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

[chercheur]

- abri : non non et non je ne ferai pas d'abri :-).
- comment osez-vous croire que j'aie pu toucher au cable basse tension de 20m ? Moi qui tiens tant à mes MOSFETs ? ;-). Non j'ai du 220v à la base. Mais maintenir ce genre de circuits sous la pluie, la grèle, le soleil....me pose de sérieux soucis.

[poildecarotte]

- alors il faudrait au moins "tuner" le robot pour rendre sa carapace réfléchissante, mais c'est sûr que s'il est en plein soleil et s'il doit se faire charger à courant intense....c'est pas bon (LiIon ou Nimh, même combat)
- ben si le 220V est déjà présent à la base alors il faut investir côté étanchéité...boitier plastique étanche, noyer les connections dans le silicone...c'est encore un argument pour se protéger des UVs du soleil qui eux aussi s'attaquent aux matériaux isolants.

[chercheur]

Je partais du principe que mes batteries Nimh n'ayant jamais eu de problème, les Li-Ion n'en auraient pas non plus (t° supportée plus élevée).
Et, oui en effet...l'étanchéité est un autre projet :-)

[poildecarotte]

tant que le courant de charge est identique en effet, la situation devrait même s'améliorer puisque la carte mère ne chauffera plus et le circuit de charge reste tempéré.
Néanmoins je ne peux qu'inciter à la prudence dans la montée en courant de charge au moment où le soleil tapera sur le robot: le mieux est de coller la sonde de température du robot sur le pack batterie puis de la surveiller (via écran ou mieux système embarqué envoyant la température du robot sur site web , fonera, mysql; voire alarme via TweakAM)

[poildecarotte]

j'oubliais que pour ceux qui ont un lien wifi (fonera ou autre) il y a une solution non intrusive sur le robot pour la solution "Tesla": en effet le robot mesure assez précisément la tension de la batterie, c'est donc une mesure locale proche de la batterie que l'on peut exploiter.
Il suffit donc simplement de surveiller cette tension à distance (à l'intérieur de la maison), puis dès qu'une tension limite est atteinte, on fait basculer l'alimentation continue régulée dans un mode secondaire qui réduit soit la tension d'alimentation soit le courant de charge de manière à ne maintenir qu'un courant d'entretient. Un simple relai pilotant la résistance de régulation de tension ou de courant de l'alimentation régulée fera l'affaire.

[LOUISXIV]

[quote le 18/10/2016 à 00:24:50, poildecarotte a dit :]il faut procéder par étape et surveiller continuellement ce qui se passe, puis faire des modifications mineures, parfois revenir en arrière, parfois repartir du début.... c'est ainsi qu'on aboutit à ce qu'on veut rechercher et c'est aussi la seule manière de maitriser un système complexe.
Seuls les "perfectionnistes" ou les passionnés comprennent cette démarche: il est donc normal qu'ils passent pour des "hurluberlus" et qu'ils se fassent "blâmer" par ceux qui ne comprennent plus les machines qui les entourent.
[/quote]

Poildecarotte, c'est ce que tu as fais pour nous amateuers avec beaucoup du zèle avant de communiquer ici l'état de tes recherches. Merci pour ton initiative et le grand travail de triage de composants (que tu as su trouver à un bon prix) déjà fait!

Je vois que la discussion entre toi et Chercheur a encore continué hier pendant la journée, c'est fascinant. Lui aussi, il aimerait la TESLA avec supercharger. Et il a raison, nous sommes habitué des batteries NiMH d'avoir des temps de recharge courtes.

Je voulais communiquer déjà hier matin une idée qui m'était encore venue, mais je trouve seulement maintenant le temps pour le faire: Pourquoi ne pas apporter le prophète au rocher? Je veux dire: pourquoi ne pas placer "l'alimentation", ou plus précisément le convertisseur DC-DC limitant le courant et la tension directement devant le nez du robot? Ainsi, la majeure partie du RxI, celui provenant du câble, est supprimé. Peut-être on pourrait même encore aller plus loin et placer le convertisseur dans le boîtier du chassis lui-même, s'il y en a assez de place. Ainsi on supprimerait également la chute de tension provenant du nez de contact. Clairement, ça ammène un autre problème "électronique à l'humidité", mais quand je vois comment HQV prend ce problème, je l'oserais (Je viens de devoir changer le clavier à ma jeune 230 après seulement 18 mois d'opération!)

