Archives mensuelles : novembre 2016

Charge Doctor pour INMOTION

Les roues INMOTION ont des batteries de type 20S (tension nominale 72V, chargeur 84V) au lieu de 16S sur la plupart des autres roues. Les modèles V3 et V5 utilisent le connecteur “carré Lenovo” et les V8 le connecteur GX12-3 broches (même connecteur et même câblage que sur les hoverboards). Le Charge Doctor existe maintenant pour les roues IMMOTION, en version simple entrée ou double-entrée.

Attention, les batteries de IMMOTION sont moins capacitaires que celles des Gotway ou King-Song, donc avec le CD-double-entrée, évitez de charger à 1C (cf article “quel courant de charge”). L’intérêt du CD n’est bien sûr pas seulement la charge rapide mais surtout l’arrêt automatique de la charge à 90% voire 80% pour allonger la durée de vie de la batterie et augmenter considérablement son kilométrage utile.

 

INMOTION
(72V nominal/ 84V chargeur)
Prise Wh
Ah
Charge* à 1.5A
(un chargeur)
Charge* à 3A
(2 chargeurs en //)
V3 Lenovo 144 2 0.7C 1.5C à éviter !!!
V5 Lenovo 288 4 0.4C 0.7C
V5+ Lenovo 460 6.4 0.2C 0.4C
V8 GX12-3 460 6.4 0.2C 0.4C
V10 GX12-3 650 9 0.17C 0.33C
V10F GX12-3 960 13.3 0.11C 0.22C

*Pour une batterie de 2Ah, la charge à 1C correspond à une charge de 2A. Sur une batterie LiIon, une charge à moins de 0.5C est considérée comme une charge douce ; une charge >1C déconseillée.




Charge Doctor double entrées pour INMOTION V3 & V5

 


Charge Doctor avec connecteur GX12-3, pour INMOTION V8, V10, V10F, Solowheel Glide 3


Charge Doctor double entrées avec connecteurs GX12-3, pour INMOTION V8, V10, V10F, Solowheel Glide 3

Charge Doctor for INMOTION

INMOTION unicycles have 20S batteries (nominal voltage 72V, charger voltage 84V) instead of the 16S classic topology on most other electric unicycles. Models V3 and V5 use the « square Lenovo » connector and model V8 uses the GX12-3 pin connector (same connector and same wiring as hoverboards). Charge Doctors for IMMOTION wheels are now available, in single-input or double-input versions.

Warning, IMMOTION battery packs have less capacity than Gotways or King Song’s. So when using the CD-double-input, check that your setup does not charge at more than 1C (see article on « charge currents« ). The CD’s usefullness is not only in allowing fast charging, it is mostly in the autocut function to automatically stop charging at 80% or 90% to preserve the the battery and considerably extend its mileage.

INMOTION
(72V nominal/ 84V charger)
Connector Wh
Ah
Charge* at 1.5A
(1 charger)
Charge* at 3A
(2 chargers in //)
V3 Lenovo 144 2 0.7C 1.5C to be avoided!!!
V5 Lenovo 288 4 0.4C 0.7C
V5+ Lenovo 460 6.4 0.2C 0.4C
V8 GX12-3 460 6.4 0.2C 0.4C
V10 GX12-3 650 9 0.17C 0.33C
V10F GX12-3 960 13.3 0.11C 0.22C

*For a 2Ah battery, 1C charge corresponds to charging at 2A. On LiIon batteries, a <0.5C charge is considered a soft charge, a >1C charge is not recommended.




Charge Doctor double input with Lenovo connectors, for INMOTION V3 & V5

 


Charge Doctor single input with GX12-3 connector, for INMOTION V8, V10, V10F, Solowheel Glide 3



Charge Doctor double input with GX12-3 connector, for INMOTION V8, V10, V10F, Solowheel Glide 3

Changer le connecteur du chargeur

La grande majorité des roues ont adopté les connecteurs GX16-3, devenu un quasi standard. Cependant, certaines roues utilisent des prises différentes et le chargeur correspondant peut être rare, difficile à trouver et souvent cher. On peut se fabriquer soit-même son chargeur à partir de chargeurs génériques en suivant les schémas de câblage ci-dessous.


