peut pas démarrer le véhicule lorsque la prise de recharge est branchée).

Il est un élément indispensable sur tout pack de batteries au lithium. Il surveille l'état de différents éléments de la batterie tels que:

- La tension des cellules individuelles.

- La température moyenne, température d'admission de liquide de refroidissement, température de sortie de liquide de refroidissement, ou températures des cellules individuelles.

- L'état de charge ou le taux de décharge qui indique le niveau de charge de la batterie.

- L'état général de la batterie.

- Le débit du réfrigérant : air ou fluides batteries.

- Le courant de sortie des batteries.

Le BMS permet donc la protection des batteries contre tout fonctionnement en dehors des plages de fonctionnement (Sur-intensité, Sur-tension (lors de la phase de charge), Sous-tension (lors de la phase de décharge), Surchauffe, Sous-température, Sur-pression (NiMH batteries)) via un contrôle de l'environnement et un interrupteur interne ou des dispositifs externes qui réduiront ou mettront fin à l'utilisation en cours des batteries.

'''batteries'''

Des batteries aux Lithium Ion Phosphate, 130 Ah, composées de 18 cellules sont utilisées afin de délivrer une tension de 60V.

Ce type de batteries est très utilisé dans le milieu automobile car elles sont très sûres en terme de sécurité, elles peuvent de plus stocker une très grande quantité d'énergie par unité de masse et ont une grande rapidité à se charger ou à libérer leur énergie.

[[Fichier:batteries.jpg]]

'''chargeur'''

Le chargeur permet la conversion alternatif/continu afin de recharger les batteries.
Ce chargeur est régulé en interne afin d'assurer une bonne recharge de la batterie (Lithium Polymère).
La particularité de ce chargeur est qu'il dispose d'un contact de commande.

[[Fichier:Capture.jpg]]

= Etat de l'art=

Afin de mieux comprendre notre démarche, vous trouverez dans cette partie un résumé du travail de chaque groupe ayant travaillé sur le projet.

==Année 2008-2009==

Durant l'année scolaire 2008-2009, quatre équipes de huit élèves ingénieurs ont travaillé 100h chacune sur deux architectures envisagées pour le Fun'Extrem électrifié.

Deux solutions technologiques ont été mises en avant:

- un moteur électrique commandant les roues arrière via un réducteur (minimiser le volume du moteur électrique).

- une solution comportant deux moteurs greffés sur les bras de suspension arrière.

Ces études ont débouché sur des propositions concrètes et réalisables.
Elles ont permis d'établir des bilans énergétique, de développer une expertise dans le domaine des moteurs électriques, des batteries et de mettre en évidence une solution technique en accord avec le besoin exprimé: à savoir un véhicule propulsé par un moteur synchrone à aimants permanents (SEP) et transmettant la puissance via une boite de vitesse à deux rapports.

==Année 2009-2010==

Suite à la stratégie choisie, des étudiants ont travaillé de Septembre 2009 à Février 2010 durant 300h sur le dimensionnement et le choix de solutions technologiques permettant de réaliser la boîte à deux rapports et le passage sous couple.

Au terme du projet, une architecture de boîte de vitesse fut bien définie et implémentée sur le véhicule.

Durant ce projet, il a aussi été défini le choix du moteur.

==Année 2010-2011==

Durant cette année scolaire, deux objectifs étaient proposé aux étudiants: le premier concernant l’étude de l’influence de la température sur des tôles magnétiques, le second ayant pour but de remplacer le moteur thermique du véhicule par un moteur électrique, en essayant de conserver le même comportement.

Le dimensionnement et le choix du moteur ont été réalisés par les étudiants du département mécanique en collaboration avec un groupe du département IMA.

Durant ce projet, divers objectifs ont été réalisés tels que:

- le choix et le dimensionnement de la batterie (la batterie à été choisie de sorte que le véhicule puisse en moyenne se déplacer avec une autonomie de
60km ce qui correspond à une énergie stockée dans la batterie d'environ 20.5KWh).