[quote le 18/10/2016 à 13:37:36, Chercheur a dit:]- tension : mon jeu de 6 cellules à 0.23v refuse de se recharger. Mes autres jeux, eux, ne posent aucun soucis mais...les temps de charge et les tensions max varient. Pas trop grave.
- température : ici j'ai un peu plus de craintes. Ma base est en plein soleil depuis 5 saisons. Je ne sais absolument pas si la t° dépasse les 65° de limitation du futur BMS...ou pas. En fait même en tonte il pourrait s'arrêter net... et le BMS ne lui permettrait de rentrer au bercail qu'une fois la t° redescendue à 43°.
[/quote]

- Comme j'ai compris, une batterie Li-Ion avec moins de 2.5 V doit mourira bien vite, je ne penserais jamais à révitaliser une avec 0,23 V.

- Comme toi je pense que les batteries Li-Ions sont bien plus succeptibles aux hautes températures: La chimie organique permet un grand nombre de "side reactions". PDC nous a recommandé un video où Jeff Dahn explique les mechanismes de cette détérioration:
[url https://www.youtube.com/watch?v=pxP0Cu00sZs]
Et puis: J'ai lu que HQV recharge également à seulement 80 % de capacité sur les nouvelles modèles avec batterie Li. Mais quand-même nous trouvons dans les forums des demandes pour remplacer ces batteries.

LOUISXIV

[poildecarotte]

merci bien pour cette discussion, je pense qu'il existe une solution très simple:
- pour avoir un courant de charge maximal
- pour stopper brutalement et définitivement la charge dès que la tension atteint une valeur que l'on peut programmer soit même
- SANS utiliser le moindre circuit de charge! C'est un peu "culoté", mais à condition d'utiliser un nombre important de cellules en parralèle (4, 5 ...6 ou plus) je pense qu'on pourrait s'en passer. Il faudra toutefois protéger la carte mère avec un fusible 10A.
C'est exactement la même solution que notre ami fan de bus électrique.

La solution consiste à utiliser un seul USB doctor dans le robot qui coupe la charge dès que la tension aux bornes de la batterie atteint une valeur programmable dans le USB doctor à 0,1V près.
Ensuite la difficulté consiste à trouver un système qui ne va pas continuellement osciller car si on coupe la charge à 4,1V, la tension baisse instantanément à environ 4V
(c'est pour cette raison que les circuits de charge poussent la charge à 4,3V pour que la tension tombe à 4,2V lorsque la charge est coupée) puis ensuite on rechargera, puis on coupera ..etc.
J'ai fait quelques essais, d'où mon retard de réponse, je vais réactualiser le tuto avec un schéma car par texte sur le forum ce sera compliqué.
Il y aura également un système de "tension d'entretient" pour alimenter le robot sans décharger la batterie.
Ce sera la solution idéale pour sa longévité car:
- on stoppera la charge avant d'arriver en zone critique 4,2V
- on n'utilisera plus du tout la batterie lorsque le robot sera dans la base: il n'y aura donc pas de charge d'entretient, c'est inutile car elle ne débitera plus de courant dans le robot.
C'est aussi ce phénomène de charge/décharge permanente en mode entretient qui "grillait" les batteries NimH de nos robots.

C'est toutefois une solution à mettre en oeuvre avec précaution car il n'y a pas de surveillance de la température...mais pour quelques euros on peut mettre un interrupteur klixon à 55 degrés qui fera très bien l'affaire.
On verra ça la saison prochaine, ça me tente bien de faire un essai.