Connecteurs, comparaison dimensions

Récapitulatif des principaux connecteurs non-GX16-3

Roue Prise Câblage Tension Topo* Remarque
Majorité des modèles GX16-3 1: V+ ; 3: 0V 67.2V 16S connecteur pour Solowheel, Airwheel, Gotway, Firewheel, King Song…
Gotway MSuper3 84V/1600Wh GX16-4 1: V+ ; 2: 0V 84V 20S les MSuper3 de capacité <>1600Wh ont des prises GX16-3
IPS (Holtz, Zero…) GX16-4 2: V+ ; 4: 0V 67.2V 16S attention, même connecteur que ci-dessus mais câblage différent !
InMotion V8 ** GX12-3 1: V+ ; 2: 0V 84V 20S même connecteur & branchement que hoverboards
InMotion V3,V5 Lenovo Int:V+ ; Ext: 0V 84V 20S prise carrée Lenovo, à l’origine prise d’alimentation pour PC portable
Ninebot One*** Lemo 63V 15S cf photo câblage***
Ninebot Minipro, Xiaomi ** GX12-4 1: V+ ; 4: 0V 63V 15S

*16S = 16 cellules LiIon en série, tension totale calculée à partir de la tension à pleine charge de 4.2V/cellule

** important, la numérotation des broches de la prise GX16-3 est totalement différente de celle de la prise GX12-3 : dans l’ordre de gauche à droite 3-2-1 pour GX16-3 et 1-3-2 pour GX12-3. De même pour les prises GX12-4 et GX16-4

Connecteurs GX12 et GX16, numérotations différentes

*** câblage prise Lemo de NinebotOne

Attention aux chargeurs

Pour la customisation, je recommande les chargeurs génériques 2A sans ventilateurs. Ils sont intéressants à plus d’un titre : disponibles pour une large gamme de tensions, sans bruit, compacts et faciles à transporter… même s’ils ont tendance naturellement à chauffer plus que les chargeurs avec ventilateur. Ils permettent de faire des charges rapides à 4A en le branchant en parallèle au chargeur initial grâce au Charge Doctor à double entrée (voire à 6A avec un CD triplex).
Attention cependant aux chargeurs 1.5A vendus comme chargeurs 2A. Ils ont un boîtier plus petit et chauffent énormément, donc de toute évidence pas fiable sur le long terme. Souvent, le vendeur par correspondance ne précise pas les dimensions du boîtier et comptent sur l’absence de vérification du courant effectif par l’acheteur pour vendre au prix d’un chargeur 2A. Sans les dimensions, on peut quand même faire la différence en se repérant grâce à la distance entre le carré et les stries (cf flèches photo). Un vendeur avec de pratiques aussi douteuses est de toute façon à écarter sans hésitation.


Comparaison tailles chargeurs 2A/1.5A

Edit 4 dec/2016 : ajout image par Sylvain.
Chargeur 2A avec petit boîter. La chaleur a fondu le plastic. Produit à éviter !

Charger customization

Most e-wheels have settled for the GX16-3 connector. Some though use a different format and the corresponding charger may be difficult to find and are mostly more expensive. A customized charger with the right connector can be made from a generic 2A charger with the wiring instructions below.

Various e-wheel connectors, size and pin comparison

Most frequently found connectors

e-Wheel Socket Wiring Voltage Topo* Remark
Most e-wheels GX16-3 1: V+ ; 3: 0V 67.2V 16S connector for Solowheel, Airwheel, Gotway, Firewheel, King Song…
Gotway MSuper3 84V/1600Wh GX16-4 1: V+ ; 2: 0V 84V 20S other MSuper3 with battery <1600Wh have GX16-3 connectors
IPS (Holtz, Zero…) GX16-4 2: V+ ; 4: 0V 67.2V 16S warning, same connector as above but different wiring!
InMotion V8 ** GX12-3 1: V+ ; 2: 0V 84V 20S same connector & wiring as hoverboards
InMotion V3,V5 Lenovo Int:V+ ; Ext: 0V 84V 20S Lenovo square socket, originally for Lenovo laptop power supply
Ninebot One*** Lemo 63V 15S see photo for wiring***
Ninebot Minipro, Xiaomi ** GX12-4 1: V+ ; 4: 0V 63V 15S

*16S = 16 LiIon cells connected in series, total voltage calculated using battery full value = 4.2V/cell

** important, the numbering order on GX16-3 connectors is totally different from the GX12-3 : from left to right 3-2-1 for GX16-3 compared to 1-3-2 for GX12-3 !!! Likewise for GX12-4 and GX16-4

GX12 and GX16 plugs, note the difference in pin numbering

*** Wiring for Lemo on NinebotOne


Ninebot One’s Lemo female connector

Beware of the charger

For this mod, I recommand using the fanless 2A generic chargers. Even if they tend naturally to warm much more than a (noisy) charger with integrated fan, they have many great features: available for various voltages, noiseless, compact and transportable… They allow fast charging at 4A by a parallel connection with the original charger using a Duo Charge Doctor (or even at 6A with the Triplex CD).

