Conception du parallélisme des chargeurs

Cours conception du Parallélisme des chargeurs, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Architecture Parallèle / Redondant : (batterie séparer)

Quant à l’architecture parallèle/ Redondant avec batterie séparer, chaque chargeur a sa batterie ce qui rend la gestion de la communication pour assurer la distribution du courant plus difficile car on a des profils de charge de batterie différents. Un autre problème s’impose lors de la décharge des batteries puisqu’on va avoir des courbes de décharge déférentes dû à un déséquilibre entre les niveaux de charge des batteries ce qui réduit la durée de vie des batteries.
Figure 11 : Architecture Parallèle / redondant : (batterie séparer).
Les deux explications qui précèdent, nous amené à choisir l’Architecture Parallèle / Redondant : (batterie commune) parce qu’elle permet l’augmentation de la durée de vie des batteries et facilite la gestion de communication. Elle est donc la solution la plus convenable.

Fonction principale de la communication 

Comme le montre la figure 12, plusieurs chargeurs (monter on parallèle) alimentent la même charge, et chaque chargeur participe à la charge de la batterie suivant un pourcentage déterminé selon sa puissance. Il faut donc gérer la communication entre les chargeurs pour que chaque chargeur reçoit les informations de tous les autres chargeurs afin de connaitre le courant de charge qu’il doit délivrer (de même manière pour le courant de la batterie).
Figure 12 : Schéma de deux chargeurs en parallèle.
On peut varier le courant fournit par chaque chargeur par des petites variations dans sa tension de sortie en variant l’angle d’attaque du thyristor dans le redresseur.
 Exemple :
Le premier chargeur à un courant maximal de 100A et le courant maximal du deuxième chargeur est de 50A.
Après l’échange des données entre les chargeurs, supposant que la charge demande un courant de 99A, le premier chargeur doit délivrer un courant de charge égale à 66A;

Choix de bus de communication

Le choix du bus de communication est affecté par un ensemble de contraintes à savoir :
 La robustesse contre les bruits électromagnétiques car les chargeurs travaillent dans un milieu industriel.
 aucune trame ne peut être perdue, car il peut engendrer le dysfonctionnement du système.
 Fonctionnement multi-maîtres. (Chaque chargeur peut communiquer avec un autre sans intervention des autres chargeurs).
 le nombre des chargeurs dans le bus doit être indifférent.
 Le transfert des données nécessaires pour chaque itération ne doit pas dépasser 10 ms.
 la distance doit être dans l’ordre d’une dizaine de mètres.

SPI (Serial Peripheral Interface)

La liaison SPI est un bus pour la transmission synchrone de données série entre un maître et un ou plusieurs esclaves (en théorie, il n’y a pas de limitations dans le nombre d’esclaves). La transmission a lieu en Full Duplex, SPI peut être configuré pour fonctionner à un débit supérieure à 10 Mb / s. [1’]
Le schéma suivant illustre le bus SPI maître avec trois esclaves indépendants :
Figure 13 : Bus SPI maître et trois esclaves indépendants.
Les avantages :
 Communication Full duplex.
 Débit assez important par rapport aux autres communications série.
 Flexibilité du nombre de bits à transmettre ainsi que du protocole en lui-même.
 Simplicité de l’interface matérielle.
 Aucun arbitre nécessaire car aucune collision possible.
 Les esclaves utilisent l’horloge du maître et n’ont donc pas besoin d’oscillateur propre. [1’]
Les inconvénients :
 Monopolise plus de broches d’un boîtier.
 Aucun adressage possible, il faut une ligne de sélection par esclave.
 Le protocole n’a pas d’acquittement. Le maître peut parler dans le vide sans le savoir.
 Ne s’utilise que sur de courtes distances (sur le même boîtier).
 structure maître-esclave. [1’]

Bus I²C (Inter-Integrated Circuit)

Le bus I²C a été défini pour interconnecter des composants placés sur une même carte. Il n’a pas de robustesse vis à vis des perturbations, puisque le retour se fait par la masse. Son emploi est très risqué de carte à carte, à cause des problèmes de mode commun. [2’]
Les avantages :
 Utilisation de 2 lignes seulement pour transmettre les informations.
 Les données peuvent circuler dans les deux sens sur le bus.
 Le bus est multi-maître.
 Chaque équipement relié au bus, dispose d’une adresse codée sur 7 bits, soit une possibilité de connecter 128 équipements.
 Les composants programmables récents comprennent des fonctions permettant de gérer le protocole I2C. [3]
Les inconvénients :
 Utilisé pour la communication interne.
 La moitié des données envoyées sont « utiles ». Le reste, ce sont des adresses d’esclaves, des conditions et signaux divers de contrôle de la communication.
 Le principe de dialogue série est complexe et difficile à s’approprier.
 Le bus limite le débit et ne permet pas des applications dans lesquelles la vitesse de transmission est importante. (100Kbits maximum, 400Kbits sur des équipements récents). [3]

L’Interface RS485

L’interface RS485 est une spécification électrique pour des systèmes multipoints qui utilisent des lignes différentielles (la donnée est constituée de 2 tensions d’état contraire sur 2 fils séparés).
Une liaison RS485 peut avoir jusqu’à 32 modules. Chaque module doit avoir une impédance d’entrée de 12kOhms. Si on utilise des récepteurs haute impédance, on peut en connecter jusqu’à 256 sur une même ligne RS485. [3’]
Longueur et Débit :
La longueur peut aller jusqu’à 1200 mètres et peut transférer des données jusqu’à 10Mbps mais pas les deux à la fois. Sur 1200 mètres, on peut transférer 90kbps. Sur 100 mètres, on peut arriver à 1Mbps. Pour atteindre 10Mbps, la longueur ne doit pas dépasser 15 mètres. Si on souhaite créer une ligne plus longue, il faut utiliser des répéteurs qui régénèrent le signal et débutent une nouvelle ligne. [3’]
Les avantages :
 L’immunité électromagnétique est assurée.
 Câblage réduit.
 Ordre des nœuds indifférent.
 Langue distance.
 Vitesse important sur des distances de dixième de mètre.
Les inconvénients :
 structure maître-esclave.

Bus CAN (Controller Area Network)

Le bus CAN (Controller Area Network) est un bus système série très répandu dans beaucoup d’industries, notamment l’automobile. CAN est un bus de données série bidirectionnel half-duplex. [1’]
Longueur et Débit :
La figure ci-après montre l’effet de la langueur sur le débit, plus la langueur de bus augmente plus le débit démuni.
Figure 14 : Longueur de bus et Débit.
Les avantages :
 L’immunité électromagnétique est assurée.
 Configuration simple.
 Langue distance.
 Câblage réduit.
 Ordre des nœuds indifférent.
 Fonctionnement multi-maître. [4]
Les inconvénients :
 L’ensemble des nœuds est affecté en cas de défaut.
 Une défaillance est plus délicate à diagnostiquer.
 Outils de diagnostique et de maintenance spécialisés. [4]
 Bus choisi :
Parmi les quatre bus précités, et on analysant les avantage et les inconvénients de chacun d’eux, le meilleur choix est posé sur le bus CAN parce qu’il répond mieux aux critères prédéfinis plus haut.

Données de communication

Après avoir analysé attentivement les organigrammes existants du fonctionnement du chargeur et pour optimiser les données transmises, nous avons choisi les données illustrées dans le tableau 3.
Tableau 3 : Les données de communication.