Circuit pour charger et équilibrer 2 li-ion 18500 montées en série

[yannichou]

Bonjour à tous !
J'ai besoin d'un coup de main, j'ai peu de connaissance en élctronique malheureusement...
J'ai une radiocommande que j'utilise dans la pratique du fpv (vol de drone en immersion).
Elle est alimentée par deux accus li-ion 18500 branché en série pour un total de 8,4v.
La radio possède une prise micro usb et j'ai commencé à la modifier pour charger les deux accus par cette prise usb en soudant deux fils derrière la prise micro usb qui repartent sur deux chargeurs 5v tp5046.
Le problème de ce que j'ai compris c'est que les bornes des chargeurs ne sont pas isolées entre l'entrée et la sortie, du coup celà crée un court-circuit.

Quels sont les composants à rajouter dans mon circuit pour éviter le problème de court circuit ?
circuit x-lite2.jpg

Merci d'avance !
-----

[Antoane]

Bonjour,

> Le problème de ce que j'ai compris c'est que les bornes des chargeurs ne sont pas isolées entre l'entrée et la sortie, du coup celà crée un court-circuit.
Effectivement, il est fort probable que les broches "B-" et "-" de ton schéma sont reliées en interne, ce qui fait que la cellule du bas est court-circuitée par les deux modules de charge.

Plusieurs solutions :
- utiliser un chargeur spécifiquement prévu pour charger un assemblage série de cdeux cellules ("chargeur 2S") ;
- charger les cellules séparément et ne les connecter en série qu'une fois la charge terminée. Cela revient à mettre un interrupteur entre les accus (plus éventuellement au niveau du circuit de décharge, suivant sa conception).

Pense que les accus au lithium sont des éléments fragiles. Tu peux lire : https://forums.futura-sciences.com/e...-securite.html
En particulier, il est indispensable d'associer à chaque accus un PCM, ou au pack complet un PCM/BMS.

[yannichou]

Merci pour toutes ces informations, au final je vais me tourner vers cela :
https://www.amazon.fr/DF-DFR0564-Mod...dp/B07H2MLG26/
https://www.ebay.fr/itm/2S-8A-7-4V-8...d/283008320146

Les deux associés devrait résoudre mon problème

[Antoane]

Bonjour,

Difficile de juger avec le peu d'info techniques fournies par les revendeurs

[A voir en vidéo sur Futura]

[yannichou]

Si déjà ça fume pas... Ce sera un grand pas en avant !

[antek]

Si déjà ça fume pas... Ce sera un grand pas en avant !

Si on envisage l'idée que des Lithium puissent fumer, il faut s'équiper et faire les essais en extérieur.

[invite03481543]

Bonjour,

il faut toujours envisager qu'une batterie lithium puisse "fumer", c'est une précaution de base, surtout quand on "bricole" ou que l'on utilise un accu lithium qui ne possède pas son circuit de protection intégré comme l'exige ce type de technologie.
Le fait d'être à l'extérieur ne présume en rien qu'il ne puisse pas y avoir d'accident (projections de matière notamment si vous êtes à proximité de l'accu).
La meilleure des protections, comme bien souvent, est d'avoir un minimum de connaissance sur les risques pour ne pas accéder à ce genre de situation.

Si l'accu est fait maison, vous devez lui associer un circuit de protection (PCM) avec idéalement un réseau d'équilibrage pour que la recharge soit optimale.
Si c'est un accu que vous avez acheté, assurez vous qu'il y ait un tel circuit intégré au pack 2S (demandez au revendeur).
Recharger directement sur chaque cellule selon votre plan indique que vous strappez le PCM éventuel, donc vous strappez les sécurités...

[Yvan_Delaserge]

Merci pour toutes ces informations, au final je vais me tourner vers cela :
https://www.amazon.fr/DF-DFR0564-Mod...dp/B07H2MLG26/
https://www.ebay.fr/itm/2S-8A-7-4V-8...d/283008320146

Les deux associés devrait résoudre mon problème

Donc en fait, il faut utiliser le BMS comme ceci:



Mais les spécifications ne me semblent pas claires:

Specification:

