remplacement batterie Nimh par LiIon sur AM220/30AC: choix de la capacité et du courant de charge

[chercheur]

[quote le 29/10/2016 à 19:56:54, LOUISXIV a dit :]est-ce que je vois correctement les choses, qu'avec la transformation du robot aux piles lithium la capacité de la batterie ne peu plus être suivie par le logiciel du robot?[/quote]
Je me demande aussi si le moniteur du robot pourra encore nous être utile?

Par ailleurs je cherche le meilleur moyen de décharger ma future batterie.
20v et environ 8Ah....histoire de pouvoir tester les cycles de manière plus ou moins représentative et hors robot.

[Razmoket]

Pour décharger la batterie: 2 ampoules 12V en série

[poildecarotte]

[quote le 29/10/2016 à 16:34:19, Razmoket a dit :]
- Mon BMS intègre un check de température, qui peut être modulé (suivant la valeur d'une résistance) pour adapter les valeurs critiques de température. Le capteur (une ctn) n'est pas fourni mais ça se trouve partout. Je l'ai montée sur mon pack, avec les valeurs limites : 55°C en charge, 75°C en décharge. On verra à l'usage si on peut descendre plus bas.
[/quote]
En effet je viens de relire le chapitre 7 de la datasheet: c'est pas mal car de plus la température est configurable au travers d'une résistance externe.
Du coup on aimerait juste que la tension de fin de charge le soit également et on aurait le BMS idéal.

Epauler le BMS via microcontroleur externe: oui c'est le même principe qu'avec l'usb doctor(microcontroleur que chacun peut configurer). Si déjà vous prévoyez d'envoyer des ordres de charge via liaison série, alors autant déporter la liaison par radio et piloter la chose à partir du fixe.

[Razmoket]

Vu la météo clémente, j'ai procédé à quelques essais ces derniers jours.

- Le boîtier prévu trouve bien sa place derrière le boîtier ecran-clavier. C'est une zone plutôt seche, et le problème d'interférences avec le capteur de périphérique ne me semble pas critique, car le convertisseur DC - Dc sera coupé lors de la tonte.

- Test de la configuration finale avec le transfo HSVN, tension prise sur les moustaches de la station de charge, limitation 39v en place (régulateur shunt), convertisseur DC - DC et battery pack (déchargé) + BMS. Le pack prend 4A (régulé par l'alim Dc DC) ce qui correspond à 2.8A au transfo. On a encore 26.5V à l'entrée du convertisseur, ce qui laisse une marge si on veut charger plus vite. La recommandation constructeur pour mes accus est de 0.7C, soit pour un pack de 2*5 éléments de 3400mAH, 4.76A. A mon avis, avec un pack accus différent, on pourrait monter autour de 5.5A...au delà, on va griller le transfo, ou frôler la limite de tension basse (22 V). Les radiateurs sont tièdes à 4A, rien d'inquiétant à ce niveau.

- Remarque: nos amis Chinois sont bien optimistes sur leurs spécifications techniques. Le convertisseur DC DC, présenté comme supportant plus de 40V en entrée, utilise un 78L05 connecté sur le rail d'entrée...soit une mort subite probable au delà de 35V. On coupe une piste, on ajoute une résistance de 2.2K, et hop....on est OK jusqu'à 45V.

Conclusion: jusqu'ici, tout va bien. Le projet touche à sa fin. Certaines opérations sont délicates (connexion du BMS, correction du convertisseur pour déporter les radiateurs et supporter 45V) , mais on touche au but. Des nouvelles bientôt....

[Razmoket]

Un petit schéma pour y voir clair:
[URL=http://www.hostingpics.net/viewer.php?id=430275AutomowerLion.jpg][IMG]http://img4.hostingpics.net/pics/430275AutomowerLion.jpg[/IMG][/URL]

[chercheur]

Joli ! Et passionnant ! Merci

[LOUISXIV]

Très intéressant , bien que je ne comprends pas encore tous les détails. Efficace en utilisant le transformateur original, permettant même d'épargner le simulateur de courant alternatif. Merci!

