Besoin d'aide pour mécanicien "néophyte" en électronique - Batteries et moteur courant continu

[Nico pro]

Bonjour,

Je travaille dans une entreprise de mobilité pour personne en situation de handicap.
Nous concevons des fauteuils électrique "sur mesure" avec de multiples adaptation spécialisées, mais ici j'aimerais trouver de l'aide pour des questions de physique "basiques" : (je suis mécanicien à la base et mes cours de physique sont loin ...)
Le sujet sera consommation/autonomie/batteries

Nous avons de nombreux soucis d'autonomie sur nos fauteuils et, outre la qualité des batteries qui se dégrade en ce moment (chez plusieurs fournisseur nous constatons des capacités bien en deçà des valeurs annoncées lors de nos test de décharge), j'aimerai calculer et comprendre la consommation des fauteuils de facon précise afin de déterminer si nous avons des soucis électronique et trouver des solutions pour améliorer mon.

J'essaye de vous donner le max d'info ci dessous

Fauteuil alimenté en 24V par 2 batteries Gel classiques de 12V 79 Ah C20 :
1 - première question : ici les 2 batteries sont en séries. Donc si j'ai bien compris les tension s'additionnent (24V) mais la capacité reste la même ? Les deux batteries en séries sont donc a concidérer dans mes calculs comme une seulem batterie de 24V et 79Ah ?

Nos fauteuils sont équipés de nombreux vérins pour les fonctions de siège, mais j'aimerais me concentrer ici sur la fonction motrice uniquement.
la propulsion est assurée par 2 moteurs à courant continu sure la plaque je lis : 0.32KW - 24V - 15.5A
Lorsque je roule avec mon PC relié au module de puissance, je constate des pic de consommation de 50A-70A a l'accélération dans chaque moteur (donc x2) puis l'intensité se "stabilise" vers 10KM a environ 9A-11A par moteur.
Les relevés sont difficiles car la lecture de conso instantanée varie beaucoup et rapidement et je n'ai pas d'autre moyen que le PC portable sur les genoux en conduisant.

Mes batteries sont données pour une capacité C20 de 79Ah et C5 de 63 Ah.
Je suis un peu perdu avec ces 2 valeurs mais si j'ai bien compris :
C20 = 79Ah ==> 79/20 = 3.95 ==> mes batteries peuvent fournir 3.95A pendant 20 heures
C5 = 63Ah ==> 63/5 = 12.6 ==> mes batteries peuvent fournir 12.6A pendant 5 heures

Du coup pour calculer mon autonomie ...
Dois je simplement me baser sur les W des moteurs de la plaque signalétique 2x320W = 640 W ==> autonomie en heures = (capacité de la batterie / 26.67A) ??
Ou dois je utiliser la valeur constaté lors de ma mesure d'intensité consomée par le moteur en vitesse stabilisée ==> autonomie en heures = (capacité de la batterie / ~20A) ??
Egalement dans ce calcul, quelle valeur de capacité dois je utiliser ?
C20 ? C5 ? ou bien une valeur encore inférieure car mon courant de consomation est > a 12.6A qui correspond a la capacité C5, il me faudrait trouvé la capacité CX corredspondant a la capacité Ah pour une décharge sous un courant de 20 ou 26 A ?

Je ne sais pas si je suis assez clair ? (j'imagine que non)
Mais si vous pouvez m'apporter quelques éléments de réponse je serai bien avancé

Merci pour
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[Nico pro]

Désolé pour les tonnes de fautes de frappe et d'orthographe ... Je pensais pourvoir éditer mon message mais j'ai posté trop vite.

[Bitrode]

Bonjour,

Fauteuil alimenté en 24V par 2 batteries Gel classiques de 12V 79 Ah C20 :
1 - première question : ici les 2 batteries sont en séries. Donc si j'ai bien compris les tension s'additionnent (24V) mais la capacité reste la même ? Les deux batteries en séries sont donc a concidérer dans mes calculs comme une seulem batterie de 24V et 79Ah ?

Oui c'est bien ça, la tension est 24V et la capacité globale est 79Ah.