Warning though, some 1.5A chargers are sold as 2A chargers. They have a smaller housing and are very hot when charging, thus unreliable in the long term. When buying it online, the vendor never details the housing dimensions and count on the buyers not checking the actual current to sell it. Any vendor with such dubious practices should be avoided anyway. Without stated dimensions, the difference can still be found looking at the distance between the rectangle and the grooves (see arrows on the picture). So don’t be misled, buy only the 2A charger with the bigger housing.
Chargers 2A and 1.5A, size comparison

Edit 4 dec/2016 : added image from Sylvain. Avoid the small housing charger!!
Small housing charger rated at 2A, too much heat melted the plastic housing.

Charge Doctor Triplex

Charge Doctor à 3 entrées pour charger rapidement les très grosses batteries des Gotways ou des trottinettes (par exemple Dualtron ou Speedway). C’est une multiprise pour connecter en parallèle plusieurs chargeurs mais qui reste un dispositif intégré et compact.

Datalogging sur MAC

Sur certaines versions récentes de mac os x, le driver du dongle USB (chipset = CH340) n’est pas à jour et peut planter la machine. Il faut alors désinstaller l’ancien driver et installer un driver plus récent (plus d’infos ici ou ici ).

Le dongle correctement installé reçoit les données à 9600bds du Charge Doctor, on peut vérifier cela par une console ascii.


données ascii envoyées par Charge Doctor

Les données peuvent être visualisé graphiquement par un grapheur, par exemple « Plot2 ». Ce n’est pas forcément le logiciel idéal car il est peu intuitif mais néamoins bien adapté à cet usage une fois correctement paramétré. Il existe en version gratuite disponible sur AppStore.


affichage graphique par « Plot2 »


attribution : images & data par Henrik M.

Datalogging on MAC

Some newer mac os x versions may be in conflict with USB dongle’s driver (chipset = CH340) leading to a computer crash when the dongle is inserted in any USB port. The problem is solved by removing the old driver and installing a new one (more details and help here or here).
A functional setup should see data coming from the Charge Doctor, check it using an ascii console set at 9600 bds.


ascii data from the Charge Doctor

Data can be plotted using a grapher, for example « Plot2 ». Probably not the best one because of its un-intuitive and ugly user interface but still good enough for the purpose. A free version exists (with some nag screens) and is downloadable from the App Store.


graphic display of data by « Plot2 »


attribution : images & data by Henrik M.

Réglage du seuil de coupure automatique

La question du réglage du seuil de coupure sur le Charge Doctor pour arrêter automatiquement la charge à 80% ou 90% revient assez souvent.
D’abord quelques généralités sur les batteries : charger à 100% une batterie conduit à une tension maximale aux bornes de la membrane séparant le + du – dans la cellule LiIon. Cette tension élevée augmente le stress sur la membrane et réduit fortement la durée de vie de la batterie. En arrêtant la charge à 90% voire à 80% de la pleine capacité (moins c’est, mieux c’est), on peut doubler voire tripler le kilométrage utile d’une batterie, ce qui conduit à une économie substantielle sur le coût d’utilisation à long terme.
Charger à 80% signifie 20% d’autonomie en km de moins, ce qui n’est pas toujours possible ou pratique pour les petites batteries. Mais sur de plus grosses batteries (>360Wh), la marge d’autonomie est suffisante pour que ça ne pose pas de problème. Donc dès que possible, faites le, il est très largement préférable de faire 10 charges à 80% que 8 charges à 100%. Une exception cependant : charger à 100% puis rouler aussitôt est ok car cela suppose que le temps où la batterie est soumise à Vmax est court, donc avec peu d’impact sur le vieillissement. C’est la même logique qui dicte de stocker une batterie LiIon à 50% et jamais jamais à 100%.

Sur le CD, le seuil de coupure est réglé par défaut à 1.00A pour déclencher, en général, la coupure automatique à 90%. Mais ce seuil est approximatif car il dépend du courant de charge et de l’âge de la batterie (qui influe sur la résistance interne). Il n’a heureusement pas à être précis car du moment où la batterie n’est pas chargée à 100%, elle vous est reconnaissante.

Pour ceux qui souhaitent toutefois régler plus précisément ce seuil, voici les étapes à suivre, le calcul a été fait en Wh mais peut aussi se faire en Ah (consulter si besoin le manuel d’utilisation du CD) :

Etape Ecran
1. phase 1 : charger jusqu’à la coupure automatique => tension=67.7V, courant = « OFF » (0A), charge = 183.2Wh (en rouge). Le nombre de Wh de la phase 1 dépend du niveau de la batterie en début de charge, peu importe sa valeur car il n’intervient pas dans les calculs

2. remettre à zéro le compteur Wh (« 0.0 », en rouge)

3. désactiver la coupure automatique : affichage de « —A » (ou de « 0.00A » sur firmware version 2.02) => la charge reprend