- le choix et dimensionnement du moteur (ce moteur est donc le PMS 150 WB 338 series 48 VDC du groupe PERMMOTOR).
Ce choix s'est surtout arrêté en fonction du poids et de la puissance du moteur.

- Une première configuration du variateur (La programmation de ce variateur permet notamment de définir quel profil d’accélération est nécessaire pour une bonne régulation du véhicule).

Enfin une maquette à été réalisée ayant pour but de pouvoir tester le moteur installé et configurer le variateur.

C'est à cet effet qu'un pupitre de commande a aussi été créé simulant les différentes entrées/sorties du véhicule.

==Année 2011-2012==

Lors de cette année, le projet "véhicule électrique" à essentiellement été mené par un groupe du département IMA.

En effet, le groupe précédent ayant effectué une première configuration du variateur, l'objectif du projet de cette année fût de réaliser un banc d’essais afin de valider le bon fonctionnement de l’ensemble moteur/variateur.

Dans le cadre du trophée SIA, une solution technique simple, adaptable et à moindre coûts à dû être trouvée.

Ce groupe a opté pour une configuration par un bus de terrain de type CAN (Controller area network) connu pour être une solution de communication économique et efficace.

Dans cet optique, « La box » qui est une boite de dérivation permettant de centraliser tous les signaux de commande du système à été créée.
Et afin d’éviter les erreurs de câblage, il a été décidé d’élaborer les plans sur un logiciel : QElectroTech.

Pour la réalisation des plans de câblages, une commande du matériel nécessaire a été passée. il a donc été nécessaire de déterminer le type de connecteurs à utiliser afin de répondre aux normes du trophée SIA en termes d’étanchéité et de sécurité.

Il a donc été prévu tous les accessoires et matériel permettant de réaliser un câblage de qualité, tels que :

- Pinces à sertir.

- Pinces coupante.

- Gaines thermo-rétractable.

- Colliers serrant.

- etc.

Après avoir réalisé le câblage de «la box » et assemblé l’ensemble des équipements, quelques premiers tests de l’ensemble du matériel ont été réalisés à l’aide du réseau électrique continu réglable d’un banc de TP assurant un fonctionnement provisoire du moteur.

Enfin deux logiciels ont été utilisé dans le but de configurer le variateur et assurer un bon fonctionnement du moteur: DriveWizard et DVT.

Les résultats de ces configurations ont permis d'en déduire les caractéristiques d'essais à vide et de valider le câblage ainsi que le bon fonctionnement de l’ensemble moteur/variateur.

==Année 2012-2013==

Durant cette année, un dernier groupe du département IMA à travaillé sur ce projet.

Ils ont en effet réaliser une modélisation complète du véhicule (partie électrique et mécanique) à l'aide de la modélisation REM qui nous permettra par la suite de configurer le variateur avec charge.

=Nos solutions technologiques=

Nous avons constaté que beaucoup de travail a déjà été réalisé et dans le but de poursuivre puis terminer ce projet existant, nous nous sommes intéressé à la façon dont se coordonnent les différents composants et surtout quels solutions techniques ont été choisies.

Durant les projets des années précédentes, les principaux composants (moteur, batteries, variateur) de ce véhicule électrique ont été dimensionnés, installés puis en partie branchés. Ainsi différents connecteurs et composants électriques (contacteurs, fiches électriques,fusibles, etc.) ont été commandés et utilisés dans ce projet.

Dans un soucis d'adaptation à ces travaux réalisés, nous avons repasser différentes commandes de matériel dont nous avions besoin (convertisseur AC/DC, convertisseur DC/DC, relais, etc.) chez les industriels Radiospare et Farnell et avons choisi judicieusement nos composants de sorte qu'ils soient adaptables à ceux déjà utilisés.

