Batterie de bicyclette… électrique! Partie 2

Toute batterie au lithium doit avoir un circuit de protection contre le dépassement de l’enveloppe d’utilisation des cellules qui la constitue.
Quand on parle d’enveloppe, de quoi parle-t’on, au juste?
On parle des voltages minimum et maximum qui ne doivent pas être dépassés.
On parle aussi des températures d’utilisation et des limites de courant tant lors
de la charge que lors de la décharge.
Pour avoir une bonne idée des spécifications requises pour les cellules, regardons la feuille de spécifications du fabricant (Panasonic, dans ce cas-ci).
Spécification d’une NCR18650 de Panasonic
Les points importants sont:
Voltage maximal: 4.20V,
Voltage minimal: 2.75V
Charge à CC/CV à 0,7C
Bon! un peu de jargon ici. Traduction: CC: Charge à Courant Constant, /CV: puis Voltage Constant.
Ceci signifie que le courant qu’on doit fournir aux piles est de 0,7 x C, C étant la Capacité en mAh, le courant est donc de 0,7 x 2700 mAh = 1890 mA comme courant maximal lors de la recharge. Quand la pile atteint 4.20V, on doit FIXER à cette tension le voltage présenté à la pile et le courant qui y entre diminue donc progressivement jusqu’au courant de coupure qui est de 55mA. Quand ce qui entre dans la pile atteint en diminuant 55mA la recharge doit se terminer.
Le graphique “Charge Characteristics” montre l’évolution du Voltage de la pile (en bleu) et du courant (en vert). La courbe en rouge est la quantité d’énergie totale qui est emmagasinée dans la pile. J’aimerais vous pointer plus précisément que la différence de quantité d’énergie qui entre dans la pile une fois qu’elle a atteint 4.20V est faible. Personnellement, je préfère terminer la recharge dès que la pile atteint son 4.2V par cellule.
Quel est donc le circuit de protection qu’on utilise? c’est un BMS qui est l’acronyme de Battery Management System. Pour ma batterie de bicyclette électrique, j’ai acheté un BMS de base pour 10 piles Li-Ion en série, ce qui le qualifie de 36V.

Voici les spécification de ce circuit de BMS de base:
Over charge voltage test: VCU 4.25V ±0.05V (4.20-4.35V // each 0.05V per step)
Over charge voltage resume: VCD 4.10-4.00V
Over discharge voltage test: VDD2.50V ±0.1V (2.5-3.0V // each 0.05V per step)
Over discharge voltage resume: VDU 2.80V ±0.V1
Operating current: ?300UA
Short circuit protection: 40A±3A
Short circuit protection duration: 500MS
Temperature protection: 55 / 65 / 75 degree
Typical output current: 30A
Max. output current: 45A
Balance voltage for single cell:4.19V ±0.02V
Balance current for single cell?? 55MA
Charging current??10A
Comme vous pouvez le voir, il permet de Balancer les groupes de cellules. (Balance voltage 4.19V) Ce qui veut dire qu’il va connecter une résistance de décharge lente aux cellules dont le voltage dépasse 4.19V pour les ramener à cette tension. Ceci va donc balancer les tensions des groupes de batteries progressivement, jusqu’à ce qu’elles soient toutes à tension égale.
Le schéma de cablage montre que l’on doit relier chaque groupe au circuit pour ce faire:

Pourquoi faire un balancement de charge?
parce que la capacité de chaque groupe de 15 cellules n’est pas parfaitement identique. En rechargeant, cela veut dire qu’un groupe va atteindre son 4.20V avant les autres. Si on continue la recharge alors, on peut dépasser la tension max de cellules et ainsi la détruire ou l’endommager. Le rôle du BMS est donc de couper la recharge quand la cellule a atteint sa tension de 4.20V.
Dans le cas de la Chevrolet Volt, l’algorithme est encore beaucoup plus conservateur: on arrête la recharge à 80% de la charge complète et on cesse la décharge à 20%! Ceci fait des cycles partiels, ce qui élimine presque complètement la dégradation des batteries pour cause de cycles. Sur la Tesla, le fabricant suggère de charger à 80% les batteries, quand il n’y a pas de besoin de distance exceptionnelle à couvrir, toujours pour maximiser la dégradation des batteries.
Dans mon cas, je recharge mon bloc de batteries avec un petit chargeur 44V 1.7A
Donc il y a 1.7A qui passe dans mes groupes de piles. Sachant que j’ai 15 piles par groupe ce qui divise le courant également entre les cellules, cela me donne 0,11A ou 110mA par cellule. Mes cellules Li-Ion sont des 2200mAh, (donc C = 2200mAh) et mon taux de courant de recharge est donc de 110mA/2200mAh = 0,05C
Bref, ma recharge est très très lente. Rien pour stresser mes piles.
Je vous montre le montage complet … au prochain article! 🙂