1.Model: HX-2S-JH10
2.Size: 40*17*3.5mm
3.Upper workinging current: 8A
4.Upper instantaneous current: 10A
5.Quiescent current:<10uA
6.Intemal resistance:<300300mΩ
7.Charge voltage: 8.4V-9V
8.Overcharge voltage range: 4.25-4.35v10.05v
9.Over discharge voltage range: 2.5-3.0v+0.05v
10.Working temperature:-40---+50℃
11.Storage condition:-40-- +800℃
12.Effective life:>50000 hours
13.Short-circuit protection: Yes,Charge recovery required
14.Equalizing current: 58mA

Wiring connection:
B+:connect to battery positive
B-:connect to battery negative
MB:connect to the connection point between the battery 1 and the battery 2
P+:Connect to charge/discharge positive (Input/Output+)
P-:Connect to charge/discharge negative (Input/Output-)
Note: The battery voltage， capacity and internal resistance should be matched well when combined with batteries.
The battery voltage is about 3.7V for the rated voltage.After the battery is set, there is no output, and can be charged with 8.4V.

Je comprends que le BMS permet d'utiliser P+ et P- à la fois pour utiliser ou pour recharger simultanément les deux accus.
Mais quelle tension leur appliquer pour les recharger? Pendant combien de temps?

Et après utilisation des accus, comment sait-on qu'il est temps de recharger? Est-ce que le BMS coupe tout abruptement lorsque l'un des deux éléments voit sa tension baisser au-dessous d'une certaine valeur? Et si oui, laquelle?

[Yvan_Delaserge]

Et le module de chez Amazon,



si j'ai bien compris, il convertit le 5V fourni par une prise USB en 7,4 V ce qui peut alimenter un circuit prévu pour fonctionner avec une batterie LiPo, en lieu et place de cette dernière, mais est-ce que 7,4 V vont suffire à recharger les 2 batteries lithium-ion?

[Kissagogo27]

bah non , pas pendant la phase CV ^^

[invite03481543]

Mais les spécifications ne me semblent pas claires:

Je comprends que le BMS permet d'utiliser P+ et P- à la fois pour utiliser ou pour recharger simultanément les deux accus.
Mais quelle tension leur appliquer pour les recharger? Pendant combien de temps?

Et après utilisation des accus, comment sait-on qu'il est temps de recharger? Est-ce que le BMS coupe tout abruptement lorsque l'un des deux éléments voit sa tension baisser au-dessous d'une certaine valeur? Et si oui, laquelle?

Bonjour,

n'utilisez pas ce genre de gadget, ce sont des PCM de toutes façons et pas des BMS.
Dès le moment que vous ne voyez pas de CTN pour prendre en compte les protections thermiques indispensables, passez votre chemin et évitez ainsi d'engraisser des parasites.
Vos accus doivent avoir une référence, une fois celle-ci connue, lisez la datasheet et respecter la tension max de charge, par défaut 4.2Vmax/élément => 2 éléments en série = 8.4V.
Le temps sera celui nécessaire pour atteindre ces 4.2V/élément (le PCM interdira la charge au delà).

Pour un PCM il coupera autoritairement à une valeur programmée entre 2.5V et 3V (selon la daube que vous montrez, c'est l'indice final sur le circuit intégré dont dépend cette valeur).
Une raison supplémentaire de ne pas utiliser ces circuits simplistes (uniquement bon pour des applis very low cost et de toute façon hors homologations).

[invite03481543]

Et le module de chez Amazon,

Pièce jointe 375142

si j'ai bien compris, il convertit le 5V fourni par une prise USB en 7,4 V ce qui peut alimenter un circuit prévu pour fonctionner avec une batterie LiPo, en lieu et place de cette dernière, mais est-ce que 7,4 V vont suffire à recharger les 2 batteries lithium-ion?

Il faut pour charger une LiPo (ou une Li-Ion) un module de charge en CC-CV, avec un CV à 8.4V.
Ce qu'indique ici le 7.4V c'est que votre batterie doit avoir une tension nominale de 2x3.7V (soit une 2S li-ion ou Lipo).
Le circuit de charge fera son job (à priori) pour réaliser ces 2 phases de charge.

[Yvan_Delaserge]

Merci Hulk pur ces précisions.

Bonjour,

n'utilisez pas ce genre de gadget, ce sont des PCM de toutes façons et pas des BMS.

PCM=protection circuit module
BMS= battery management system

C'est expliqué ici.