En outre, il nous a fallu prendre en considération la nature des connecteurs utilisés qui sont caractérisés par:

- plusieurs dimensions de forme et de taille.

- un nombre de pins.

- un certain type de pins.

=III] Avancement du projet=

Dans cette partie nous vous décrivons les grandes étapes de la réalisation de notre projet:

==Prise de contacts avec les enseignants==

La première séance nous à tout d'abord servi à prendre contact avec les professeurs référents de ce projet : Mr. Philippe Delarue et Mr. Arnaud Chielens.
Lors de ce premier rendez-vous:

- le véhicule électrique nous à été présenté

- les documents relatifs à ce projet nous ont été remis.

'''Remarque'''

Ce projet est divisé en deux partie:
- une partie mécanique: remplacement du moteur thermique en un moteur électrique, intégration des composants nécessaires à l'électrification (batteries,
BMS, variateurs de vitesse, une modification de la boite de vitesse)
- une partie électrique: modélisation électromécanique, tester les différents éléments du système, réaliser les différents câblages (puissance et
commande).

== Prise en main du sujet==

la première chose à faire est de mettre à plat l'ensemble des documents fournis qu'il soient de nature technique (datasheet , mode d'emploi) ou bien de nature explicative (rapport de stage, twiki).

==Validation du câblage de la puissance==

Le câblage étant réalisé, nous avons dû le tester. Cette vérification à été effectué à l'aide d'un ohmmètre.

Dans un souci de clarté, nous avons réalisé le schéma de câblage de la puissance.

==Validation et modification du schéma de commande==

Le schéma de commande permet de gérer le fonctionnement des différents éléments entre eux tout en assurant la sécurité des biens et des personnes. Après analyse du schéma de commande et compréhension des différentes fonctions de celui ci nous l'avons modifié et validé pour la suite de notre projet.

'''Remarque:'''

le schéma de commande avait été réalisé auparavant par Philippe Delarue. Notre travail était de le vérifier et le modifier si nécessaire.

[[Fichier:PFEschema2013.png]]

==Commande du materiel==

En vue du matériel présent et de la stratégie mise ne place pour la suite du projet. Nous avons dû réaliser de nouvelles commandes afin de réaliser un nouveau boitier d'interconnection.

''' Remarque''':

Cette étape à été plutôt longue.
En effet, des problèmes ont été rencontrés dans:
- la recherche de composants compatibles avec ceux déjà présents.
- la gestion de délais de livraison et de stock.

==Réalisation et validation du boitier d’interconnexion==

Afin de créer le plus proprement possible le boitier d’interconnexion nous avons réalisé une plaque électronique permettant une bonne intégration des modules de commande.
Dans le but de créer cette carte électronique, il nous a fallu nous familiariser avec le logiciel Eagle, un logiciel de conception électronique.
Durant quelques séances nous avons donc découvert et appris à utiliser ce logiciel.

Néanmoins, un problème nous est survenu: en effet, la version de ce logiciel disponible à Polytech étant une version "light" nous limitant dans l'implémentation des composants, nous avons dû trouver un une version correcte pour terminer l'implémentation de cette carte.
De plus,la plupart des composants utilisés n'étant pas disponible dans les librairies de Eagle, nous avons dû apprendre à créer une librairie et à y créer les composants associés en se référant au dimensions des composants réels.

'''Remarque''':

- Le Layout a été réalisé à l'aide du logiciel Eagle
- Nous avons eu l'aide de Thierry Flamen pour la réalisation de celle ci.

