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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

Charge Doctor V2, firmware V 2.03

La version logicielle 2.03 ajoute quelques fonctions importantes à la version 2.02. Ce manuel est une mise à jour du manuel précédent devenu obsolète. Au niveau de la connectique, le Charge Doctor (CD) est maintenant disponible pour une très large gamme de modèles de roues, trottinettes, hoverboards… et existe même en version mixte pour pouvoir se connecter sur deux marques différentes avec un seul CD.

Liste (non exhaustive) de marques compatibles avec le CD (cf la page Achat pour la photo du connecteur)

  • Airwheels & clones, King Song, Gotway, Solowheel, Firewheel, Dolphin, Pinwheel…
  • Gotway 84V (connecteur GX16 4 broches)
  • IPS (connecteur GX16 4 broches)
  • Ninebot One (prise Lemo) et Minipro (prise GX12-4 broches)
  • InMotion V3 & V5 (prise carrée Lenovo) et V8 (prise GX12-3 broches)
  • Hoverboards de toutes marques
  • Trotinettes avec prise XLR-3 broches ou prises GX16-3 broches (GTX, Dualtron, Speedway,…)

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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
  • Coupure automatique par seuil de courant (0.1-8.0 A) ou seuil de tension (30.0-85.0V)
  • Sortie enregistreur liaison série 9600 bauds TTL
  • Dimensions : 85x50x20 mm
  • Poids : 65 g

Utilisation du CD

Au démarrage, affichage de “C-dr” puis du numéro de version du firmware (version “2.03”)

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L’afficheur haut en bleu indique alternativement la tension en volt (“61.9U”) et l’intensité en ampère (“1.99A”).

Image Image

L’afficheur bas en rouge a 3 écrans d’affichage :

Appui bref => changement mode

  1. Wh
  2. Ah (“Ah” apparaît alternativement pour distinguer du mode Wh)
  3. Seuil de coupure auto  (affichage clignotant)
Appui prolongé
1. remet compteur Wh à zéro
2. remet compteur Ah à zéro
3. Active/désactive mode coupure auto (“—A” correspond à coupure auto désactivée). NB : le seuil de coupure ne peut être changé qu’en mode paramétrage
Image Image Image
écran 1: 148.2 Wh écran 2: 2.377 Ah écran 3: coupure auto
seuil = 1.20A
appui bref => passe à l’écran 2
appui long  => compteur = 0
appui bref => passe à l’écran 3
appui long  => compteur = 0
appui bref => passe à l’écran 1
(l’afficheur revient automatiquement à l’écran 1 si aucun appui touche > 6s)

L’écran 3 a plusieurs modes, un appui long change le mode :

Image Image Image
écran 3 / mode 1  écran 3 / mode 2   écran 3 / mode 3
coupure auto par courant, seuil = 1.20 A

coupure auto désactivée

Fin de charge par coupure-auto. Pour reprendre la charge, appui long ou éteindre/rallumer

astuce : faire 3 clics courts espacés de moins 0,3s pour éteindre l’écran
Pendant la veille d’écran, le CD continue de fonctionner normalement
Un autre clic rallume l’écran


Paramétrage du CD

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

1) Réglage du seuil de coupure auto

L’afficheur haut indique le paramètre en cours. Les écrans défilent automatiquement toutes les 2 s. Cliquer pour régler dans l’écran en cours, le défilement d’écrans s’arrête alors pendant 6s pour permettre le réglage. Si aucun clic bouton pendant plus de 10s, l’afficheur revient en mode normal.

Image 3 paramètres réglables :

  • Auto : coupure automatique
  • Pr1 : paramètre 1, extinction écran à la coupure automatique
  • Pr2 : paramètre 2, mode de coupure auto, I ou V

“Auto” : mode coupure automatique. L’afficheur du bas indique le seuil de coupure auto, en courant ou en tension selon PR2. Quand le seuil est atteint, le CD met fin à la charge en coupant le courant.
Le réglage se fait par incréments de 0.1A (coupure par seuil en courant) ou 0.1V (coupure par seuil en tension). Maintenir appuyé pour incrémenter automatiquement.
Les seuils de courant et de tension sont stockés dans des mémoires séparées. Quand le mode de coupure auto est changé, le seuil précédemment réglé (en intensité ou en tension) est rappelé.
Remarque : la désactivation de la coupure auto (affichage “—A”) se fait en dehors du mode paramétrage, dans le mode normal, cf plus haut.

“Pr1” : paramètre 1. Valeur = 1 => extinction de l’afficheur LED et mise en veille profonde.

