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Quel courant de charge ?

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) :

Capacité batterie Capacité “1C” Exemple de roue
130 Wh 2.2 Ah Solowheel, Airwheel, NineBot
260 Wh 4.5 Ah Firewheel 260, Gotway, Kingsong
520 Wh 9 Ah Firewheel 520, Dolphin
680 Wh 12 Ah Gotway, KingSong

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.

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Branchement Courant total Remarque
un seul chargeur 2A 2 A
2 chargeurs 2A 4 A
1 chargeur 2A + 1 chargeur 4A 6 A augmenter section câble*
2 chargeurs 4A 8 A augmenter section câble*

*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 = 1.94AImage
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Deux chargeurs branchés => courant = 3.95AImage
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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 !Image

Point capacité/Wh % capacité totale tension/V courant/A remarque
0 0 0% 67.3 0 branchement d’un seul chargeur
A 0 0% 57,4 2,03 début charge
B 3,9 1% 60,0 3,99 branchement deuxième chargeur
C 152,8 58% 66,3 3,89 fin phase courant constant
D 211,0 80% 67,1 1,84 courant <2A => l’un des deux chargeurs se désactive
E 244,8 93% 67,5 0,70 coupure auto par Charge Doctor, seuil = 0,7A
F 244,8 93% 67,5 0,81 remise courant manuelle pour charger jusqu’à 100%
G 263 100% 67.5 0,03 fin de charge, débranchement
  • 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.

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

 

 

Charge Doctor V2, coupure automatique

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 :mrgreen: ) 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).

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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.

Seuil coupure auto (A) Capacité (Wh) % pleine charge
1,52 232,3 85%
1,40 235,6 86%
1,20 242,0 89%
1,00 245,7 90%
0,80 250,6 92%
0,60 256,0 94%
0,40 261,5 96%
0,30 264,4 97%
0,20 267,0 98%
0,10 272,7 100%

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.

Charge Doctor V2 – 10A

Charge Doctor V2, un contrôleur de charge de batteries, est une version nettement améliorée de la première version. Il reprend les fonctions originales du produit, à savoir l’affichage de la charge en Wh et en Ah, la possibilité de réétalonner, l’interface de saisie par un bouton unique, l’envoi de données série ascii pour l’enregistrement et l’affichage graphique. En ajoutant d’importantes améliorations :

  • courant maximum jusqu’à 10A
  • plage de tensions admissibles plus étendue
  • gros afficheurs lumineux
  • coupure automatique en fin de charge, avec seuil réglable

Avec ses plages de tensions et courant plus étendues, la version V2 convient à la surveillance de charge de tous les engins légers électriques, non seulement les monocycles électriques mais aussi les vélos à assistance, scooter, gyropode, hoverboard, trottinette…

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Caractéristiques de Charge Doctor V2

  • Tension : 20.0V – 100.0 V
  • Intensité : 0.00 – 10.00 A
  • Capacité : 0.000-1000 Ah avec décimale automatique
  • Energie : 0.0-10000 Wh avec décimale automatique
  • Seuil de coupure automatique de fin de charge : 0.1-8.0 A
  • Sortie enregistreur liaison série 9600 bauds TTL
  • Equipé de prises GX16 3 broches directement compatibles avec Airwheel & clones, TG, iezWay, Gotway, Firewheel… ou de prise Lemo pour Ninebot
  • Dimensions : 85x50x20 mm
  • Poids : 65 g

Utilisation

Au démarrage, affichage de “C-Dr” puis du numéro de version du firmware (version “2.00”)

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L’afficheur haut indique alternativement la tension en volt (“65.7U”) et l’intensité en ampère (“1.99A”).

