Essais sur LiPo-Fer 90A-h

INTRODUCTION ET PROBLÉMATIQUE
Système demandant différentes tension
Décharges différentes des éléments de
l’accumulateur.
Charge de l’accumulateur en série, dés qu’un élément atteint
sa tension de seuil
le courant diminue pour que cette tension
ne soit jamais dépassée.
D’autres éléments n’ont pas atteint la tension de
seuil.


déséquilibre du taux de charge
préjudice : l’autonomie dépend de l’élément le moins chargé.
CARACTÉRISTIQUE DE BATT LI PO

Pas décharger à 100% les batteries, sinon destruction.

Pas de perte entre l’énergie charge et la décharge.
NOTRE CAS
Accumulateurs :
 10 A.H 12 éléments
 20 A.H 18 éléments
 90 A.H 22 éléments
VTT (15OOW) Batt li-po
Velo couché (2880W) Batt li-po
Karting (2880W) Batt li-po fer
chargeurs séries paramétrable jusqu’à 30 A.
rééquilibrer chaque élément
chargeur par élément : coût relativement cher :
•masses électriques différentes
•régulation autonome par élément.
Utilisation possible de chargeurs à 1/10 de la
capacité énergétique
Temps de charge pas important
SUR LE KART
18 éléments de batteries de 90A.H Thundersky
séparés en 2 groupes de 9 et 1 groupe de 4
éléments .
Accumulateur
unique
Assemblage des
accumulateurs
CHARGE AVEC NOTRE CHARGEUR
:
Charge série 9 éléments à 25A.
Courant de
charge 25 A
Tension de seuil
atteinte .
Diminution du
courant
Différentes capacité énergétique entres éléments : la tension
de chaque élément diminue de façon différente.
Tensions des 9 éléments après la charge.
Lors de l’arrêt de la charge, la tension de
chaque élément ne reste pas constante à leurs
valeurs.
- Elle diminue pour atteindre 3,35V.
- Par conséquent, on ne peut pas se fier à la
tension pour savoir si l’élément est bien chargé.
Charge lorsque l’accu est déjà à 99%
la tension des éléments atteint très
rapidement la tension de seuil.
Le courant de charge décroit rapidement.
Après avoir chargé
à 100% l’accu puis
une attente d’une
heure, on recharge
la batterie à 25A.
Équilibrage lorsqu’un élément est déjà à 100%
Avec élément l’accu à 100%, la
régulation de courant oscille, car la
tension de l’élément qui a atteint 3.6V
diminue à 3,4V.
le courant oscille de 1 à 4 A en fonction
de la diminution de la tension.
Recharge de 9 éléments à 25A
courant de charge 25 A
Tension de élément 4
Après utilisation, nous les rechargeons.
Des différences de tension sont apparues pour chaque élément
(surtout sur l’élément 4)
Capacité énergétique de nos accus thundersky
Décharge à 20A
Arrêt de Décharge
Décharge à 75A
Différence de tension entre décharge 20A et 75 A
Respectivement 13.1V et 12.7V soit 0,4V.
résistance interne est de 0.4/55=7.5mΩ (∆U/∆I)
pour 4 éléments, soit 2 mΩ/élément.
Décharge à 20A
Arrêt de Décharge
Décharge à 75A
Calcul de la capacité énergétique :
Donc une puissance moyenne de décharge de :
capacité énergétique 85A.H 90 A.H,
Lors d’une décharge de 3C, la chute de tension pour 18S sera 3*90A*18S*2.10-3Ω = 9.7V
Non négligeable.
A l’ arrêt décharge, la tension remonte à 3.1V par cellule.
Après l’étude de nos batteries et notre point faible : le chargeur. Nous allons réaliser un
système pour résoudre ce problème, nous allons réaliser un chargeur équilibreur
élément/élément.
ÉQUILIBREUR
Pour cela plusieurs solutions sont possibles :

1ére solution :
Charge d’une batterie de plusieurs éléments simultanément,
lorsqu’un élément arrive à la tension de seuil, on arrête de le charger
tout en continuant de charger les autre éléments. utilisation de
dispositif de commutation.
2éme solution :
Utilisation d’alimentation de PC flyback isolées
 5V - 20% -> 4V.
 3.3V +20% -> 4V.
Ces alimentations de 5A à 10A ne coutent que 10euros/élément, cela
revient à un prix accessible. Notre objectif est que cet équilibreur puisse
être utilisé sur la technologie Lipo-fer (tension de seuil : 3.7V) et Lipo
(4.2V).