4. phase 2 : charger jusqu’à 100% * (laisser branché une nuit par exemple).
Ici tension =67.7V, courant = 0.05A (assez faible pour être considéré comme la fin de la charge) charge = 30.4 Wh

5. diviser la charge de la phase 2 (ici 30.4Wh) par la capacité nominale de la batterie (ici batterie Firewheel 260Wh) :
% de capacité résiduelle de 30.4/260=12% donc la coupure automatique en 1) était à 88%
6. si la valeur de 88% ne convient pas, ajuster le seuil (en rallumant le CD avec le bouton appuyé) et recommencer en 1.
*Important : penser à charger à 100% toutes les 10 ou 20 charges pour activer l’équilibrage des cellules, c’est vital pour les batteries LiIon. Pour que cet équilibrage puisse se faire, laisser la roue au repos une nuit voire 24h car rouler tout de suite après la charge entraîne un appel de courant et arrête aussitôt l’équilibrage en cours.

Il est à noter que sur de très grosses batteries (>680Wh) chargées à 2A, le courant chute très lentement en fin de charge donc la résolution du seuil en courant peut être insuffisante pour couper à moins de 90%. Dans ce cas, basculer en mode de coupure automatique par seuil de tension pour un réglage plus précis. Le mode tension est moins pratique car le seuil à régler est différent pour chaque type de batterie (12S sur hoverboard, 14S sur trottinettes, 15S sur Ninebot, 16S sur la majorité des monocycles, 20S sur InMotion ou Gotway MS3/1600Wh…).

Autocut adjustment

How to adjust the autocut threshold on the Charge Doctor to stop charging at 80% or 90% of full capacity is a frequently asked question.

First, some essentials about LiIon batteries: charging to 100% leads to maximum voltage over the membrane separating + from – in the battery’s cell. The higher voltage, the more stress to the membrane and that has an impact on the cell’s health and lifespan. By stopping the charging at 90% or even 80% of full charge (the lower %, the better), the battery’s useful mileage can be doubled or even tripled, giving a substantial total cost reduction. Charging at 80% also means 20% less range, something not always possible or pratical on small batteries. But on bigger batteries (eg > 360Wh), it is mostly not a problem. So whenever possible, just do it with the Charge Doctor, since charging 10x at 80% is always better than charging 8x at 100%. It should be ok though to charge to 100% and riding just afterwards since it means the battery has not been submitted to Vmax over a long period. That’s the same reason why storing the LiIon battery should never ever be done at 100%.

The threshold default value is 1.00A, triggering, in most cases, the autocut at 90%. This threshold is an approximate value though since it depends on the charge current but also on the battery’s age. Fortunately, it doesn’t have to be accurate since the first goal is to avoid charging at 100%. Wether the autocut occurs at 80% or 85% doesn’t change the main picture.

However, if the threshold needs to be finetuned, here are the steps to follow, calculations has been made with Wh but can also be in Ah (consult the Charge Doctor’s user manual if needed) :

Step Screen
1. phase 1 : charge up until autocut => display voltage=67.7V, current = « OFF » (0A), charge = 183.2Wh (red). The Wh value of phase 1 depends of the emptiness of the battery at the beginning the of charge session. But it has no importance here since it is not used in calculations

2. reset the Wh counter (« 0.0 », red)

3. disable the autocut : display = « —A » (or « 0.00A » on firmware 2.02 or earlier) => charging resumes

4. phase 2 : charge up to 100% * (connect several hours or even one night for example)
End of phase 2 => voltage =67.7V, current = 0.05A (low enough to be considered as « end of charge »), charge = 30.4 Wh

5. divide phase 2’s charge (30.4Wh) by YOUR batteries nameplate capacity (Firewheel 260Wh in this example)
=> % residual capacity = 30.4/260=12%
=> the autocut occured at 88%
6. if the 88% doesn’t fit your desire, change the threshold (by repowering the CD with the button pressed) and restart at 1.
*Important : don’t forget to charge to 100% every 10 or 20 charges to enable cell-balancing, a vital requirement for LiIon batterie packs. To ensure proper cell-balancing, let the wheel rest one night or even 24h after charging, since riding would cause current outrush and a voltage drop that would cancel the ongoing balancing.

On big batteries (>680Wh), when charging at 2A, current drops very slowly towards the end of charge (after about 80%) so the threshold resolution may be insufficiant to autocut at 90%. To get more resolution and a more precise autocut, switch to autocut-by-voltage mode. The current and voltage thresholds are stored in separate non-volatile memories so their values don’t change when switching between modes. Voltage mode is less pratical since the threshold value depends on the battery type (12S on hoverboards, 14S on scooters, 15S on Ninebot wheels, 16S on most unicycles and even 20S on the Gotway MS3/1600Wh or on Inmotion…).