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L’afficheur bas a 3 modes d’afichage :

Appui bref => changement mode

  1. Wh
  2. Ah (“Ah” apparaît alternativement pour distinguer du mode Wh)
  3. Coupure auto du courant en fin de charge (affichage clignotant)
Appui prolongé
1. remet compteur Wh à zéro
2. remet compteur Ah à zéro
3. Active/désactive mode coupure auto (“0.00A” correspond à coupure auto désactivée)

Attention : suite à une coupure auto, l’interrupteur interne est sur OFF et plus aucun courant ne passe. Pour pouvoir charger de nouveau, remettre l’interrupteur interne sur on par l’une de ces deux méthodes :

  • appui prolongé dans mode coupure auto (cf plus haut)
  • éteindre & réallumer Charge Doctor (l’interrupteur interne est toujours sur ON à l’allumage)

Paramétrage

Pour rentrer en mode paramétrage, maintenir le bouton appuyé à l’allumage de Charge Doctor.
Bouton maintenu < 5s => mode 1) réglage du seuil de coupure auto
Bouton maintenu > 5s => mode 2) étalonnage

1) Réglage du seuil de coupure auto

L’afficheur haut indique le paramètre en cours. Les paramètres à régler défilent automatiquement toutes les 2 s.
“Auto” : mode coupure automatique. L’afficheur du bas indique le seuil de coupure auto ( “1.00A”). Quand le courant tombe sous ce seuil, le courant est coupé. Le réglage se fait par incrément de 0.1A (maintenir appuyé pour incrément automatique)
Remarque : la désactivation de la coupure auto (affichage “0.00A”) se fait en dehors du mode paramétragel, cf plus haut
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“Pr1” : paramètre 1. Valeur = 1 => extinction de l’afficheur LED et mise en veille profonde. Pour rallumer Charge Doctor, cliquer le bouton ou éteindre/rallumer
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“PR2”, … “PRn” : extension future

Si aucun clic bouton pendant plus de 6s, l’afficheur revient en mode normal.

2) Etalonnage

La tension est étalonnée sortie usine à +-10mV et l’intensité à +-1mA.
Réétalonnez seulement si vous disposez de voltmètres et d’ampèremètres précis.
L’afficheur du haut défile les paramètres à régler toutes les 2 s. Quand le bouton est appuyé, le défilement s’arrête pendant 6s. Pour quitter ce mode et revenir au mode normal, éteindre/rallumer Charge Doctor.

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“down U” : diminuer le gain en tension
(environ 10mV par clic)
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“UP U” : augmenter le gain en tension
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“down A” : diminuer le gain en intensité
(environ 1mA par clic)
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“UP A” : augmenter le gain en intensité
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“00 A” : Recale le zéro intensité pour afficher 0.00A quand
aucune charge est branchée
ATTENTION : maintenir le bouton appuyé 2s pour régler
(clic rapide ignoré pour éviter une erreur de manipulation)

Enregistreur série

Charge-Doctor envoie les données toutes les 10s par protocole série 9600 bauds, niveaux TTL en format ascii, séparateur=virgule. Le format est le même que sur la version précédente, voir l’article Affichage graphique pour le chargement des fichiers et l’exploitation des données.
N.B. Charge Doctor ne stocke pas de données. Pour les enregistrements, le PC doit être branché pendant la charge pour recevoir, enregistrer et afficher les données.

Branchement au dongle : relier la sortie données de Charge Doctor à l’entrée RxD du dongle convertisseur série-usb, attention à respecter la polarité des fils :
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IMPORTANT : au démarrage, Charge Doctor envoie un entête à 2 lignes contenant notamment le numéro de version du firmware :

Charge Doctor V2.00-10A by HMC 01/2015
Time(s) Voltage(x0.1V) Current(x10mA) Charge(x0.1Wh)

Ces deux lignes présentes dans le fichier “log.txt” ne sont pas interprétables par le grapheur KST et l’affichage se bloque. Pour les supprimer, deux possibilités :

  • soit démarrer datalogger.exe 2 secondes APRES l’allumage du Charge Doctor.
  • soit faire “Stop logging” puis “Start logging” dans datalogger.exe avec l’option “Append to file” décochée => l’ancien fichier “log.txt” est écrasé et les nouvelles données n’auront plus les deux lignes d’entêtes non-interprétables.

Photos de Charge Doctor V2, versions avec prise GX16 (majorité des monocyles, vélo, trottinettes électriques) et Lemo (monocycle Ninebot).
(cliquer sur l’image pour voir en haute résolution)

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