Leur conclusion est la suivante:
Alors, PCM ou BMS ? Tout dépend du type d’appareil et du niveau de sécurité nécessaire. Un produit low-cost dont l’autonomie et la durée de vie de la batterie sont peu importants, pourra se contenter d’un PCM. Tandis que pour une gestion optimisée de l’énergie, pour une sécurité accrue, ou encore pour disposer de fonctions de monitoring, optez pour un BMS, surtout si vos produits peuvent aller entre les mains du public !

Dès le moment que vous ne voyez pas de CTN pour prendre en compte les protections thermiques indispensables, passez votre chemin et évitez ainsi d'engraisser des parasites.
Vos accus doivent avoir une référence, une fois celle-ci connue, lisez la datasheet et respecter la tension max de charge, par défaut 4.2Vmax/élément => 2 éléments en série = 8.4V.
Le temps sera celui nécessaire pour atteindre ces 4.2V/élément (le PCM interdira la charge au delà).

Donc pour faire simple et low cost, on pourrait utiliser un PCM et un chargeur de disons 9 V, pour éviter que ça chauffe trop? Ou plus de 9V?
Si le PCM constate que le courant de charge est excessif, que fait-il? Il coupe par intermittence pour que le pack refroidisse un peu?

Et si tout se passe bien lors de la charge, dès que le premier des éléments atteindra 4,2 V, le PCM coupera le courant et tant pis si les autres éléments ne sont pas complètement rechargés?

Ensuite, lors de l'utilisation de l'accu,

Pour un PCM il coupera autoritairement à une valeur programmée entre 2.5V et 3V (selon la daube que vous montrez, c'est l'indice final sur le circuit intégré dont dépend cette valeur).[/B]

Donc si je comprends bien, lors de l'utilisation, le PCM coupera le courant dès que le premier élément atteindra la valeur programmée entre 2,5 et 3 V et tant pis si les autres éléments contiennent de l'énergie utilisable.

Une raison supplémentaire de ne pas utiliser ces circuits simplistes (uniquement bon pour des applis very low cost et de toute façon hors homologations).

Donc on peut dire (ou pas??) que tant à la charge que lors de l'utilisation, le PCM va exercer un nivellement par le bas en tenant compte de l'élément du pack le moins performant, c'est-à-dire celui qui est capable d'emmagasiner le moins d'énergie et qui donc se vide aussi le plus rapidement.
C'est dommage, mais au moins comme ça, on évite que l'élément le moins performant se détériore et du même coup, mette tout le pack HS?

Parce que si l'un des éléments Li-ion se détériore, qu'est-ce qui se passe en fait?
Il se comporte comme une résistance et ne se charge plus?
Il se met en circuit ouvert?
En court-circuit?
Il chauffe?
Il prend feu?
Il dégage des gaz toxiques?
Il explose?

[invite03481543]

Leur conclusion est la suivante:
Alors, PCM ou BMS ? Tout dépend du type d’appareil et du niveau de sécurité nécessaire. Un produit low-cost dont l’autonomie et la durée de vie de la batterie sont peu importants, pourra se contenter d’un PCM. Tandis que pour une gestion optimisée de l’énergie, pour une sécurité accrue, ou encore pour disposer de fonctions de monitoring, optez pour un BMS, surtout si vos produits peuvent aller entre les mains du public !

je ne vais pas aller à l'encontre de leur point de vue, pour une fois que quelque chose fait la distinction entre les 2 approches.
Néanmoins, un PCM peut être tout aussi sécurisant qu'un BMS dès l'instant que tout est prévu dans les règles de l'art.
L'approche BMS est essentiellement une approche système, ce que ne sera jamais un PCM.
Le fait de pouvoir changer le mode de consommation ou de rendre compte de l'état de charge ou d'autres informations est indéniablement un plus.

Donc pour faire simple et low cost, on pourrait utiliser un PCM et un chargeur de disons 9 V, pour éviter que ça chauffe trop? Ou plus de 9V?
Si le PCM constate que le courant de charge est excessif, que fait-il? Il coupe par intermittence pour que le pack refroidisse un peu?

Un PCM coupera et réactivera au bout de quelques secondes, donc pour éviter cela il faut adopter un chargeur prévu à cet usage (CC-CV ou CC et le PCM coupera à la tension max)

Et si tout se passe bien lors de la charge, dès que le premier des éléments atteindra 4,2 V, le PCM coupera le courant et tant pis si les autres éléments ne sont pas complètement rechargés?

Oui exactement, sauf si le PCM dispose d'une fonction d'équilibrage, ça existe.

