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Vidéo d’utilisation du Charge Doctor

J’ai fait dernièrement  une vidéo d’utilisation du Charge Doctor (CD), on peut la visionner sur Youtube, par exemple ici. C’est un aperçu des réglages du CD pour une prise en main rapide.

Pour plus de détails, il y a bien sûr le manuel d’utilisateur, sur la page d’accueil de ce blog, dans le fil intitulé Charge Doctor V2, firmware V 2.03.

 

Section fil de câblage

Quand le Charge Doctor est utilisé pour la charge rapide, à 4A ou 6A, vérifiez auparavant que la section des câbles dans le circuit de charge, en particulier entre la prise de la roue et la batterie, est suffisante afin d’éviter des pertes voire pire, un échauffement excessif. Pour cela, relevez le calibre du fil, (presque) toujours marqué au laser sur la gaine en AWG. La table suivante résume quelques grandeurs correspondantes à l’unité AWG, les plus importantes en ce qui nous concerne étant le courant maximum et la chute de tension delta-V causée par une longueur aller/retour de 10cm de câble  (source : powerstream.com) : la puissance perdue peut être estimée par le produit Courant * delta-V

Pour information, le Charge Doctor utilise des câbles 18AWG.


marquage câbles 14AWG & 18AWG

Gauge
(AWG)
Diamètre (Inches) Diamètre (mm) Section (mm^2) Courant max pour câblage châssis
(A)
Résistance* pour 10cm
(mOhm)
deta V * pour 10cm à 4A
(mV)
6 0.162 4.1 13.3 101 0.06 0.3
10 0.1019 2.6 5.3 55 0.2 0.7
15 0.0571 1.5 1.7 28 0.5 2
18 0.0403 1.0 0.8 16 1.0 4
20 0.032 0.8 0.5 11 1.7 7
22 0.0253 0.6 0.3 7 2.6 11

*valeurs pour un circuit aller/retour

Seuil de tension sur Charge Doctor

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.

Cellules 0% 30% 60% 70% 80% 90% 100%
Nombre total de cycles* 1800-3600 1200-2400 950-1900 700-1400 500-1000 300-600
Hoverboard 10 33.0 35.7 38.4 39.3 40.2 41.1 42.0
Speedway Mini4 pro
13 42.9 46.4 50.0 51.1 52.3 53.4 54.6
Duatron 14 46.2 50.0 53.8 55.0 56.3 57.5 58.8
Ninebot 15 49.5 53.6 57.6 59.0 60.3 61.7 63.0
Generic 16 52.8 57.1 61.4 62.9 64.3 65.8 67.2
Inmotion/ GW1600Wh 20 66.0 71.4 76.8 78.6 80.4 82.2 84.0
Tableau 1 : seuils de tension à régler sur le Charge Doctor en fonction du % de charge, en volts
* calculs à partir de l’estimation de Battery University : le nombre de cycles double à chaque 14% de charge en moins

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.

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

*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 input for INMOTION V3 & V5

 


Charge Doctor single input with GX12-3 connector, for INMOTION V8

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 !

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.

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…).

Chargeur 6A avec le Charge Doctor

Sur les trottinettes ou vélos électriques, la capacité en Ah des batteries est souvent importante pour compenser une tension plus faible que celle des monowheels.
Les Dualtrons par exemples ont des capacités 1C = 11Ah, 15Ah voire 22Ah ! Charger à 2A par un seul chargeur générique est alors très long. Il existe des multiprises x3 pour charger à 6A en branchant en parallèle jusqu’à 3 chargeurs 2A. Sur une batterie de 11Ah, même 6A ne représente qu’une charge à 0,55C, soit une charge “douce” (cf. le courant de charge recommandé).


Multiprise 3 entrées “Minimotors”

Le Charge Doctor-duo permet de brancher jusqu’à 3 chargeurs (voire 4) moyennant un bricolage très simple et gratuit. Il permet non seulement de faire une charge rapide mais offre bien plus d’intelligence qu’une simple multiprise comme la “Minimotors” : affichage de V, I, Wh, Ah, datalogger et surtout, surtout, la fin de charge automatique et paramétrable pour prolonger la durée de vie de la batterie.

N.B. Pour les trots Dualtron, le Charge Doctor est disponible dans la page Acheter, modèle = “Charge Doctor V2 DOUBLE entrées pour Airwheel, Solowheel, Firewheel”.

 Manip*

1) démonter les prises des chargeurs 1 et 2
2) dessouder le chargeurs 2 et souder ses fils sur le chargeur 1
3) les deux chargeurs ont une seule sortie => l’on dispose d’un “chargeur double 1&2” à 2x2A= 4A


Chargeur 6A, schéma de branchement

Courant charge Branchement
2 A  chargeur 3 seul
autre possibilité : chargeur double 1&2 avec seulement 1 branché au secteur
4 A chargeur double 1&2
6 A chargeur 3 + chargeur double 1&2

*détails de la manip


prise démontée


chargeurs 1 et 2 soudés en // sur une seule prise


prise chargeur double 1&2

Charge Doctor mixte pour Ninebot

Les chargeurs des roues Ninebot utilisent deux types de connecteurs, Lemo and GX12.

Roue = Ninebot One
Connecteur = LEMO
Roue = Mini Pro, Mini Xiaomi…
Connecteurr = GX12 – 4 broches

Les batteries des roues Ninebot sont de type 15S (15 cellules en série), une valeur inhabituelle car la majorité des batteries de mono-roues sont de type 16S, hormis des exceptions comme InMotion ou un modèle de Gotway 18″ avec des batteries 20S. Pas si inhabituel en fait compte tenu de la volonté de Ninebot de rendre ses produits incompatibles avec le reste afin de vendre ses pièces détachées à des prix exorbitants, une stratégie marketing parfaitement défendable cependant.

Par contre, l’avantage d’avoir des batteries 15S sur toute la gamme est que le chargeur, hormis la différence des connecteurs, reste le même. Ainsi, un chargeur de Mini-Pro peut charger une NinebotOne et vice-versa, à condition d’avoir les bons adaptateurs. Une version de Charge Doctor mixte pour Ninebot a été créée spécialement pour cela, permettant une multitude de combinaisons de branchements :

  • Chargeur Mini Pro -> roue Mini Pro
  • Chargeur Mini Pro -> roue Ninebot One
  • Chargeur Ninebot One -> roue Ninebot One
  • Chargeur Mini Pro + Chargeur Ninebot One -> roue Ninebot One (charge rapide à 4A)


Charge Doctor mixte pour Ninebot


Charge Doctor mixte pour Ninebot, les deux types de connecteurs

Charge d’une NinebotOne avec chargeur NinebotOne (bloc chargeur blanc) : courant = 2,00 A

 

Charge rapide d’une NinebotOne avec chargeur NinebotOne (blanc) + chargeur MiniPro (noir) : courant = 4,08 A

attribution images : jvincent, espritroue.fr