Le Charge Doctor est réglé par défaut en mode coupure auto par courant avec un seuil de 1A (quand le courant de charge tombe sous 1A, la coupure intervient et la charge est arrêtée). Ce seuil correspond à environ 90%, en général. La coupure par courant est pratique quand le CD est utilisé sur différentes roues aux tensions différentes car on n’a pas à ré-ajuster le seuil.

Mais il existe plusieurs cas où la coupure par seuil de tension est préférable :

• sur de grosses batteries par ex. > 560Wh, un seuil de 1A correspond à 95% voire 99% ! Il faudrait un seuil d’environ 3A pour couper à 90%, ce qui est impossible si un seul chargeur 2A est connecté.
• sur de très grosses batteries (>1000Wh, Dualtron, MSuper3…), le wheeler voudrait couper à 70%, voire 50% pour préserver au maximum sa batterie. C’est en plein dans la phase de charge à courant constant, donc la coupure auto par courant n’est pas possible

En mode coupure par tension, le réglage initial du seuil peut se faire par les approximations suivantes (pour des cellules LiIon) : 0% correspond à 3.3V/cellule, 100% à 4.2V/cellule, ce qui donne le tableau 1. Ce seuil, théorique, peut être réajusté plus précisément comme décrit précédemment.

Exemples :    

• En arrêtant la charge à 80%, le nombre de cycles est plus que doublé, à 700 miminum au lieu de 300 minimum
• Le seuil de 30% est utilisé pour le stockage de la batterie
• Sur une Dualtron, pour couper la charge à 70%, régler le seuil à 55.0V
• Sur une Inmotion, pour couper la charge à 80%, régler le seuil à 80.4V.

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.

*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

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) :

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…).

Maintenant que le Charge Doctor V2 10A est disponible, la question de charger à 4A voire plus revient régulièrement. La charge à courant élevé réduit bien sûr le temps de charge mais la question légitime est, réduit-elle aussi la durée de vie de la batterie ?
Réponse : tout dépend de la capacité « 1C » de votre batterie.

Les monocycles électriques fonctionnant avec des batteries de 58V (16 cellules LiIon à Vnominal=3.6V), la correspondance entre Wh et la valeur « 1C » en Ah est indiquée ci-après (pour les hoverboards ou autres VAE, à 48V ou 36V, recalculer 1C = Wh/Tension) :

Si la capacité est de 2Ah, le courant d’une charge dite à « 1C » est de 2A.

C’est une convention commode pour savoir si la charge est rapide ou pas, et partant, son impact sur la durée de vie de la batterie.

• La charge à 2C est une charge rapide. Elle est déconseillée (elle se fait surtout en modélisme, mais sur des batteries LiPo et non LiIon).
• La charge à 1C est possible mais pourrait réduire la durée de vie de la batterie. Les roues aux batteries de 130Wh (Solowheel, Airwheel X3 et clones, Ninebot E…) sont chargées à 1C par un chargeur standard de 2A.
• La charge à 0,5C est lente mais un compromis acceptable entre rapidité et durée de vie. Une batterie de 260Wh (Firewheel 260) est chargée à 0,5C par un chargeur standard de 2A.
• La charge à 0,2C est considérée comme une charge très douce

Pour une batterie de 680Wh par exemple, une charge à 1C correspondrait à 12A ! Donc une charge à 4A voire à 6A (en branchant en parallèle un chargeur 4A + un chargeur 2A ou 3 chargeurs 2A) reste une charge « lente ». Des courants aussi forts en apparence ne devraient pas affecter la santé de la batterie. Bien sûr, préserver celle-ci suppose aussi d’éviter les surcharges et décharges profondes, sujet d’un billet précédent.

Charge rapide avec Charge Doctor V2

Le Charge Doctor V2 a une option à 2 entrées permettant de mettre en parallèle deux chargeurs. Les possesseurs de grosses batteries disposent ainsi de plus d’options de branchement (cf tableau ci-dessous) et pourront se faire un chargeur 4A pour pas cher en utilisant deux chargeurs 2A standard.

*Au dessus de 4A , les fils de charge de la batterie (reliant le BMS à la prise de charge) sont trop fins pour tenir le courant et doivent être remplacés par des câbles de plus grosse section.

Exemple de charge de ma batterie Firewheel 260Wh

Un seul chargeur branché => tension = 61.7V ; courant = 1.94A

Deux chargeurs branchés => courant = 3.95A

Voici la courbe de charge à 4 A de la batterie 260Wh, à comparer à une charge à 2A. La batterie entièrement vide se charge à 90% en environ 1h, càd que le temps de charge a été divisée par deux !

• Rermarque 1 : en ajoutant le deuxième chargeur (A->B), le palier de tension au moment du branchement donne une estimation de la résistance interne de la batterie : R = deltaV/deltaA = (60-57.4)/(3.99-2.03), soit R= 1.3 ohms. C’est une résistance un peu trop grande pour une batterie de 260Wh, probablement due en partie à la résistance des câbles et de la connectique.
• Remarque 2 : en réglant le seuil de coupure automatique à 0.7A, la charge s’arrête à 93%. C’est une valeur cohérente avec les résultats d’une charge à 2A donc à l’incertitude de mesure près, la correspondance entre seuil de coupure et % capacité ne dépend pas du courant de charge. On peut retenir coupure auto à 1A => 90% de charge.
• Remarque 3 : charger de 93% à 100% prend autant de temps que de charger de 0% à 93% donc ne vaut généralement pas la peine, surtout si vous disposez du Charge Doctor V2 et sa fonction de coupure automatique.