==interconnection des éléments de commande==

Véhicule Electrique

2013-12-15T19:42:57Z

Pgombaul : /* I] Introduction */

= Introduction =

[[Fichier:Capture2.jpg]]

==Contexte==

La flambée des cours du pétrole que nous avons connue au cours de l'été 2008, la raréfaction des réserves, les normes environnementales appliquées à l'automobile de plus en plus contraignantes, les problèmes de réchauffement climatique, sont autant d'éléments qui ont mis en évidence les problèmes liés à l'usage intensif des véhicules à moteur thermique. La nécessité de développer des véhicules alternatifs s'impose peu à peu...
Le véhicule tout électrique, bien que pénalisé par son autonomie limitée, apparaît comme une solution sérieuse pour les déplacements urbains et extra-urbains et présente des performances dynamiques équivalentes aux véhicules actuels.
Situés tous deux dans le département du Nord, Polytech'Lille s'est rapproché de la société Secma, constructeur automobile automobile en vue de développer un véhicule électrique. A cette fin, Polytech'Lille s'est équipé d'un véhicule thermique de type Fun Extr'm de chez Secma, d'un ensemble variateur-moteur électrique et de batteries ai Lithium.

==Cahier des charges==

L'objectif de ce PFE est, d'une part, rendre le véhicule fonctionnel et d'autre part, effectuer un travail de synthèse.

En effet plusieurs étudiants ont travaillé sur le véhicule, il faut donc récupérer et trier l'ensemble des informations.

'''Déroulement'''

Le travail à effectuer se décompose de la façon suivante:

- Vérifier et modifier si nécessaire les plans de câblage au regard des notices techniques de chaque élément

- Finir le câblage de la partie commande

- Configurer et tester le Battery Management Security (BMS)

- configurer et tester le variateur de vitesse.

- valider le travail par des essais

- réaliser le dossier de synthèse

==Materiel==

Nous avons à notre disposition le materiel suivant:

'''châssis'''

Le châssis du véhicule est considéré comme un accumulateur d'énergie. Auparavant les étudiants ayant travaillé sur le sujet l'avaient modéliser pour déterminer sa fonction de transfère. En terme de régulation, il a fallu intégrer un correcteur.

'''moteur électrique'''

Ce moteur est une machine synchrone à aimants permanent d’une puissance de 8,6 kW, il est fabriqué par la société PERM.

Ses spécifications techniques majeures sont :

[[Fichier:tableau.png]]

L'avantage d'un moteur synchrone à aimant permanent est sa puissance massique.

'''Variateur de Vitesse'''

Il existe différent type de variateurs, ils sont principalement constitués d’un convertisseur statique utilisant généralement un pont en H et d’une électronique de commande qui réalise la régulation et l’asservissement de la machine.

C’est un équipement électrotechnique alimente le moteur synchrone afin de varier sa vitesse. La vitesse peut être proportionnelle à une valeur analogique fournie par un potentiomètre, ou par une commande externe : un signal de commande analogique ou numérique, issue d'une unité de contrôle.

'''Battery Managment System'''

Le BMS (Battery Management System) permet de contrôler et gérer le bon fonctionnement du système:

- charges et décharges de la batterie afin d’augmenter sa durée de vie.

- gestion de la sécurité (On ne peut pas démarrer le véhicule lorsque la prise de recharge est branchée).

Il est un élément indispensable sur tout pack de batteries au lithium. Il surveille l'état de différents éléments de la batterie tels que:

- La tension des cellules individuelles.

- La température moyenne, température d'admission de liquide de refroidissement, température de sortie de liquide de refroidissement, ou températures des cellules individuelles.

- L'état de charge ou le taux de décharge qui indique le niveau de charge de la batterie.

- L'état général de la batterie.

- Le débit du réfrigérant : air ou fluides batteries.

- Le courant de sortie des batteries.

Le BMS permet donc la protection des batteries contre tout fonctionnement en dehors des plages de fonctionnement (Sur-intensité, Sur-tension (lors de la phase de charge), Sous-tension (lors de la phase de décharge), Surchauffe, Sous-température, Sur-pression (NiMH batteries)) via un contrôle de l'environnement et un interrupteur interne ou des dispositifs externes qui réduiront ou mettront fin à l'utilisation en cours des batteries.