Pour revenir aux questions de LOUISXIV:
- oui on peut mettre l'alimentation courant continu tout près de la base et dans ce cas pas de problème de résistance de cable, mais il faut amener le 220V à la base et résoudre les problèmes d'étanchéité avec soin
- on peut mettre le convertisseur DC DC dans le robot aussi, mais comme il chauffe un peu on amène des calories dans le robot, ce que je préfère éviter avec la batterie LiIon
- j'ai déjà ressuscité des éléments LiIons qui étaient arrivés à 0V: leur capacité est grandement diminuée (500mAh par exemple au lieu de 2000mAH), ils ne conviendront plus pour le robot, mais s'ils ne s'autodéchargent pas trop (à vérifier en les chargeant puis en les laissant tout seuls puis en mesurant leur tension), alors on peut très bien les utiliser pour un usage du genre alimentation de sonde sans fil de température, alimentation d'une télécommande, d'une montre, d'un multimètre voire même d'une lampe de poche....c'est largement suffisant. Tous mes appareils à la maison ont été basculés sur des éléments LiIons, rares sont encore les piles classiques et les piles boutons 3V au mercure ont été bannies
- les batteries HQVN sont assez petites en capacité, du coup elles sont sollicités assez intensément lorsque le robot est en tonte difficile ou qu'il monte une pente, donc par élément LiIon il y a parfois un courant assez intense...C'est ce qui les tue aussi.
Avec des éléments LiIons bons marchés, on évite ce piège en doublant triplant quadruplant les éléments. C'est le même principe pour tous les appareils (vélo, outils, pc portables, voitures...): une fois qu'on a compris celà on se libère de l'abonnement perpétuel au renouvellement des batteries dans lequel tous les fabricants (pas seulement de robots) veulent nous emprisonner. Certains fabricants poussent le vice jusqu'à mettre de l'intelligence de plus en plus complexe dans les accus et dans l'appareil hote de telle sorte que l'appareil hote n'acceptera plus aucune autre batterie que celle qui communiquera avec lui via son protocole propriétaire, et inversément la batterie va également refuser de fonctionner si elle détecte qu'on lui change ses éléments LiIons, ou alors il faudra la réinitialiser via un logiciel spécialisé...bref obsolescence programmée directement de manière logicielle.

[Razmoket]

Bonjour

Pour répondre à Louis14, je suis en train de tester un système avec le convertisseur DC DC embarqué. Car j'ai 2 AC230, et je veux conserver la possibilité de les interchanger.
Lest tests confirment ce que dit poildecarotte: la chaleur dégagée par le convertisseur est trop importante pour l'installer à l'intérieur du robot, dans le chassis étanche. Par contre, avec un boîtier supplémentaire fixé à l'extérieur du chassis et sous la coque, ça fonctionne. J'utilise 2*5 éléments de 3400 mAH (Panasonic).

[Bucheron]

Un petit mot rapide pour signaler l'intérêt porté à ce post.
La discussion et l'évolution du projet me semble abordable dans sa partie théorique. Je suis partisan de "gros" accus type Pana 3400 mAh, chargés pas trop vite et pas complètement. D'un autre côté, dés lors qu'il devient par la suite si facile de remplacer les accus... s'ils doivent s'user un peu plus vite... 10 accus Pana en 3400 mAh reviennent aujourd'hui à env. 40 €... (et on peut trouver d'autres accus moins onéreux).
Faire le gros de la charge avec un courant fort et le baisser en fin de charge n'est pas bête puisque l'on sait que ce sont les derniers % qui sont dures à atteindre et qui font "souffrir" les accus.

Par contre, pour la réalisation (assemblage des quelques composants et de la connectique), je pense que c'est là que les moins bricoleurs (dont je suis) vont être moins (ou pas) à l'aise.

Super boulot. C'est comme ça que devraient être pensés tous les appareils à accus : que l'utilisateur final puissent les remplacer lui-même sans devoir racheter un pack à prix fort.
C'est d'autant plus mesquin qu'en l'occurence nous ne sommes pas sur des appareils vendus à tout petit prix (je pense au commerce des imprimantes. Vendues à petit prix avec consommables hors de prix).

[chercheur]

Excellent.
Voulez-vous dire que vous avez installé le convertisseur DC/DC entre la coque et le chassis étanche dans un petit boitier supplémentaire, étanche lui aussi (photo?) ?
Pensez-vous qu'il soit possible d'installer une batterie composée de 20 cellules en 2 rangées continues de 10 collées ensemble ? (dans les boitiers prévus pour bien sûr) ? Ma 230 tond toujours....