Donc si je comprends bien, lors de l'utilisation, le PCM coupera le courant dès que le premier élément atteindra la valeur programmée entre 2,5 et 3 V et tant pis si les autres éléments contiennent de l'énergie utilisable.

C'est ça.

Donc on peut dire (ou pas??) que tant à la charge que lors de l'utilisation, le PCM va exercer un nivellement par le bas en tenant compte de l'élément du pack le moins performant, c'est-à-dire celui qui est capable d'emmagasiner le moins d'énergie et qui donc se vide aussi le plus rapidement.
C'est dommage, mais au moins comme ça, on évite que l'élément le moins performant se détériore et du même coup, mette tout le pack HS?

Oui. C'est pour cela que la fonction d'équilibrage est nécessaire pour éviter le plus longtemps possible ce genre de situation. Avec un bon équilibrage la divergence de charge sera contenue.

Parce que si l'un des éléments Li-ion se détériore, qu'est-ce qui se passe en fait?
Il se comporte comme une résistance et ne se charge plus? Sa résistance interne devient de plus en plus importante, l'élément n'est plus en mesure d'assurer correctement sa fonction de stockage
Il se met en circuit ouvert? A l'extrême oui d'une certaine manière
En court-circuit? Ca arrive mais ce n'est pas le cas le plus fréquent.
Il chauffe? Pas forcément, sauf si il est envahi de dendrites ou si on le surcharge.
Il prend feu? uniquement si les sécurités sont inopérantes
Il dégage des gaz toxiques? Il dégazera si la pression interne devient suffisamment forte pour ouvrir l'opercule de sécurité.
Il explose? Le LiPo oui si il est en poche, une 18650 dégazera d'abord puis si l'outrage est excessif il peut exploser, mais là encore ce sont des cas rares et en tout cas toujours nuls si les sécurités sont bien en place et dûment fonctionnelles.

Le danger est à craindre quand on joue avec la sécurité, c'est à dire dès qu'on s'éloigne des recommandations du fabricant des cellules.
Le risque peut aussi être mécanique, dans le cas des poches LiPo (ou autres chimie) qui en se déformant peuvent être percées ou déchirées par un relief interne au boitier (rainure de renfort, vis, etc)

[Yvan_Delaserge]

J'ai remplacé les accus NiCd de ma vieille perceuse par des Li ion. 5 éléments Li ion suffisent pour fournir les 18 V pour remplacer les 15 NiCd. Et c'est bien plus léger!

Le problème que je rencontre avec ma réalisation est que la charge s'arrête lorsque le premier élément du pack atteint 4,2 V. Malheureusement, les autres éléments sont à ce moment-là incomplètement chargés.

Puis, lors de l'utilisation, le PCM coupe le courant dès que le premier élément atteint 3 V. Malheureusement, au fil des cycles charge/décharge, cet élément atteint de plus en plus rapidement la valeur de 3 V, puisqu'il n'a pas pu être chargé complètement pour la raison mentionnée ci-dessus. C'est la divergence de charge mentionnée par Hulk.

Il faudrait donc un PCM avec équilibrage.

Les PCM avec fonction d'équilibrage ne sont pas faciles à trouver. En revanche, on trouve des circuits d'équilibrage séparés.
Mais dans ce cas, il faudrait les brancher uniquement lors de la charge.
Je pensais faire ça avec un commutateur 6PDT. Voir image ci-dessous. Qu'en pensez-vous?
Autrement, s'il reste branché à l'accu en permanence, le circuit équilibreur va décharger inexorablement le pack, même si on ne l'utilise pas.



Si j'ai bien compris les spécifications du circuit égaliseur, dès que la tension aux bornes d'un élément atteint 4,2 V, le circuit (comparateur plus transistor ce commutation) branche une des résistances 62 ohms en parallèle avec l'élément. Il circule alors dans cette résistance un courant de 66 mA, et elle dissipe 277 mW.

Ce serait une bonne idée de brancher une LED en parallèle avec chaque résistance de 62 ohms. Lorsque la dernière des 5 LED s'allume, ça veut dire que tous les éléments du pack sont entièrement rechargés.

Mais que se passe-t-il si le courant du chargeur dépasse 66 mA?
- Les résistances vont surchauffer mais surtout,
- Les éléments verront une tension supérieure à 4,2 V, non?