'''batteries'''

Des batteries aux Lithium Ion Phosphate, 130 Ah, composées de 18 cellules sont utilisées afin de délivrer une tension de 60V.

Ce type de batteries est très utilisé dans le milieu automobile car elles sont très sûres en terme de sécurité, elles peuvent de plus stocker une très grande quantité d'énergie par unité de masse et ont une grande rapidité à se charger ou à libérer leur énergie.

[[Fichier:batteries.jpg]]

'''chargeur'''

Le chargeur permet la conversion alternatif/continu afin de recharger les batteries.
Ce chargeur est régulé en interne afin d'assurer une bonne recharge de la batterie (Lithium Polymère).
La particularité de ce chargeur est qu'il dispose d'un contact de commande.

[[Fichier:Capture.jpg]]

=II] Etat de l'art=

Afin de mieux comprendre notre démarche, vous trouverez dans cette partie un résumé du travail de chaque groupe ayant travaillé sur le projet.

==Année 2008-2009==

Durant l'année scolaire 2008-2009, quatre équipes de huit élèves ingénieurs ont travaillé 100h chacune sur deux architectures envisagées pour le Fun'Extrem électrifié.

Deux solutions technologiques ont été mises en avant:

- un moteur électrique commandant les roues arrière via un réducteur (minimiser le volume du moteur électrique).

- une solution comportant deux moteurs greffés sur les bras de suspension arrière.

Ces études ont débouché sur des propositions concrètes et réalisables.
Elles ont permis d'établir des bilans énergétique, de développer une expertise dans le domaine des moteurs électriques, des batteries et de mettre en évidence une solution technique en accord avec le besoin exprimé: à savoir un véhicule propulsé par un moteur synchrone à aimants permanents (SEP) et transmettant la puissance via une boite de vitesse à deux rapports.

==Année 2009-2010==

Suite à la stratégie choisie, des étudiants ont travaillé de Septembre 2009 à Février 2010 durant 300h sur le dimensionnement et le choix de solutions technologiques permettant de réaliser la boîte à deux rapports et le passage sous couple.

Au terme du projet, une architecture de boîte de vitesse fut bien définie et implémentée sur le véhicule.

Durant ce projet, il a aussi été défini le choix du moteur.

==Année 2010-2011==

Durant cette année scolaire, deux objectifs étaient proposé aux étudiants: le premier concernant l’étude de l’influence de la température sur des tôles magnétiques, le second ayant pour but de remplacer le moteur thermique du véhicule par un moteur électrique, en essayant de conserver le même comportement.

Le dimensionnement et le choix du moteur ont été réalisés par les étudiants du département mécanique en collaboration avec un groupe du département IMA.

Durant ce projet, divers objectifs ont été réalisés tels que:

- le choix et le dimensionnement de la batterie (la batterie à été choisie de sorte que le véhicule puisse en moyenne se déplacer avec une autonomie de
60km ce qui correspond à une énergie stockée dans la batterie d'environ 20.5KWh).

- le choix et dimensionnement du moteur (ce moteur est donc le PMS 150 WB 338 series 48 VDC du groupe PERMMOTOR).
Ce choix s'est surtout arrêté en fonction du poids et de la puissance du moteur.

- Une première configuration du variateur (La programmation de ce variateur permet notamment de définir quel profil d’accélération est nécessaire pour une bonne régulation du véhicule).

Enfin une maquette à été réalisée ayant pour but de pouvoir tester le moteur installé et configurer le variateur.

C'est à cet effet qu'un pupitre de commande a aussi été créé simulant les différentes entrées/sorties du véhicule.

==Année 2011-2012==

Lors de cette année, le projet "véhicule électrique" à essentiellement été mené par un groupe du département IMA.

En effet, le groupe précédent ayant effectué une première configuration du variateur, l'objectif du projet de cette année fût de réaliser un banc d’essais afin de valider le bon fonctionnement de l’ensemble moteur/variateur.