LOUISXIV

[poildecarotte]

pour un 230ACX dont on ne souhaite pas augmenter le courant de charge, c'est en effet une alternative intéressante.
Pour un 220AC, dont le transformateur est moitié moins puissant (65VA contre 130VA), c'est moins évident car on obtiendra au maximum un courant de
charge de 2,5A. Or on peut facilement monter à 5A et ainsi augmenter la surface maximale de tonte, c'est donc un peu dommage si déjà on se donne
tant de mal à faire un nouveau circuit de charge de ne pas pouvoir profiter de cette amélioration.

Il y a un autre point qu'on a pas encore abordé dans cette discussion: le rendement de charge, c'est à dire le rapport entre l'énergie chargée dans
la batterie et l'énergie électrique réellement fournie.
Il peut être intéressant, si déjà on change le mode de charge, de chercher à augmenter ce rendement.
Dans la solution originale HSVN, le courant de charge passe par un cable très long puis la base qui a aussi une résistance de shunt...
ce long circuit fait au total environ une résistance de 3 Ohms.
Donc si on charge par exemple à 5A en passant par ce cable, ce sont 15W qui partent en pure dissipation thermique...

Pour cette raison j'ai préféré m'affranchir du transformateur original et de son long cable (pour la partie charge à courant élevé, je conserve le transfo pour alimenter la base)
et ainsi pouvoir:
- mettre un cable basse tension de déport de la station mais à plus faible résistance (par exemple 20A, 220V)
- soit utiliser une alimentation 220V à découpage à haut rendement du type alimentation de pc portable: leur rendement est meilleur que la solution transformateur plus pont de diodes.
- soit utiliser un convertisseur DC DC à haut rendement pour élever la tension de mon capteur solaire 12V.
D'autre part la partie courant fort de charge ne passe plus du tout par le circuit de la base et on évite ainsi les problèmes de connectique liés à des courants forts.

[Razmoket]

Bonjour

Je crois aussi qu'il n'y a pas de solution unique qui convienne à tous.
Celui qui veut étendre sa surface sans changer de machine, ou qui dispose d'une source de courant gratuite, privilégiera une solution DC, ou alim à découpage
Celui qui veut juste remplacer ses accus, toutes autres choses restant égales, à un prix minimum, cherchera une solution utilisant le transfo existant.
Celui qui a 2 mains gauches et n'aime pas mettre la main à la pâte, achètera des accus HSVN ou compatibles.

Mais pour moi, une chose est sure: si je n'avais pas pris conscience, via les post et la video de PDC, qu'une alternative LI-IO était non seulement possible, mais surtout accessible à un coût inférieur au Ni Mh, je ne me serais jamais lancé. Chapeau l'artiste!

A.

[LOUISXIV]

[quote le 03/11/2016 à 10:51:40, poildecarotte a dit :]
Il y a un autre point qu'on a pas encore abordé dans cette discussion: le rendement de charge, c'est à dire le rapport entre l'énergie chargée dans
la batterie et l'énergie électrique réellement fournie.
Il peut être intéressant, si déjà on change le mode de charge, de chercher à augmenter ce rendement.
Dans la solution originale HSVN, le courant de charge passe par un cable très long puis la base qui a aussi une résistance de shunt...
ce long circuit fait au total environ une résistance de 3 Ohms.
Donc si on charge par exemple à 5A en passant par ce cable, ce sont 15W qui partent en pure dissipation thermique...
[/quote]

Tiens, tiens, alors dans la base encore une résistance de shunt. J'apprends de PDC toujours de nouveaux mystères dans cette machine, de sorte que je me demande sur le but de ses constructeurs. Alors PDC, pourquoi encore un shunt dans la base, peux-tu nous expliquer?