Nous sommes voisins je sens qu'une petite visite s'impose :-)

[LOUISXIV]

[quote le 21/10/2016 à 13:58:41, Bucheron a dit :]
Faire le gros de la charge avec un courant fort et le baisser en fin de charge n'est pas bête puisque l'on sait que ce sont les derniers % qui sont dures à atteindre et qui font "souffrir" les accus.

[/quote]

Pour moi c'est obligatoire de faire la majeure partie de la charge avec un courant fort pour arriver à des temps de charge courts. Même HQV a compris cela: Ma 230 charge d'abord à ~4 A, puis vers la fin le courant est baissé à ~2 A (pour quelques minutes encore), ça facilite le dosage pour ne pas surcharger. J'assume que le convertisseur DC-DC choisi par PDC a bien une caractéristique de réglage pour réduire le courant quand la tension s'approche au "float voltage".

Le problème qui reste est l'influence d'une résistence importante entre le point du réglage = convertisseur DC-DC et la batterie, car à des courants forts elle produit ce gênant RxI. HQV aussi a mis le point de réglage juste devant la batterie (je parle encore des vielles machines de série 2xx).

@Razmoket: Tu as donc eu la même idée comme moi! Laisse-nous bientôt savoir les résultats de tes tests, je suis curieux!

@Bucheron: Batteries de 3400 mAh: Mais tu as une AM420, alors déjà équipée de lithium. Tu ne dois donc pas changer le système de recharge comme nous avec les 2xx. Tu aimerais donc juste mettre des batteries lithium de capacité élevée? Probablement pas si facile: Je me souviens d'un forum ici, ou le berger voulait remplacer les cellules usées à une 265ACX, mais devait réaliser que HQV avait empêché avec succès cette opération.
[i]au 22/10/2016 j'ajoute le lien à cette citation: [url http://automower-fans.les-forums.com/topic/3663/accus-li-ion-essai-de-reconditionnement], par Titus[/i]

LOUISXIV

[poildecarotte]

"ce gênant RxI" reste un problème, même pour les modules de charge LiIon standards branchés directement sur la batterie.
En fait à la fin de charge, le module va monter jusqu'à 4,35V. 4,35 étant la tension mesurée par le module de charge directement aux bornes de la batterie.
Ensuite lorsque le module arrète de charger la tension retombe à 4,2V immédiatement. Les 0,15V supplémentaires sont absolument nécéssaires pour faire entrer du courant dans la batterie pour aboutir à une tension de 4,2V SANS module de charge branché.
Simplement tout module de charge rapide va avoir une phase vers la fin, où le courant de charge va baisser car le module de charge passe en phase "tension constante". Or la tension de la batterie ne cesse de monter, donc forcément la différence de tension entre batterie et module diminuant, le courant va également baisser.
C'est cette phase terminale que nous voulons éliminer pour deux raisons:
- car nous voulons ménager nos batteries et ne pas les charger de trop (4V, 4,1V de tension de fin de charge et non pas 4,2)
- car dans cette phase le courant de charge est faible et donc le robot perd son temps à se charger lentement.


Je récapitule simplement pour ceux qui reprennent la discussion à ce stade.
Nous avons à présent trois options pour charger notre batterie LiIon:
- 1) un module de charge LiIon standard qui va monter la tension de la batterie au max à 4,2V et qui va perdre son temps à la fin en voulant absolument charger la batterie à fond, diminuant
ainsi sa longévité surtout en période estivale lorsque la batterie montera en température. Néanmoins c'est la solution "sécurisée" de base car le module va surveiller les tensions
et courants extrèmes et va également couper la charge en cas de forte température car nous avons pris soin de prendre un module de charge avec capteur de température
- 2) on peut rajouter à cette solution sécurisée, un "USB doctor" qui va couper subitement la charge lorsqu'une tension programmable par nous sera atteinte. Cette tension est à déterminer
en fonction de chaque montage , chaque courant de charge intense choisi, et surtout de l'endroit où l'on branche le USB doctor. De préférence il sera placé le plus près possible
de la batterie. On peut par exemple fixer cette tension de coupure à 4,1V, sachant que une fois la charge coupée, la tension de la batterie retombera immédiatement à 4V.
Cette solution est encore plus sécurisée que la première, on peut toutefois lui reprocher une certaine complexité.
- 3) pour ceux qui aiment les choses simples et qui ont le gout du risque: la solution USB docteur seul, sans module de charge LiIon.
Il sera sage de lui adjoindre un fusible de 10A pour limiter la casse en cas de courant trop fort demandé par les moteurs, ainsi qu'un klixon à 55 degrés environ pour couper la charge en cas
d'élévation de température. Enfin il est conseillé de "monitorer", surveiller les tensions, courants et température dans cette solution donc de songer à un lien radio de type module fonera ou autre.