Dans le cadre du trophée SIA, une solution technique simple, adaptable et à moindre coûts à dû être trouvée.

Ce groupe a opté pour une configuration par un bus de terrain de type CAN (Controller area network) connu pour être une solution de communication économique et efficace.

Dans cet optique, « La box » qui est une boite de dérivation permettant de centraliser tous les signaux de commande du système à été créée.
Et afin d’éviter les erreurs de câblage, il a été décidé d’élaborer les plans sur un logiciel : QElectroTech.

Pour la réalisation des plans de câblages, une commande du matériel nécessaire a été passée. il a donc été nécessaire de déterminer le type de connecteurs à utiliser afin de répondre aux normes du trophée SIA en termes d’étanchéité et de sécurité.

Il a donc été prévu tous les accessoires et matériel permettant de réaliser un câblage de qualité, tels que :

- Pinces à sertir.

- Pinces coupante.

- Gaines thermo-rétractable.

- Colliers serrant.

- etc.

Après avoir réalisé le câblage de «la box » et assemblé l’ensemble des équipements, quelques premiers tests de l’ensemble du matériel ont été réalisés à l’aide du réseau électrique continu réglable d’un banc de TP assurant un fonctionnement provisoire du moteur.

Enfin deux logiciels ont été utilisé dans le but de configurer le variateur et assurer un bon fonctionnement du moteur: DriveWizard et DVT.

Les résultats de ces configurations ont permis d'en déduire les caractéristiques d'essais à vide et de valider le câblage ainsi que le bon fonctionnement de l’ensemble moteur/variateur.

==Année 2012-2013==

Durant cette année, un dernier groupe du département IMA à travaillé sur ce projet.

Ils ont en effet réaliser une modélisation complète du véhicule (partie électrique et mécanique) à l'aide de la modélisation REM qui nous permettra par la suite de configurer le variateur avec charge.

=Nos solutions technologiques=

Nous avons constaté que beaucoup de travail a déjà été réalisé et dans le but de poursuivre puis terminer ce projet existant, nous nous sommes intéressé à la façon dont se coordonnent les différents composants et surtout quels solutions techniques ont été choisies.

Durant les projets des années précédentes, les principaux composants (moteur, batteries, variateur) de ce véhicule électrique ont été dimensionnés, installés puis en partie branchés. Ainsi différents connecteurs et composants électriques (contacteurs, fiches électriques,fusibles, etc.) ont été commandés et utilisés dans ce projet.

Dans un soucis d'adaptation à ces travaux réalisés, nous avons repasser différentes commandes de matériel dont nous avions besoin (convertisseur AC/DC, convertisseur DC/DC, relais, etc.) chez les industriels Radiospare et Farnell et avons choisi judicieusement nos composants de sorte qu'ils soient adaptables à ceux déjà utilisés.

En outre, il nous a fallu prendre en considération la nature des connecteurs utilisés qui sont caractérisés par:

- plusieurs dimensions de forme et de taille.

- un nombre de pins.

- un certain type de pins.

=III] Avancement du projet=

Dans cette partie nous vous décrivons les grandes étapes de la réalisation de notre projet:

==Prise de contacts avec les enseignants==

La première séance nous à tout d'abord servi à prendre contact avec les professeurs référents de ce projet : Mr. Philippe Delarue et Mr. Arnaud Chielens.
Lors de ce premier rendez-vous:

- le véhicule électrique nous à été présenté

- les documents relatifs à ce projet nous ont été remis.

'''Remarque'''

Ce projet est divisé en deux partie:
- une partie mécanique: remplacement du moteur thermique en un moteur électrique, intégration des composants nécessaires à l'électrification (batteries,
BMS, variateurs de vitesse, une modification de la boite de vitesse)
- une partie électrique: modélisation électromécanique, tester les différents éléments du système, réaliser les différents câblages (puissance et
commande).