1ére solution :
Charge d’une batterie constituée de plusieurs éléments simultanément,
alimentation avec une tension égale à la somme des tensions des éléments à
charger.
Lorsqu’un élément arrive à la tension de seuil
Arrêt de la charge, prolongement de la charge des autre éléments jusqu’à
leur tension de seuil.
Utilisation d’un µC mesurant en permanence la tension des différents éléments
Détection de tension de seuil, ce circuit est commuté par un interrupteur
géré par le µC dans une résistance
Les autres éléments continuent alors leur charge.
2éme solution :
Ainsi, nous avons utilisé des alimentations à découpage
flyback isolée de PC 220VAC => 5VDC/10A qui ont une limitation
de courant. On a réglé la tension de sortie à 3.9V.
Il
faut
vérifier
que
l’alimentation est bien régulée
en courant et qu’elle peut
fonctionner
continuellement
avec le courant maximum.
Alimentation
régulée 10A
Alimentation
régulée 5A
1kΩ 4.5V à
5.5V
1kΩ 3.86V à
6V
4.7kΩ 3.86V à
6.3V
2kΩ 3.67V à
6.5V
Il
faut
changer
le
potentiomètre de réglage de la
variation de tension pour
obtenir ainsi notre tension de
seuil.
Devis
RÉALISATION
Alimentation PC
220V/ (5V+5%/10A)
électronique
diffusion
25 €
Alimentation PC
220V/ (5V+20%/5A)
e-bay
10 €
connecteur 5 à 12 fils
12 Ampères
Fournisseur Farnell
Avec environ 10 € environ de fil électrique pour réaliser la liaison entre tous ces dispositifs. Ce
qui nous fait un total d’environ 100 € pour 8 alimentations de PC.
Pour vérifier ce fonctionnement, nous allons simuler sous ISIS.
On les mets ou pas ?ben moi ct sivert ki mavait dit de pas le mettre jpernse qu’il a
raison serait un peu trop repetitif a presenté bah faut jarté la phrase simmulation sous isis
Montage
RÉALISATION
Après divers câblages et les soudures du nouveau potentiomètre, nous
obtenons cet ensemble:
Chargeurs 10A
Chargeurs 5A
Connecteurs
Batterie Lipo-Fer 90 A.H
RÉALISATION
Essais sur LiPo-Fer 90A-h
Test sur un cas de rééquilibrage :
éléments déchargés avec des seuils différents.
Élément 1
Élément 2
Élément 4
à 3A
Élément 3
à 1A
à 3A
Charge à 1A
à 1A
Essais sur LiPo-Fer 90A-h
Élément 1
Élément 2
Élément 4
à 3A
Élément 3
à 1A
à 1A
à 3A
Charge à 1A
Lors de l ’augmentation de la tension d’alimentation sur l’élément 3,
Augmentation du courant mais, il y a une augmentation des tensions sur les
autres éléments qui est du aux résistances des fils If 1.5 mm² et au fusible
qui ne sont pas négligeable 44 mΩ. Mais, on peut voir aussi que l’élément 1
va quand même s’équilibrer correctement malgré un faible courant de
RÉALISATION
Essais sur LiPo-Fer 90A-h
Après 2 jours de rééquilibrage.
Charge
Arrêt
On peut observer que la tension des éléments augmente très rapidement à 3.7V.
Tous les éléments sont bien équilibrés
AUTRES RÉALISATIONS:
Sur les VTT électriques :
•Changement des rayons ,du pealier sur les VTT
•Installation du kit de motorisation électrique 800W sur un vélo
•Changement d’éléments de batterie défectueux sur des batteries de 5A.H
•Création d’un pack d’éléments de batteries de 8A.H
Sur le Kart électrique :
•Changement des fils d’équilibrage
•Installation de 2 turbines de refroidissement des moteurs
•Installation d’un capteur permettant de relever l’évolution de la vitesse
•Réalisation de connecteurs JST
•Câblage d’un double chargeur 30A
Sur le Vélo couché électrique :
•Installation du kit de motorisation électrique 2880W
•Création d’un pack d’éléments de batteries de 20A.H
Sur l’ensemble des véhicules nous avons réaliser des test sur les éléments de batteries et les capacités
énergétiques.
Participation :
•Au G10, course cyclotouriste de 75 km aux alentours de Soissons le 01/10/11
•Au salon du cyclisme à Paris le 17/10/2011
•A l’achat et essai du vélo couché à Roule-Couché dans Meaux le 24/10/2011
•Divers test de fonctionnement du kart au circuit de bucy-le-long
•A l’achat et essai du tricycle en Belgique le 06/03/2012
•Course cyclotouriste de 50 km aux alentours de Meaux le 18/03/2012
•Au Challenge de Vierzon du 24 au 27 Mai 2012
•Au PARIS-ROUBAIX en Cyclotourisme 120 km, le 10 juin 2012
CONCLUSION
Nous avons du réaliser un câblage d’un équilibreur de batterie LiPo 90A.H avec des alimentations de PC 5V/10A et le tester.
L’équilibreur fonctionne, le temps de rééquilibrage est un peu long.
Mais il est possible de le faire tourner toute la nuit, pour pourvoir
recharger et à la fois rééquilibrer ces batteries sans avoir besoin de
surveiller les différents seuils de tension de batteries.
Nous avons dût tirer des fils de chaque éléments et ajouter un
fusible pour des raisons de sécurité. Il a fallut trouver un connecteur
qui puisse supporter 10 A. Puis réaliser le circuit imprimé par
connectique JST avec des fils qui permet de lire les tensions de seuil
des batteries et le câblage de puissance de l’équilibreur, réaliser un
relais de pré-coupure pour minimiser le courant à la mise en tension
du variateur, et aussi les paramétrages de ceux-ci .
Ce projet, nous a permis d'avoir une approche plus pratique et
concrète des différentes technologie de batteries, et ainsi palier à
leur défauts de fonctionnement.