“Pr2” : paramètre 2. Valeurs possibles, “dn A”, “up V”, “dn V”

Image Image Image
dn A : down A, coupure auto quand le courant descend en dessous du seuil. Mode fixé par défaut

UP V : coupure auto quand la tension dépasse le seuil, à utiliser sur des grosses batteries (capacité > 560Wh) quand la coupure par seuil de courant n’est pas assez précise

dn V : down V, coupure auto quand la tension descend en dessous du seuil, à utiliser uniquement pour décharger une batterie

 

 

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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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).

Shunt BMS – divers monocycles

Firewheel

La Firewheel est une roue 16″ extrêmement puissante. Même sur le modèle 520Wh avec la énorme batterie 16S4P, une forte accélération ou pente peut causer un appel de courant assez fort et donc une chute de tension qui déclenche une coupure de courant. Domi a eu une épaule enflée qui ne guérit pas, avec plusieurs visites chez le médecin et une ponction chez le spécialiste, ça fait cher la roue ! Continuer la lecture

A2 Générique – shunt BMS

L’A2 est un clone générique de X3. Le wheeler avait eu une coupure électrique par le BMS à cause d’une seule cellule LiIon grillée. Après le shunt, plus de problème de coupure.  On peut encore rouler, mais bien sûr avec beaucoup moins de puissance, en attendant le remplacement de la cellule HS. C’est quand même une situation bien plus gérable qu’une coupure brutale par le BMS, preuve une fois de plus de la stupidité criminelle de mettre un circuit de coupure de courant dans le BMS. A noter que sur les Solowheels, d’après Shane Chen lui-même, le BMS ne coupe jamais le courant mais envoie un signal à la carte-mère pour signaler d’éventuels problèmes.

P.S. L’électronique s’accède par l’expérieur, en ouvrant des trappes et ne s’ouvrent pas vers la roue comme dans les Airwheels. Un bon point pour l’A2 ! La carte-mère est celle d’une Airwheel X3 générique, avec le même radiateur ridicule qui ne dissipe rien et qui a besoin de l’ajout d’une grosse plaque d’alu.

Shunt en reliant B- to P- :

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Une Gotway plus silencieuse

The buzzer de ma Gotway 14″ MCM 2S 340Wh est très bruyant. C’est un piezzo excité par un signal carré de 3.3 khz avec un rapport cyclique de 25%. L’amplitude du signal est de 65V (!), en fait la tension de la batterie, pas étonnant que la Gotway fait autant de bruit, surtout pour les autres passants.

Malheureusement, comme cela a été dit longuement sur les forums, on ne peut pas le désactiver car la GW ne fournit aucun autre avertissement d’excès de vitesse, comme le relèvement des pédales ou les vibrations des autres monocycles. Sans les bips, vous pouvez vous retrouver en excès de vitesse même à… 6km/h quand la batterie tire à sa fin et alors, la GW va couper le courant et vous envoyer valser. Oui, aussi incroyablement stupide que ça puisse paraître, c’est totalement véridique : si vous n’obtempérez pas aux bips en ralentissant, la GW coupe le courant… pour vous protéger, très logique quoi.

Pour réduire le volume et rendre le trajet plus supportable aux oreilles sensibles, histoire que les passants ne vous reconnaisse pas comme “celui qui recule son camion poubelle”, je n’utilise pas le montage à base de potentiomètre de 100 kohms, qui a été décrit depuis longtemps, en fait depuis que la Gotway existe, preuve que le buzzer énerve (Gotway, faites qq chose !!!).

Mon montage, c’est celui-ci : une vis.

BMS, comment rendre votre roue plus sûre

Compte rendu de la BMSectomie sur ma TG, pour en finir avec les coupures intempestives (surtout par temps froid, mais pas seulement).
D’après des tests assez poussés, je confirme, ça marche impeccable. Il n’y a plus de coupure et les autres fonctions du BMS, équilibrage et protection contre la surcharge, sont maintenues.
C’est fait sur une batterie de TG, mais c’est applicable sur quasiment toutes les roues chinoises plus ou moins bon marché. Cette modif est indispensable sur ma Firewheel dont le problème de BMS pourri est aggravé par des seuils de détection de tension basse mal programmés sur la carte-mère. Je la ferai une fois le litige résolu avec le vendeur, pour éviter d’éventuel problème de garanti vu qu’une chirurgie est opérée sur le bloc batterie. Je mettrai à ce moment là les photos propres à la Firewheel.

