Batterie de monocycle, comment ça marche

La plupart des roues utilisent des packs de 16 cellules LiIon en série. Il existe quelques rares variantes, InMotion avec 18 cellules, Pinwheel avec des batteries LiPo, Solowheel première génération avec des batteries LiFePo, donc les seuils indiqués ci-après sont à adapter mais le principe de fonctionnement reste le même.

Toutes les batteries possèdent un circuit BMS (battery management system) pour gérer la charge, notamment pour équilibrer les tensions des 16 cellules et pour couper automatiquement la charge et éviter une surcharge. Une grosse majorité de BMS incluent également une protection contre la décharge, ce qui est une horrible erreur de conception pouvant causer une coupure brutale d’alimentation et à l’origine d’innombrables accidents, parfois graves, cf. les articles consacrés au BMS.

A noter que selon Shane Chen lui-même, génial concepteur Solowheel qui a popularisé le concept de monocycle électrique, ses BMS ne coupent jamais le courant pendant le ride (ce qui est quand même la moindre des choses sur un monocycle !). En cas de problème de la batterie, ils se contentent juste de le signaler à la carte-mère par un fil de signal dédié, libre à celle-ci d’avertir le rider.

Capacités

Pour doubler la capacité du pack, une cellule supplémentaire est soudée en parallèle à chaque cellule existante (smallexis a fait un mod, retrouvez le par le bouton “recherche”). Pour tripler la capacité, deux cellules, pour quadrupler, 3 cellules (par exemple sur la Firewheel). La variante plus répandue, pour une question de facilité de câblage, consiste à mettre en parallèle deux packs chacun avec son propre BMS, par exemple deux packs de 340Wh en parallèle pour avoir une capacité de 680Wh sur les Gotways.

Seuils à connaîtres

Voici quelques valeurs caractéristiques de nos packs LiIon. Elles sont utiles à connaître pour charger & décharger correctement, pour faire un diagnostic rapide en cas de problème d’alimentation de la roue et pour surveiller le vieillissement (inévitable) de la batterie.
Les valeurs sont données pour une cellule et pour le pack (16 cellules en série, valeurs mesurées par le Charge Doctor)

Remarque V cellule V pack Seuil
1 3.0 48 Début détérioriation rapide
2 3.2 51 Minimum, éviter de descendre en dessous
3 3.45 55 Limite d’arrêt sur la plupart des wheels
4 3.6 58 Tension pour stockage
5 3.7 60 Nominal pour calcul de la valeur Wh
6 4.0 64 Circuit ouvert, après pleine charge
7 4.1 66 Déclenchement de l’équilibrage par BMS
8 4.2 67.2 Début charge à tension constante

(1) la batterie n’est pas forcément détruite par une tension aussi basse, seulement elle “en prend un coup”, c’est un état de décharge prolongé à éviter
(2) cette limite n’est normalement jamais atteinte car la carte-mère arrête la roue et nous oblige à descendre avant. Si vous constatez cette valeur, c’est que votre pack a un problème, le plus souvent une ou deux cellules défectueuse.
(4) valeur indicative. On peut aussi utiliser le Charge Doctor pour faire une charge à 50% pour le stockage. Le but est de ne pas stocker trop chargé (plus le potentiel aux bornes de la membrane de séparation des charges est basse, plus on préserve cette membrane et donc la batterie), ni de stocker trop déchargé pour que l’autodécharge n’entraîne pas la batterie sous les limites néfastes pour les électrodes (cf (1) ).
(6) après la charge, en circuit ouvert (sans le chargeur branché), la tension a tendance à retomber, surtout si la batterie n’est plus de toute jeune.
(8) Zone de charge à tension constante : le courant baisse et en dessous de quelques dizaines de mA, la charge est coupée automatiquement par le BMS. Elle peut aussi être arrêtée manuellement lorsque la led rouge du chargeur passe à vert, ce qui correspond à une intensité de charge inférieure à 0,25A. A ce moment là, la batterie est quasiment à 100%, poursuivre la charge est inutile car l’on ne gagnera que quelques Wh.
(8) La tension au niveau de la prise de charge (lue par le Charge Doctor) peut être 68V à cause du BMS, notamment de la diode de protection contre les inversions de tension.

exemple de profil de charge (batterie Firewheel 260 Wh)

Utilisation pratique, précautions d’usage

  1. Il est préférable de ne pas charger à plus de 90% (voire 80%), ni de décharger à moins de 10% de la capacité afin de ménager la batterie. Même si bien sûr ce n’est pas toujours faisable pour les possesseurs de petites batteries, par exemple 130Wh, car l’autonomie en km et donc la pleine charge restent prioritaires.
    Une charge à 100% ou une décharge à 0% entraîne un vieillissement plus rapide des électrodes et de la membrane de séparation des électrolyte et réduit le nombre de cycles charge/décharge utiles. Les batteries LiIon n’apprécient pas du tout la surcharge.
    Concrètement, il suffit d’arrêter la charge quand l’intensité chute en dessous de 1A sur les chargeurs 2A (cf graphique). Pour la décharge, les roues s’arrêtent assez tôt par le relèvement des pédales pour qu’on n’ait pas à s’inquiéter d’une décharge profonde.
  2. Si la roue reste inutilisée pendant longtemps, par exemple plus d’un an, il convient de surveiller sa tension au bout de la période et d’éventuellement la recharger à 50% pour compenser l’auto-décharge. Celle reste cependant très faible (comparée aux batteries NiCd ou NiMh) et facilement gérable.
  3. Avec le Charge Doctor, archiver au moins une fois la courbe de charge de votre batterie pour comparer en cas de problème ou pour connaître l’état de vieillissement du pack après quelques mois ou années d’utilisation. C’est une courbe de référence qui donne beaucoup d’infos importantes, notamment pour déterminer la durée de charge pour charger à 90% (lire la tension en début de charge, la reporter sur la courbe puis déterminer le temps où le courant chute en dessous de 1A et utiliser ce temps pour signaler la fin de charge ou pour régler la coupure automatique par un programmateur horaire).

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