Quant à l'utilisation du transfo original je trouve ça aussi un bouffeur d'énergie antique, du à sa consommation "standby" ainsi que son éfficacité pauvre. Mais s'il faut déjà le laisser pour le fonctionnement de la base avec toutes ses pertes, je ne trouve pas de mal de l'utiliser également pour la production du courant continu nécessaire pour le chargement des accus Li-ion. Evidemment, une alimentation 220V à découpage à un rendement beaucoup plus élevé et surtout des pertes "stand-by" négligeables. C'est pourqoui que j'avais demandé à PDC s'il ne serait pas possible de supprimer complètement le transfo original.

@ Razmoket, dans le schéma:
a) Après le pont de diodes: vraiment pas besoin de condensateur, ou est-ce encore la version simplifiée?
b) J'ai longtemps cherché pour trouver l'entrée du courant alternatif, comme tu as mis un "+" et "-" à la base. "~ et "~" serait plus évident.

LOUISXIV

[chercheur]

Et si vous aviez l'une ou l'autre photo ce serait parfait :-)

[Razmoket]

Photos ce week-end si j'ai le temps de finaliser.

Il y a un condo dans le convertisseur DC DC de 1000uF. Mais en simulant sur LTspice j'ai vu que c'était un peu limite à pleine puissance, donc j'en ai rajouté un de 4700uF pour les tests. Voici le schéma updaté.

[url=http://www.hostingpics.net/viewer.php?id=374085automliion.png][img]http://img4.hostingpics.net/thumbs/mini_374085automliion.png[/img][/url]

Les symboles des générateurs de tension sont codifiés dans LTspice. La 1ere fois c'est déroutant de trouver un + et un - sur un générateur alternatif, mais on s'y fait. J'ai changé le symbole pour le rendre plus explicite.
Pour ce qui est de la comparaison entre le transfo et l'alim à découpage, il ne faut pas trop vite dénigrer des technos qui ont fait leurs preuves durant 150 ans. Le rendement d'un transfo est de plus de 90%, soit équivalent à une alim découpage (qui intègre, elle aussi, un transfo). Pour débiter les quelques mA consommés par la base, c'est même probablement meilleur qu'une alim découpage. Et ça résiste bien mieux à l'humidité, aux pointes de tension, aux condos qui chauffent et meurent après quelques années. Mais ça coûte plus cher, pour de gros ampérages.
Ce qui est mal fichu, et PDC l'a bien démontré, c'est le cable d'alim résistif: une idée idiote, qui a du flinguer bien des moutons, et qui chauffe le jardin à vos frais. Il y avait plein de façons plus élégantes de règler ce problème, mais sans doute que ça coûtait quelques cents en plus a corriger, et ça permet de vendre du très mauvais câble à un prix exorbitant.

[poildecarotte]

[quote le 04/11/2016 à 14:04:55, LOUISXIV a dit :] Alors PDC, pourquoi encore un shunt dans la base, peux-tu nous expliquer?

LOUISXIV
[/quote]
Lorsqu'on met le robot dans la base pour changer le code pin, ce code pin va transiter du mouton vers la base au travers du cable d'alimentation passant par le nez du robot. La base doit réceptionner le code pin que le robot va transmettre. Pour ce faire, la base a besoin d'une petite résistance en série dans le cable. Le robot transmet son code pin en faisant des appels de courant brefs dans le cable. La base détecte ces variations au travers de la résistance de shunt.