Attention : en théorie, brancher deux chargeurs en parallèle ne pose pas de risque pour les chargeurs. En tous cas, sur les 4 chargeurs que j’ai testés (Firewheel, Gotway, clone Airwheel X3) et selon plusieurs témoignages de wheelers, ça marche. Mais étant donné la multiplicité des modèles, je ne peux pas certifier à 100% que cela marcherait sur vos chargeurs spécifiques. Donc à tester en toute connaissance de cause. Mais l’enjeu en vaut vraiment la chandelle pour les grands rouleurs et possesseurs de grosses batteries > 260Wh.

Attention : la charge de batteries Lithium n’est pas sans risque, a foritiori la charge à courants élevés. Ne négligez pas les précautions d’usage (ne pas charger sans être présent à proximité, installer un détecteur d’incendie, éloigner la roue d’objets de valeur, attendre que la batterie soit froide après une course avant de charger…).

Edit 20/03/2016 : ajout graphe Gotway MSuper 850, charge rapide en branchant deux chargeurs 1,75A en parallèle. Données Thomas T.

De toute évidence, ça ressemble plus à une batterie de 680Wh que 850Wh ! J’espère que Thomas tirera ça au clair avec le vendeur.

Pour maximiser la durée de vie d’une batterie, il est recommandé d’éviter la surcharge et la décharge profonde. On admet que la plage idéale de charge est de 20% à 90% de la pleine charge, à respecter aussi souvent que nécessaire, quand c’est possible, notamment pour les heureux possesseurs de batteries de grosses capacités comme les 520Wh de la Firewheel F520 voire 680Wh (!) de certaines Gotway ou King Song.

Sur les monocycles ou autres engins électriques légers (trottinettes, vélos à assistance, gyropodes…), la décharge profonde est évitée par la carte-mère par un avertissement puis l’arrêt de l’engin. En revanche, la charge se fait toujours à 100%, le chargeur étant conçu pour, ce qui est contraire à la bonne pratique citée plus haut mais quand même pratiqué par tous les fabricants pour d’évidentes raisons commerciales (le prix d’un produit est conditionné en partie par la capacité annoncée qui correspond bien sûr à la charge à 100%).

Le Charge Doctor V2 permet justement d’éviter ce problème de surcharge, en coupant la charge quand le courant tombe en dessous d’un seuil réglable par l’utilisateur. Cette coupure automatique peut bien sûr être désactivée, auquel cas le V2 fonctionnerait (en mieux bien sûr ) comme n’importe quel moniteur de charge classique.

Important : la pleine charge est quand-même à faire occasionnellement (disons 1 fois sur 10 voire sur 20) afin d’être sûr de déclencher l’équilibrage des cellules par le BMS (battery management system, la carte de gestion embarquée dans le bloc batteries). C’est une opération nécessaire pour les batteries Lithium, même si son importance est souvent exagérée. Pensez-y si vous voulez/pouvez charger à 90% voire 80% la plupart du temps.

Un exemple de coupure automatique illustre les points importants de cette fonction en général et les problèmes spécifiques aux chargeurs de monocycles électriques en particulier. Il s’agit d’un enregistrement de la charge de ma Firewheel F260 (batterie 16S2P de 260Wh théorique) par Charge Doctor V2 et KST (cf billet Affichage Graphique pour ceux qui souhaitent utiliser le grapheur KST).

La Firewheel a roulé jusqu’au relèvement des pédales donc la batterie est quasi-vide (la charge commence à 57.5V, soit 3.6V, cf « Batteries de monocycles, comment ça marche« ). Le chargeur est du type 2A, le seuil de coupure est réglé à 1,4A. La durée totale de l’enregistrement est 3h34min30s (chiffre en bas à droite du graphique).

Courbe de charge de Firewheel F260 avec coupure auto à 1.4A

A : fin de la charge à courant constant, début charge à tension constante
B : coupure automatique de charge par Charge Doctor
C : rétablissement de la charge (par l’utilisateur)
D : charge jusqu’à 100% de capacité

La charge se fait d’abord à courant constant 2A pendant environ 100 minutes, jusqu’au point A. Ensuite, la charge devient à tension constante : la tension reste à 67.3V et n’augmente presque plus car on a atteint la tension maximum par cellule LiIon de 4.2V, une valeur suffisante pour déclencher l’équilibrage par le BMS, théoriquement.
L’intensité chute alors très rapidement et au point B, Charge Doctor coupe automatiquement le courant. En C, le courant est rétabli pour poursuivre la charge jusqu’au point D, à quasiment 100%.

Cette charge complète permet à partir des données d’enregistrement (valeurs à extraire directement du fichier log.txt) d’établir la correspondance entre seuil de coupure et % de charge pour pouvoir fixer le bon seuil de coupure lors des prochaines charges selon le % de charge souhaité (cf table). Par exemple un seuil de coupure 1,0A entraînera un arrêt de charge à 90% de la capacité.

Pour les chargeurs rapides à 4A ou à 6A, les seuils de coupure auto seront bien sûr très différents donc l’enregistrement de la charge complète est à faire initialement par chaque utilisateur souhaitant une coupure programmée en fin de charge.

N.B. sur le chargeur de la Firewheel, le courant ne tombe pas à zéro même après plusieurs heures de charge (voire après une nuit, d’après mes tests). C’est typique d’un chargeur qui ne coupe pas le courant en fin de charge, ce qui est vraiment déconseillé pour les batteries Lithium. Mes autres chargeurs n’ont heureusement pas ce comportement mais dans tous les cas, la batterie a toujours tendance à être en surcharge, bien au dessus d’une charge à 90% de la pleine capacité recommandée. Sauf quand on utilise le Charge Doctor V2 et sa fonction de coupure auto, bien sûr.