PS: on avait également songé à "bidouiller" un module de charge standard en lui déplaçant la tension de fin de charge de 4,35 à 4,1 par exemple, mais cette solution, bien qu'elle préserve la santé de la batterie, a l'inconvénient de la lenteur de charge en fin de cycle, donc c'est pas optimal.

[LOUISXIV]

[quote le 20/10/2016 à 20:26:11, poildecarotte a dit :]
- SANS utiliser le moindre circuit de charge! C'est un peu "culoté", mais à condition d'utiliser un nombre important de cellules en parralèle (4, 5 ...6 ou plus) je pense qu'on pourrait s'en passer. Il faudra toutefois protéger la carte mère avec un fusible 10A.
C'est exactement la même solution que notre ami fan de bus électrique.

La solution consiste à utiliser un seul USB doctor dans le robot qui coupe la charge dès que la tension aux bornes de la batterie atteint une valeur programmable dans le USB doctor à 0,1V près.
Ensuite la difficulté consiste à trouver un système qui ne va pas continuellement osciller car si on coupe la charge à 4,1V, la tension baisse instantanément à environ 4V

[/quote]

"SANS utiliser le moindre circuit de charge!" Alors pas du tout de limitation du courant? Pour ça la protection 10A de la carte-mère? J'ai compris que USB doctor peut seulement surveiller la tension, il se trouverait dans ou juste avant le robot?

Comme j'ai des difficultés à comprendre ce nouveau système je te prie de m'envoyer le manuel révisé aussitôt que tu l'auras incorporé.

LOUISXIV

[poildecarotte]

si bien sûr le courant est limité par notre convertisseur DC/DC. Le manuel révisé a été envoyé hier soir en principe...je retransfère

[Bucheron]

[quote le 21/10/2016 à 19:32:30, LOUISXIV a dit :]...@Bucheron: Batteries de 3400 mAh: Mais tu as une AM420, alors déjà équipée de lithium. Tu ne dois donc pas changer le système de recharge comme nous avec les 2xx. Tu aimerais donc juste mettre des batteries lithium de capacité élevée? Probablement pas si facile: Je me souviens d'un forum ici, ou le berger voulait remplacer les cellules usées à une 265ACX, mais devait réaliser que HQV avait empêché avec succès cette opération.

LOUISXIV
[/quote]

Pour l'heure, mon AM420 est neuve et je ne ne touche à rien. Je suis le projet avec intérêt car tôt ou tard, la question du remplacement de la batterie se posera. Et si à ce moment là il y a une autre possiblité que l'officielle à 135 € les 10 accus (avec leur puce)...

NB : j'ai bien lu le témoignage dont tu parles.

[Razmoket]

[quote le 21/10/2016 à 14:02:10, chercheur a dit :]Excellent.
Voulez-vous dire que vous avez installé le convertisseur DC/DC entre la coque et le chassis étanche dans un petit boitier supplémentaire, étanche lui aussi (photo?) ?
Pensez-vous qu'il soit possible d'installer une batterie composée de 20 cellules en 2 rangées continues de 10 collées ensemble ? (dans les boitiers prévus pour bien sûr) ? Ma 230 tond toujours....

Nous sommes voisins je sens qu'une petite visite s'impose :-)
[/quote]

J'en suis encore aux tests sur table. L'intégration viendra dès la fin de la saison de tonte (bientôt). Pas de souci pour une visite (à convenir via MP, après l'intégration).
C'est effectivement un petit boîtier étanche, avec les radiateurs déportés à l'extérieur. Il y a dedans le redressement AC - DC et le convertisseur DC-DC limité en courant et tension. Pour le pack, j'utilise un 2*5 éléments, car je souhaite conserver le transfo Husqvarna. Un pack plus gros va, soit nécessiter des temps de charge énormes, soit un nouveau transfo. J'utilise un BMS avec balancement des cellules, mais je libère le robot après 1h30 de charge (incomplète): il quittera la base si il est dans la plage horaire de tonte, et sinon, il y restera et finira sa charge (et balancera les éléments).