[poildecarotte]

[quote le 04/11/2016 à 15:47:58, Razmoket a dit :]
Pour ce qui est de la comparaison entre le transfo et l'alim à découpage, il ne faut pas trop vite dénigrer des technos qui ont fait leurs preuves durant 150 ans.
Le rendement d'un transfo est de plus de 90%, soit équivalent à une alim découpage (qui intègre, elle aussi, un transfo).
Pour débiter les quelques mA consommés par la base, c'est même probablement meilleur qu'une alim découpage. Et ça résiste bien mieux à l'humidité, aux pointes de tension, aux condos qui chauffent et meurent après quelques années.
Mais ça coûte plus cher, pour de gros ampérages.
Ce qui est mal fichu, et PDC l'a bien démontré, c'est le cable d'alim résistif: une idée idiote, qui a du flinguer bien des moutons, et qui chauffe le jardin à vos frais. Il y avait plein de façons plus élégantes de règler ce problème, mais sans doute que ça coûtait quelques cents en plus a corriger, et ça permet de vendre du très mauvais câble à un prix exorbitant.[/quote]

Alors oui on peut utiliser le transfo pour qq mA consommés par la base, et même à travers le long cable HSVN, pas de problème, c'est ce que je fais également.
(on verra d'ailleurs plus tard qu'on peut encore faire mieux de ce côté, mais chaque chose en son temps).

Ce dont il est question, c'est de la charge de la batterie donc à "haute intensité", disons >2A.
Mais au lieu de théoriser longuement sur le sujet, j'ai fait quelques mesures ce matin, ça fixera les idées.

Je me suis placé à une charge de 2A, aux alentours de 20V.
Voici les résultats:

- transfo hsvn avec pont de diodes schotky puis convertisseur DC DC puis long cable HSVN
61.6W consommés au secteur, pour 42W injectés dans la batterie : rendement => 0.7

- idem sans long cable HSVN:
56W consommés au secteur, pour 42W injectés dans la batterie : rendement => 0.75


Ensuite avec des alimentations de pc portable, j'ai pris deux alim différentes et deux convertisseurs DC DC différents:

- ensemble1: 51W consommés au secteur, pour 42.5W injectés dans la batterie : rendement => 0.83
- ensemble2: 52,4W consommés au secteur, pour 44W injectés dans la batterie : rendement => 0.84


La différence est donc notable, pour faire simple avec le transfo on perd 5W et on perd 5W supplémentaires avec le long cable...
Donc déjà à 2A, ça me semble innaceptable de cramer ainsi 5 à 10% de ce qu'on injecte dans la batterie en pure perte.

[Razmoket]

Une mesure vaut mieux qu'un long discours...CQFD
De mon côté, les tests montrent une instabilité du convertisseur DC DC, due au déport du radiateur, et l'allongement du cablage au régulateur intégré. Il faut que je revoie ma copie, avec un layout différent pour minimiser la longueur de câble du régulateur. Il faudra un nouveau boîtier, peut-être un autre convertisseur...les joies de la bidouille. Et il faudra aussi de la patience pour reçevoir tout ça.
N'attendez donc pas des photos très rapidement. Heureusement que la saison de tonte est finie.

A+

[poildecarotte]

alors oui, c'est un point crucial: le convertisseur DC DC....j'en ai testé pas mal, des UP (Vout > Vin) des DOWNs (Vin > Vout), un UP suivi d'un DOWN...
au final j'en ai conclu qu'un refroidissement par air (ventilo sur le chip) était pratiquement indispensable car le chip de l'alim à découpage a une protection en température.
Donc s'il chauffe de trop, il va diminuer sa puissance de sortie.
C'est en partie ces difficultés qui m'ont fait opter pour la solution du convertisseur déporté hors du robot.

Mais....une fois le tout réalisé, je suis tombé sur un convertisseur faisant les deux fonctions (UP et DOWN simultanément) et de plus avec un très bon rendement donc faible échauffement.
C'est le top pour ma config particulière à partir de tension 12V d'entrée du capteur solaire.
Je vous conseille Razmoket de partir sur celui ci: il est à base de chip "LTC3780"(à chercher) et tient en principe des courants de 10A, donc si vous restez à 4A...ça devrait suffire avec de bons radiateurs.
Il a une tension d'entrée plus faible, mais je vous conseille de règler ce problème en prenant un transformateur de tension légèrement moindre : 20V par là.
Ca vous évitera de cramer des calories via la zener en période hors charge. De plus, voyez pour un transformateur de type toroïdal: ils ont généralement des rendements meilleurs et une consommation à vide moindre.