Mes batteries sont données pour une capacité C20 de 79Ah et C5 de 63 Ah.
Je suis un peu perdu avec ces 2 valeurs mais si j'ai bien compris :
C20 = 79Ah ==> 79/20 = 3.95 ==> mes batteries peuvent fournir 3.95A pendant 20 heures
C5 = 63Ah ==> 63/5 = 12.6 ==> mes batteries peuvent fournir 12.6A pendant 5 heures

C'est bien ça, la batterie possède un coefficient de Peukert (C=I^k*t) avec k le coefficient de Peukert.
Dans le cas de ta batterie ce coefficient vaut 1.2.
Pour faire simple, le coefficient de Peukert permet de corriger la capacité de la batterie en fonction du niveau de courant débité.

Pour calculer l'autonomie il faut connaitre le profil du courant dans un cycle complet de décharge, ou le courant moyen.
Egalement il faudra savoir (mesurer) les courants pics des moteurs, afin de déterminer si ces courants sont brefs et élevés ou peu importants.
Pour une batterie au plomb des surcourants répétitifs sur un cycle vont entrainer une baisse significative de la capacité restituée et surtout altérer la durée de vie de l'accu à moyen terme.

Je te conseillerai de t'orienter vers une technologie au lithium, beaucoup mieux adaptée à ton application, par exemple avec du LFP (lithium fer phosphate).
La tension est beaucoup plus stable et cette techno supporte très bien des pics de courants.

[Bitrode]

Je te conseille pour le calcul d'autonomie de fixer un profil de parcours type incluant pentes et vitesse moyenne sur un cycle, ensuite tu peux instrumenter avec un data-logger qui va relever les consommations tout au long du cycle il ne te restera plus qu'à éplucher les résultats (dans un tableur genre excel) et tu en déduiras une première estimation.
Cette estimation doit être compensée par une dégradation de ton accu, en général fixée à 80% de la capacité initiale d'un point de vue garantie, puis tu ajoutes une marge de sécurité également de 20% pour tenir compte du facteur température, facteur qui peut varier selon l'environnement de fonctionnement.
Bien faire attention aussi aux closes de garantie car dans le cas des accus au plomb la durée de vie avec un usage quotidien, genre 1 cycle jour, ta batterie n'ira pas beaucoup au-delà de 1 an.
Avec le LFP tu peux compter sur 1000 cycles au moins ce qui fait 3 ans environ.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nico pro]

Bonjour,

Merci pour ta réponse très intéressante.

Concernant le passage au lithium, malheureusement pour des raisons d'homologation, de transport aérien, et du couts, ce n'est pas d'actualité, même si je pense que nous uy viendrons a terme d'ici 2 ou 3 ans sur de nouveaux modèles.

Pour le calcul de ma capacité de batterie rapportée a une consommation de 20A constante par exemple, avec le coefficient de Peukert a 1.2, j'ai peur d'être un peu trop mauvais haha ==> le signe ^ correspond a quoi dans ton équation c'est une puissance ? (j'ai pas fait de math depuis des dizaines d'années soyez indulgents)

Je serais super motivé pour m'équiper d'un data logger.
Des idées d'où je pourrais me procurer un tel matériel ?

[bobflux]

^ c'est puissance en effet

Lorsque je roule avec mon PC relié au module de puissance, je constate des pic de consommation de 50A-70A a l'accélération dans chaque moteur (donc x2) puis l'intensité se "stabilise" vers 10KM a environ 9A-11A par moteur.

C'est normal, le courant de démarrage de ces moteurs est de plusieurs fois le courant en vitesse de croisière.

Si tu utilises un contrôleur style PWM, tu dois pouvoir le paramétrer pour avoir un démarrage plus "en douceur" ce qui réduit aussi le courant de démarrage. Par contre le couple dépend du courant, et c'est bien d'avoir du couple, donc il faut pas abuser sur le démarrage en douceur. Si il y a un limiteur de courant (et donc de couple) un peu trop tâtillon, le client va peut-être rester bloqué avec une roue coincée dans un trou sans pouvoir sortir !

Je suppose que la consommation va dépendre de la pente, du poids du client, et aussi de l'état du sol (il faut plus de puissance pour rouler sur du gravier ou de la pelouse que sur un sol lisse).