[poildecarotte]

c'est une alternative intéressante Razmoket!

De plus elle est parfaitement adaptée à votre choix de conserver le transfo HSVN et donc d'opter pour un pack 2*5.
J'y avais songé au début aussi, mais je m'étais dit que si on veut avoir une solution permettant réellement de booster le courant de charge(certains planifient déjà à 6A), on risquerait d'être limité à un moment donné au niveau de la dissipation de chaleur, donc j'ai opté pour le déport complet de tout ce qui chauffe en dehors du robot, ce qui implique ensuite de l'alimenter en courant continu puis de le gruger pour qu'il reste dans la base.

Pour l'évacuation des calories, il y a soit comme vous l'avez choisi la solution du radiateur externe déporté (dont il conviendra de surveiller la propreté par rapport aux projections, le mieux étant pour les minimiser de le mettre à l'arrière du robot, mais attention dans ce cas à la proximité du capteur de signal arrière....généralement les convertisseurs DC DC font des perturbations électromagnétiques dans leur proche environnement), soit alors de mettre en place une ventilation à l'intérieur du robot (jo l'avait fait pour son accu jumbo) avec une ouverture de préférence à l'arrière du robot.

[LOUISXIV]

Bonsoir Razmoket,

Je préfére également cette solution, comme elle évite une deuxième source de courant et un autre câble basse tension.

Ce qu'on craint c'est le risque d'avoir des problèmes avec la tension maximale à l'entrée du convertisseur DC-DC, pour lequel une limite de 36 V DC est spécifiée. Après la rectification des 26 V~ on attend 26*1.41 = 36.7 V, et avec des variations du réseau agrées comme 5%, on est à 38.5 V. On atttend ces maxima à la fin de la charge ou le courant diminue.

Je me demande, s'il n'éxiste pas une opération simple pour réduire les 26V~ avant la rectification. J'ai pensé de se servir de la phase abordée (découpage de phase). Jamais avant un trafo, mais après ça pourrait aller?

Mais peut-être tes tests sur table montreront que des élements supplémentaires ne sont pas nécessaires. As-tu fait des mesures de la tension rectifiée, et comment l'a toléré le convertisseur?

LOUISXIV

[Razmoket]

Hello

@ LOUIS16 : Ta remarque est tout a fait pertinente. C'est pour cette raison que je n'utilise pas le même convertisseur, le mien a une limite légèrement plus haute (45 V). J'ai toutefois prévu une limitation à 39V, avec un simple montage transistor - zener, pour éviter des pointes de tension à vide, lorsque la charge est terminée et que le robot dort dans sa station. Ce transistor ne dissipera presque rien, car en charge, la tension redescend bien en dessous des 39V, et hors charge, le courant consommé est très faible.
Je n'ai pas encore fait de tests avec les transfos HSVN, mais d'ici 2 semaines, les tondeuses vont rentrer je ne manquerai pas de vous tenir au courant des résultats.

[LOUISXIV]

Très bien, Razmoket!

Tu as donc trouvé un modèle de convertisseur DC-DC avec - je dirais - une bien plus haute limite de tension d'entrée (45 V), super. En principe ça devrait déjà fonctionner tel quel sans précaution supplémentaire. Mais bien, tu vas donc limitér la tension à 39 V avec un transistor zener. Ou est-ce une diode zener? Jamais entendu d'un transistor zener, mais je ne sais pas tout. J'ai appris seulement dans ce forum que l'entrée de 2xx contient une diode zener pour protéger contre des surtensions.

Comme tu vas placer le convertisseur sous la coque du robot, tu as aussi achevé la mesure pratiquement correcte de la tension batterie, donc la charge à des hauts courants sera possible. Tout est très promettant avec un minimum de composants!

Autre question: Est-ce que tu as déjà essayé de changer les paramètres (V_min, t_max) avec le logiciel de PDC? Est-ce que ça fonctionne (adresses aussi valables pour la 230), quel version de software? Moi j'ai v 2.80.

LOUIS XIV