C'est mes conseils "à la louche" et au flair, je n'ai pas de retour d'expérience en situation réelle et sous soleil de plomb.
Il faudra voir également si la légère diminution de tension du transfo d'alimentation ne va pas non plus diminuer la puissance des signaux générés par la base (pied, cable périphérique, guide).
Bonne chance pour la suite.

[LOUISXIV]

Quelle mauvaise surprise! Et ça pour quelqu'un qui me semble avoir un grand savoir dans la matière et sait donc bien ce qu'il construit. Le "régulateur intégré" que tu mentionnes, il fait partie du convertisseur DC-DC? Tu l'as donc desoudé et éloigné de la carte DC-DC? Et déplacé un radiateur vers l'extérieur?

Alors bon courage et patience, Razmoket! Garde la joie pour cette bidouille fascinante!

LOUISXIV

[poildecarotte]

concernant le balancing des cellules: il est clair qu'il faut d'abord charger l'accu à une très faible intensité (200mA) par exemple.
Ceci pour permettre au circuit de charge d'égaliser les cellules. Si on le charge à une intensité élevée dès le départ (5A), alors le circuit de charge
n'arrivera pas à égaliser les tensions, il ne peut pas dissiper autant de chaleur.
Ensuite seulement on fera des charges rapides qui en principe devraient maintenir le balancement.
S'il continue d'y avoir une dérive en tension, alors il faut premièrement augmenter la capacité de l'accu en rajoutant des cellules,
puis si ça suffit pas, rééquilibrer l'accu en mesurant précisément les capacités individuelles des éléments et égaliser les 5.
Puis en dernier recours il faudra se résoudre à diminuer le courant de charge.

Je persiste à croire que si on "gonfle" bien l'accu (disons 5 cellules en parrallèle), il reste toujours équilibré et ceci sans même utiliser de circuit de balancing.

[Razmoket]

Bonjour
Merci pour les messages d'encouragements. J'ai revu ma copie, mais les composants arrivent lentement d'extrême orient. On en reparlera d'ici quelques semaines.

Concernant le balancement des cellules, et la remarque de PDC sur la charge à faible intensité, eh bien je n'ai pas constaté cela. Mais de mon côté, j'ai acheté des accus neufs, de marque réputée (Panasonic), tous du même modèle. La charge s'est faite initialement à 4A et j'ai suivi sa progression en mesurant la tension des différents éléments, elle était très proche, avant, pendant et après la charge. Le balancement se fait en fin de charge, et on le discerne très bien en observant les variations du courant. Vu la faible différence, le courant de décharge induit par le balancement n'est pas très important, il est de toute façon régulé par l'électronique du BMS. Par contre, avec des accus de provenances diverses, ayant déjà vécu, ce serait une autre histoire. Vu le faible prix d'accus neufs de marque (4€ pour un Panasonic 3400mAh acheté en Hollande, livré en quelques jours) j'ai préféré ne pas prendre de risques.
Cela dit, je pense aussi que la mise en parallèle de nombreux accus est un facteur d'équilibre, et dans ce cas, le balancement n'est pas très utile....voire contre productif, car le balancement a aussi ses inconvénients: une durée de charge plus longue, et une capacité globale diminuée lorsqu'un élément est plus faible que les autres.

[poildecarotte]

merci du retour, c'est toujours intéressant de croiser les points de vue.

Oui si les accus sont déjà parfaitement au même niveau AVANT le branchement au circuit de charge, alors il n'est pas nécessaire de charger doucement.
Mais si on veut que des accus de charge différente soient amenés au même niveau de charge grâce à la fonction de balancement du BMS, alors il faudra charger à faible courant au moins une fois.