> Je serais super motivé pour m'équiper d'un data logger. Des idées d'où je pourrais me procurer un tel matériel ?

Comment tu fais actuellement ? Tu branches un laptop, mais sur quoi et comment ? Est-ce que l'électronique embarquée du fauteuil crache les données dont tu as besoin, auquel cas le PC doit juste les enregistrer, ou bien est-ce que ça ne donne pas les données que tu veux ?

[Nico pro]

Nos fauteuils (comme 80% du marché européen) sont équipés d'une électronique anglaise modèle R-net de la société Curtiss Wright (oui oui ceux des premiers avions )

Le logiciel sur le PC permet de visualiser les données qui m'intéresses, vitesse/température/intensité/tension ... mais il ne permet malheureusement pas d'enregistrer ces données pour en tirer quelque chose en analysant sur plusieurs heures d'utilisation.
Il faudrait une sorte de programme enregistreur par dessus mais un tel développement n'est pas dans mes compétences informatiques haha

[Bitrode]

Je serais super motivé pour m'équiper d'un data logger.
Des idées d'où je pourrais me procurer un tel matériel ?

Tu as ce modèle par exemple:
LR8431-20 Hioki, Enregistreur données, 10 canaux, Entrée isolée | Farnell FR

ou celui-ci:
midi LOGGER GL240 : GRAPHTEC

[Bitrode]

Concernant le passage au lithium, malheureusement pour des raisons d'homologation, de transport aérien, et du couts, ce n'est pas d'actualité, même si je pense que nous y viendrons a terme d'ici 2 ou 3 ans sur de nouveaux modèles.

Prends bien compte que la durée de développement d'une batterie et plus largement d'un système d'énergie au lithium prends en général 1 an minimum entre le go et la production en série.
Ca ne se gère pas du tout de la même façon que pour un système au plomb, comme tu l'as relevé justement il y a la phase de certification qui peut demander quelques aller-retour soit un bon 6 mois déjà et une phase de conception/intégration qui peut s'avère toujours plus longue que prévu.

[bobflux]

il ne permet malheureusement pas d'enregistrer ces données pour en tirer quelque chose en analysant sur plusieurs heures d'utilisation.

Ah c'est triste...

Il y a une LED "CAN" sur l'interface de programmation en USB ? Si oui un peu de reverse engineering est possible mais ce sera sûrement plus simple de monter un enregistreur comme celui conseillé par Bitrode... dans ce cas il faut bien sûr connecter l'enregistreur aux trucs à mesurer avec des fils.

[Nico pro]

Oui il y a bien une LED "CAN" sur le module de connexion USB > BUS du fauteuil

Pour la console d'enregistrement, il suffirait que la relier au batteries pour mesurer tension et courant et avoir la conso générale.
trouver l'info de vitesse en complément sera plus compliqué je pense.

Je vais étudier ca

[paulfjujo]

bonjour,

a propulsion est assurée par 2 moteurs à courant continu sure la plaque je lis : 0.32KW - 24V - 15.5A
Lorsque je roule avec mon PC relié au module de puissance, je constate des pic de consommation de 50A-70A a l'accélération dans chaque moteur (donc x2) puis l'intensité se "stabilise" vers 10KM a environ 9A-11A par moteur.

50 à 70A ?
il n'y a donc pas de limitation d'intensité ?
un moteur DC est souvent limité à 1,2 I nominal
15*1.2=18 A x 2 => 36 A

un autre facteur important pour la durée maxi possible d'utilisation des batteries, et l'acceleration
Y a-t-il une rampe de montée en vitesse ? ou limitation de courant.
il semblerait que non, si on monte à 50-70A ..
avancement bloqué par un obstacle (Roues bloquées) --> limitation de I ?
ou c'est la resistance des 2 induits moteur + cable qui fait la limitation ?

il doit y avoir aussi un parametrage à faire .. si on a un logiciel dédié pour.

[Nico pro]

A l'heure actuelle, pas de limitation des Ampérage max (il y a eu des cas de fusible 100A cramé sur les câbles batterie déjà mais assez rarement)
Coté prog, on limite juste avec un paramètre moteur comme si dessous :
si I reste > 70A pendant 10sec ==> on limite a 20A pendant 1 minutes puis retour a la normale.