== Prise en main du sujet==

la première chose à faire est de mettre à plat l'ensemble des documents fournis qu'il soient de nature technique (datasheet , mode d'emploi) ou bien de nature explicative (rapport de stage, twiki).

==Validation du câblage de la puissance==

Le câblage étant réalisé, nous avons dû le tester. Cette vérification à été effectué à l'aide d'un ohmmètre.

Dans un souci de clarté, nous avons réalisé le schéma de câblage de la puissance.

==Validation et modification du schéma de commande==

Le schéma de commande permet de gérer le fonctionnement des différents éléments entre eux tout en assurant la sécurité des biens et des personnes. Après analyse du schéma de commande et compréhension des différentes fonctions de celui ci nous l'avons modifié et validé pour la suite de notre projet.

'''Remarque:'''

le schéma de commande avait été réalisé auparavant par Philippe Delarue. Notre travail était de le vérifier et le modifier si nécessaire.

[[Fichier:PFEschema2013.png]]

==Commande du materiel==

En vue du matériel présent et de la stratégie mise ne place pour la suite du projet. Nous avons dû réaliser de nouvelles commandes afin de réaliser un nouveau boitier d'interconnection.

''' Remarque''':

Cette étape à été plutôt longue.
En effet, des problèmes ont été rencontrés dans:
- la recherche de composants compatibles avec ceux déjà présents.
- la gestion de délais de livraison et de stock.

==Réalisation et validation du boitier d’interconnexion==

Afin de créer le plus proprement possible le boitier d’interconnexion nous avons réalisé une plaque électronique permettant une bonne intégration des modules de commande.
Dans le but de créer cette carte électronique, il nous a fallu nous familiariser avec le logiciel Eagle, un logiciel de conception électronique.
Durant quelques séances nous avons donc découvert et appris à utiliser ce logiciel.

Néanmoins, un problème nous est survenu: en effet, la version de ce logiciel disponible à Polytech étant une version "light" nous limitant dans l'implémentation des composants, nous avons dû trouver un une version correcte pour terminer l'implémentation de cette carte.
De plus,la plupart des composants utilisés n'étant pas disponible dans les librairies de Eagle, nous avons dû apprendre à créer une librairie et à y créer les composants associés en se référant au dimensions des composants réels.

'''Remarque''':

- Le Layout a été réalisé à l'aide du logiciel Eagle
- Nous avons eu l'aide de Thierry Flamen pour la réalisation de celle ci.

==interconnection des éléments de commande==

2013-05-05T15:56:52Z

Pgombaul :

Robot holonome

2013-05-05T15:55:41Z

Pgombaul : /* Objectif */

[[Fichier:IMG 0347.JPG|200px|thumb|left]]

[[Fichier:IMG 0347.JPG|500px|thumb|right]]

== Objectif ==

Ce projet à pour objectif de réaliser la commande locale et à distance d'une plate-forme mobile, permettant le déplacement plus aisé d'un robot industriel .

== Materiel ==

Pour ce projet nous disposons:

-d'un bâtie réalisé par les CM5

-de 4 moteurs Escon

-de 4 controleurs Escon (50/5)

==Vidéo==

==Rapport de projet==

[[Fichier:Philippe gombault IMA4.pdf|rapport]]

== Stratégie de commande==

Pour ce projet, la stratégie de commande n'était pas définie. J'avais donc à la déterminer ou/et à la choisir.

Possédant un Raspberry pi, j'ai choisis de l'utiliser pour réaliser la commande de ce robot.

Pour le rappeler le raspberry pi est un petit ordinateur développé par une fondation, voulant promouvoir l'informatique. Il dispose d'interface entrées/sorties (GPIO) facilement programmable.

La commande des controleurs se faisant par entrées numériques, le choix du raspberry pi fut naturel.

Pour la programmation, le language choisit fut le python. Un code simple n'ayant pas besoins de compilation et étant parfaitement optimisé pour gérer le GPIO du raspberry.

