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Chargeurs de batterie intelligents en réseau

Des chargeurs pour batteries lithium 2 cellules qui s'organisent seuls : ils communiquent par radio, décident qui charge et quand, et permettent à plusieurs postes de partager la même alimentation.

ESP32-C3TI BQ25887Li-ion 2SESP-NOWOTAC++

Le projet

Quand plusieurs batteries doivent être rechargées sur la même alimentation, les charger toutes en même temps peut dépasser le courant disponible. Il faut des chargeurs capables de se mettre d'accord : chacun surveille sa propre batterie, mais la charge proprement dite se fait un chargeur à la fois.

C'est pourquoi nous avons développé le firmware et l'électronique d'un chargeur intelligent : chaque chargeur est un petit nœud basé sur l'ESP32-C3 avec le chargeur TI BQ25887, et tous les nœuds forment un réseau radio sans unité centrale.

En bref : allumez les chargeurs, branchez les batteries et le système s'organise tout seul. Aucun câblage de communication entre les postes et aucun contrôleur central à configurer.

La charge

Le BQ25887 de Texas Instruments est un chargeur pour batteries Li-ion à 2 cellules en série qui part d'une entrée USB 5 V et élève la tension avec un convertisseur boost. Il intègre l'équilibrage des cellules : les deux cellules restent à la même tension et la batterie dure plus longtemps.

  • L'ESP32-C3 dialogue avec le chargeur en I²C : il règle les courants de charge et d'entrée, la tension par cellule et le courant de fin de charge
  • L'ADC du chargeur mesure la tension d'entrée, celle de la batterie et de chaque cellule, ainsi que la température
  • Le firmware ne lance la charge que si la batterie est dans une plage de tension sûre et l'arrête au seuil de pleine charge
  • Sans alimentation en entrée, ou avec une batterie hors limites, le chargeur reste à l'arrêt

La coordination entre chargeurs

Les chargeurs communiquent via ESP-NOW, le protocole radio d'Espressif qui relie directement les appareils ESP32 sans routeur. Toutes les quelques secondes, chaque nœud envoie un heartbeat avec la tension de sa batterie et son état, et tient une table des autres chargeurs présents.

À partir de ces informations, chaque nœud décide seul, avec une machine à états :

01

Écoute

À la mise sous tension, il écoute le réseau pour savoir si quelqu'un charge déjà.

02

Attente

La batterie a besoin d'être chargée : il attend que le tour soit libre.

03

Charge

Personne d'autre ne charge : il active le chargeur et prévient le réseau.

04

Repos

Batterie pleine ou hors limites : le chargeur reste à l'arrêt.

Si deux chargeurs sont prêts au même moment, c'est toujours le même qui l'emporte selon son adresse : il n'y a donc pas de conflit. Si un nœud s'éteint, les autres s'en aperçoivent en quelques secondes et le tour passe au suivant.

Tableau de bord et maintenance

Chaque chargeur a une page web intégrée. À la mise sous tension, il crée un réseau Wi-Fi pendant une minute : en s'y connectant avec le téléphone, le tableau de bord s'ouvre tout seul, sans application à installer.

  • État : tension de la batterie et des cellules, état de la charge et des autres chargeurs du réseau
  • Diagnostic et identifiants de la carte pour l'assistance
  • Paramètres enregistrés dans la mémoire de l'appareil
  • Mises à jour du firmware par Wi-Fi : le chargeur télécharge la nouvelle version depuis le serveur et vérifie chaque fichier en SHA-256 avant de l'installer
  • Un watchdog redémarre le firmware en cas de blocage, pour que le chargeur ne reste jamais dans un état indéfini

Technologies utilisées

ESP32-C3

Microcontrôleur RISC-V avec Wi-Fi et radio ESP-NOW, programmé en C++.

Espressif

TI BQ25887

Chargeur boost depuis l'USB 5 V pour 2 cellules, avec équilibrage et ADC intégré.

Li-ion 2S

Réseau ESP-NOW

Réseau radio sans maître : heartbeats périodiques et table des chargeurs voisins.

Peer-to-peer

Tableau de bord web

Point d'accès et portail captif : le tableau de bord s'ouvre depuis le téléphone, sans application.

Wi-Fi

Mises à jour OTA

Firmware et pages web mis à jour depuis le serveur, avec vérification de chaque fichier.

SHA-256

Watchdog

Surveillance continue du firmware et redémarrage automatique en cas de blocage.

Fiabilité

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