66 mA, c'est un courant de charge très faible, la recharge va durer très longtemps, non?

[Yvan_Delaserge]

Hum désolé, voici le schéma corrigé sans le 2e groupe de batteries.

[invite03481543]

Je ne vois pas encore vos pièces jointes mais ce que je peux vous en dire à ce stade:

1/ apporter un équilibrage externe au circuit de sécurité n'est pas du tout conseillé, car ce dernier ne pourra jamais jouer son rôle de protecteur en cas de problème au niveau de l'équilibreur.
2/ Il existe des circuits faisant les mesures des tensions cellules et l'équilibrage, par exemple le DS2726, le BQ77PL900, R232V, etc
3/ l'équilibrage doit être activé dès que la différence de tension entre accus est suffisante et avant 4.2V de préférence (en général 3.8V c'est bien)

Pour calculer le courant d'équilibrage il faut savoir de quel temps on dispose pour effectuer cette tâche puis appliquer Q=I.t

[Yvan_Delaserge]

Superbe. Merci Hulk pour toutes ces précisions. Je vais imprimer toute la discussion pour m'en servir comme référence.

[Yvan_Delaserge]

Il faut pour charger une LiPo (ou une Li-Ion) un module de charge en CC-CV, avec un CV à 8.4V.

Qu'est-ce exactement qu'un module de charge en CC-CV?

CC = Constant Current = courant constant ? (donc tension variable).
CV = Constant Voltage = voltage constant ? (donc courant variable).
Mais CC-CV, c'est quoi? CC ou CV? ça ne peut pas être les deux!

Mais en fait, si je comprends bien, quel que soit le chargeur, ce qu'il faut, c'est appliquer au pack, pour le recharger, une tension constante de 8,4 V?

Mais le mieux ne serait-il pas, afin que la recharge soit la plus rapide possible, tout en évitant les surchauffes:

1) charger à courant constant (au fait, quel courant conseille-t-on pour des éléments de type 18500??)
2) arrêter la charge dès que les éléments ont atteint 4,2 V?

[invite03481543]

Un circuit de charge CC-CV fonctionne en "Constant Current" tant qu'un seuil de tension n'est pas atteint.
Puis fonctionne en "Constant Voltage" au delà de ce seuil, cette phase est indispensable à toute recharge propre et complète.
Une résistance mesure le courant et le compare au courant de consigne dans la boucle de régulation.

La phase CV est indispensable pour recharger à 100% un accu, la phase CC assurera au mieux 80% de la charge.
On retrouve cette phase finale, où l'accu absorbe uniquement le courant qui lui est nécessaire, sur toutes les familles d'accu sans exception.
Si on charge très vite un accu cette phase CV sera plus longue que pour une charge normale, c'est une réaction incontournable de la chimie.

Charger à tension constante implique que lorsque l'accu est vide, le chargeur devra être en capacité de fournir un courant très très grand, ce qui n'est pas conseillé pour la santé de l'accu et le porte monnaie.
Par exemple une cellule LFP de 5Ah vide peut réclamer jusqu'à 100A pendant quelques dizaines de secondes .

[Yvan_Delaserge]

OK, je comprends mieux pour le chargeur.

Sinon, pour les éléments 18500 que l'on trouve à prix raisonnable et sans spécifications, donc pas de premier choix, le courant de charge à conseiller serait de combien pour éviter de les détériorer lors de la charge?

Je me rappelle que pour les NiCd, si on avait par exemple un 500 mAh, il fallait le charger à 10 % de ce chiffre, donc 50 mA.

Mais pour des éléments 18500, ce devrait être combien? 500 mA? 1 A?

[invite03481543]

En général les cellules se chargent en standard à C/2 sans problème.
En prenant C/4 vous conservez une bonne marge avec des cellules inconnues.

[Yvan_Delaserge]

Ces batteries sont parfois vendues comme possédant une capacité de 2000 voire 4000 mAh, mais je crois que 1200 mAh est plus proche de la réalité.

Il faut donc viser 600, voire 300 mA de courant de charge.

Merci encore pour toutes ces précieuses indications, Hulk!

[invite03481543]

Une 18500 ou une 18650 ne peut valoir plus de 3650mAh.

Avec 250Wh/kg, on voit qu'une Li-Ion faisant 50g peut produire au maximum 50*250/1000=12.5Wh

Avec une tension moyenne de 3.7V on obtient 3378mAh.

@+