Pour la commande à distance, après quelque recherche j'ai trouvé une librairie python, permettant la communication avec une wiimote (manette de la console wii).

Pour la commande locale, mon choix se portait sur la récupération des évènements clavier. Mais après plusieurs heures de recherche sur internet et de codage avec la librairie ncruses, je me suis rendue compte que ce n'était pas faisable, car le noyau Unix n'est pas capable de récupérer de façon logique le fait de "relâcher" une touche. La commande choisit fut donc un boitier avec des boutons poussoirs et un arduino. La liaison entre le raspberry pi et l'arduino est de type série.

Le système devant être le plus simple possible, une boite dialoge a été mise en place pour facilité l'interface homme machine. celle-ci s'affiche dès le démarrage de la machine.

== Déroulement des séances ==

Dans cette partie, vous pourrez suivre l'avancement du projet.

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séance 1: 04/02/2013

-découverte du materiel

-recherche de documentation

-installation des outils nécessaires: "parallele desktop"

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séance 2: 07/02/2013

-prise en main du logiciel "escon studio"

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séance 3: 11/02/2013

-prise en main du materiel

-cablage électrique des moteurs

-Prise de contacte avec les CM5 ayant réalisé le châssis

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séance 4: 14/02/2013

-prise de contacte avec la société MDP pour des problèmes de dimensionnement.

-régulation du moteur à vitesse constante

-prise en main des entrées/sorties des controleurs escon.

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séance 5: 25/02/2013

-instalation de 'rasbian' sur le rasberry pi

-recherche sur internet de la façon pour commander le GPIO du raspberry pi

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séance 6: 27/02/2013

-prise en main de python

-test sur une DEL

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séance 7: 28/02/2013

-découverte de la librairie 'cwiid' permettant l'interface avec une wiimote.

-analyse de programme sur internet

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séance 8: 04/03/2013

-codage du programme Wii.py

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séance 9: 05/03/2013

-codage du programme Wii.py

-installation des librairies nécessaire

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séance 10: 06/03/2013

-câblage entre le raspberry et les moteurs

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séance 11: 07/03/2013

-test du programme

-résolution de certain bug lié au relâchement des touches (les moteurs continuaient à tourner)

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séance 12: 08/03/2013

-mise en place de la stratégie de commande des roues. (déterminer le sense de rotation de chaque en fonction du movement du robot)

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séance 13: 11/03/2013

-résolution d'un bug qui faisait planter le raspberry (problème de dongle bluetooth et de carte mémoire )

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séance 14: 18/03/2013

-résolution d'un problème sur la partie mécanique du système

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séance 15: 20/03/2013

-création de la boite dialogue pour une bonne interaction homme machine

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séance 16: 20/03/2013

-recherche sur internet pour la commande 'filaire'

-test de la librairie pygame: échec car elle nécessite le bureau graphique

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séance 17: 21/03/2013

-commande de materiels: raspberry, écran, gertboard,...

-test de la librairie ncruse: échec car elle ne détecte pas le fait de relâcher une touche

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séance 18: 25/03/2013

-mise en place d'une autre stratégie de commande filaire

-mise en place d'une liaison série entre arduino et raspberry pi.

-installation des librairies nécessaires

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séance 19: 27/03/2013

-gestion des vitesses des moteurs

-test liaison serie entre un arduino et un programme python

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séance 20: 28/03/2013

-mise à jour de la page

-codage programe usb.py utilisant la liaison serie et un arduino

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séance 21: 03/04/2013

-codage programe usb.py utilisant la liaison serie et un arduino

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séance 22: 03/04/2013

ABS: rendez-vous avec Festo.

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séance 23: 08/04/2013

-câblage électrique de la commande filaire

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séance 24: 10/04/2013

-câblage électrique de la commande filaire

-codage du code Usb.py

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séance 25: 11/04/2013

-codage du code usb.py

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séance 26: 29/04/2013

-gestion de la boite dialogue au démarrage

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