Si vous savez souder ou faire souder et que vous ne pouvez plus / n’avez plus besoin de faire jouer la garantie sur la batterie, je conseille vivement de faire la modif car la fonction coupure de courant ne devrait JAMAIS avoir été implantée sur une mono-roue. De toute évidence, les Chinois ont repris stupidement tel quel le design de BMS pour vélos électriques ou trottinettes sans jamais s’interroger sur les conséquences désastreuses d’une coupure de courant. En effet, celle-ci n’existe que pour protéger les batteries d’une décharge profonde et (exceptionnellement) d’un court-circuit mais la carte-mère le fait déjà et le fait très bien ! Donc, si cette fonction, ultra-dangereuse pour une mono-roue, néfaste et de surcroît inutile existe, la moindre des choses, c’est de la neutraliser. Heureusement, c’est vraiment très facile à faire.

Voici la procédure à suivre pour ceux qui veulent se lancer. Ca consiste à faire un ou deux points de soudure donc, c’est une opération entièrement réversible, si jamais, au grand jamais, elle ne vous convient plus.

Schéma général de l’étage de puissance d’un BMS. Seul les transistors T1 de protection contre une décharge profonde (qui coupent le courant sans prévenir la carte-mère) sont à neutraliser. Le transistor X1 de protection contre la surcharge n’entre en fonction que pendant la charge, donc il est innocent, pas touche.
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Schéma du BMS modifié pour neutraliser les transistors de coupure de courant (cf piste rouge)
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TG démonté côté batterie (inutile de démonter l’autre côté de la coque). Bloc batterie avec le BMS accolé. On devine au travers du film rétractable l’emplacement des transistors de puissance X1 (coupure surcharge) et T1 (coupure batterie basse, celle qui nous fait mal et qu’il faut neutraliser).
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Le film est incisé au cutter sur les 3 côtés du rectangle qui délimite les transistors T1. J’ai dit incisé, donc ne pas trop enfoncer le cutter pour ne pas couper des pistes du BMS !
Ici T1 est constitué de 3 transistors MOSFET de puissance mis en parallèle.
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La source et le drain du MOSFET sont reliés par un pont de soudure => le MOSFET est court-circuité, il ne jouera plus son rôle d’interrupteur, qu’il n’aurait jamais dû avoir. Il faut ici un fer à souder puissant (j’ai monté le mien à 460°C) pour faire de belles soudure. On peut court-circuiter un seul MOSFET T1 ou plusieurs ou tous, peu importe car ils sont reliés en parallèle (deux sur trois sont court-circuités sur la photo).
!!! Attention, ne pas toucher au Mosfet X1, lui n’y est pour rien dans la coupure du moteur !!!
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Rabat du film et fermeture par du scotch électricien. Vous pouvez faire une ouverture bien plus petite, la mienne est inutilement trop large.
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Désormais, entre vous et la roue, le courant passera toujours, même si le #@!&~ de BMS ordonne aux MOSFETs de couper. Fini les gamelles bmsiennes, on peut faire le beau sans les bobos !

Edit 15 mars 2015 :
Résultats tests à basses températures : la TG est chargée à fond et laissée dehors toute la nuit, au matin, température = 3°C.
Je roule immédiatement jusqu’à épuisement (de la batterie, pas du bonhomme), avec montées de pente, accélération forte… aucun souci : la TG signale normalement la fin de batterie par relèvement.
Je recharge un petit coup (10 minutes) avec mon chargeur mobile le temps de faire la causette et je reteste, toujours impeccable, aucun comptement anormal. Tout ça en restant dehors à 5°C.
Je n’ai plus aucune appréhension maintenant lorsque ma TG n’a plus qu’une LED de niveau de charge, que ce soit pour accélérer ou pour monter une forte pente (à noter que je n’ai jamais peur avec mon autre clone X3 qui ne m’avait jamais trahi).
Donc validé pour le froid.

Edit 16 mars 2015 : informations utiles pour les moddeurs :
– Inutile de débrancher la batterie pour souder
– Démonter seulement la demi-coque côté batteries, celle qui n’a PAS le panneau utilisateur (leds, interrupteur…)
– Repérer visuellement la mise en parallèle des transistors mosfets T1 grâce au routage des pistes de cuivre sous leurs pattes. T1 est composé de plusieurs mosfets alors que X1 est un mosfet unique, auquel il ne faut pas toucher.

Edit 16 mars 2015 :
Modif BMS d’une TG avec Mosfet en CMS, par Gardiolo. Shunt sur 3 transistors.
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Edit 18 mars 2015 :
Modif BMS d’une Dolphin D5, par resident_evil : les 3 mosfets T1 sont pontés, le mosfet X1 à l’extrême-droite est inchangé. Repérage de T1 et X1 en mesurant la tension de la grille du mosfet (broche n° 1).
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Edit 19 avril 2015 :
photos BMS de Gotway 680Wh : c’est un modèle récent où les transistors T1 ont été supprimés. Le BMS est safe et n’a pas besoin d’être shunté : http://trottinetteselectriques.heberg-forum.fr/sutra16487_solution-probleme-bms.html#16487