9,8 kWh amovibles

L’objectif suivant a été de parcourir 140km que j’effectue plusieurs fois par mois en électrique. Avec les accus A123 9,2kWh j’étais obligé d’utiliser le moteur thermique essence pour ce trajet. A priori j’estimai à 80km la distance parcourue en ev, restait donc 60. Mais je souhaitais pouvoir parcourir cette distance même avec des conditions météo défavorables. J’ai donc pris une marge supplémentaire dans mes calculs.

De toute façon ajouter 70 accus A123 ne suffisait pas hélas. En estimant à 100Wh/km en conditions défavorables la consommation en sortie d’accus ne permettait de parcourir que 120km. Mettre 140 A123 devenait lourd (+75 kg) et encombrant. J’ai donc cherché d’autres accus.

Il se trouve que les 140 A123 déjà présents assurent parfaitement les besoins, en terme de puissance en charge et décharge. Je n’avais donc plus besoin de puissance mais seulement d’énergie. Il y a alors la solution d’ajouter des accus de format 18650 typés énergie. Après recherche j’ai adopté des LG 2,8Ah qui constituaient un bon compromis énergie/coût. On pouvait les acheter à 2$ pièce+port+taxes.

Lg2800

Au niveau masse, avec 43 kg+boitier on peut avoir 9,8kWh embarqués. L’encombrement est très réduit aussi. Pour comparaison les A123 avec 35 kg embarquent 4,5 kWh (Mais avec 4 kWh utilisables par contre). Ces accus sont alors à comprendre comme ayant comme but de ralentir le vidage des A123 durant ce trajet de plus de 2 heures. Il y a alors pas besoin de fournir de puissance.

En simplifiant les calculs, 100Wh/km à 55 km/h correspond à une puissance moyenne de seulement 5,5kW ! En supposant que chaque pack fournisse la moitié de l’énergie, les LG n’auront à fournir que 2,75 kW. Sur une tension moyenne de 190 volts on a seulement 14,5A à fournir. Ceci permet d’utiliser des connexions de faible section, les accus LG chaufferont peu, chacun sera traversé par 14,5/18=0,8A et il devient possible d’utiliser un petit convertisseur dc-dc entre les accus LG et les A123.

La première idée très intéressante a été de câbler les LG en HT, 52 en série et 18 en parallèle. 52 fait une plage de tension de 218 à 172 volts à vide. En ajoutant en série avec ce pack un convertisseur dc-dc qui ajoute sa tension, on arrive à celle des accus A123 qui varie de 240 à 210 volts.

Une photo avant d’insérer un isolant supplémentaire entre les groupes de 18 accus:

Lg_packde234

L’isolant c’est juste une sécurité supplémentaire en cas de très fort échauffement. Les accus ont une gaine orange isolante autour de leur boitier. Il y a donc deux isolants pour une différence de potentiel de 3 à 4,2 volts. En cas de très forte surchauffe on peut imaginer la fonte de ces 2 isolants. Le troisième assure une protection supplémentaire et retarde la transmission de la chaleur entre les accus et donc la jonction électrique qui créerait en plus un court-circuit source de chaleur supplémentaire. Les pattes de liaison en nickel pur ont une très faible section: 0,1mmx8mm. de plus il conduit trois fois moins bien le courant que le cuivre. 8 pattes de 0,8mm2 sont équivalentes à 2,1mm2 de cuivre. Le courant sera limité, le nickel va chauffer. Il assurera  le rôle de fusible ultime. Mais la température des accus n’a pas été calculée dans ce cas extrême. Ils ont un évent interne qui va libérer les gaz produits pour éviter une explosion.

Les 936 accus sont regroupés en 4 packs de 234 accus. La tension y est alors non dangereuse et varie entre 54 et 39 volts. Il est alors possible de connecter ses 4 packs soit en série (en roulant) soit en parallèle lors d’une recharge sur une alimentation de 48v classiquement réglable à +10% qui va limiter à 4,06 volts la tension d’une cellule, donc un peu en-dessous du maxi « raisonnable » de 4,2 volts. Ces LG acceptent jusqu’à 4,3 volts. Mais plus on s’approche de ce seuil et moins les accus accepteront de cycles. J’ai donc choisi de limiter majoritairement à 4,1 volts la recharge. La résistance interne de ce pack incluant les connexions en nickel est de 0,4 ohms à température de l’ordre de 20°C. C’est donc dix fois plus que le pack de 140 A123. En pratique, bien que parcourus par moins de 16A et ne subissant aucune recharge, ils vont chauffer un peu plus que les A123.

Convertisseur dc-dc

Le convertisseur choisi a une plage de tension de 18 à 36 volts et limite son intensité par construction tout seul. Il suffit de choisir le modèle ou d’en mettre 2 en parallèle ce que j’ai fait bien que l’été un seul de 320w suffit. Il limite aussi sa tension de sortie et dispose de plusieurs sécurités. Reste à alimenter ce convertisseur. L’astuce a été de brancher son primaire sur les accus LG ! donc en HT. Sur le marché la marque Meanwell très connue a justement plusieurs équipements qui peuvent être alimentés en HT DC au primaire et fournissent une tension DC en sortie. Mon choix a été la gamme HLG qui est en fait un driver de led, donc qui fournit un courant constant de 18 à 36 volts. En-dessous de 18 volts l’intensité diminue jusqu’à zéro, et au-dessus du maxi, 49 volts, il se désactive.

Le pack LG n’est connecté que s’il est assez chargé. En cas de recharge, s’il faut faire un choix, il faut toujours recharger en priorité les A123. Ainsi la sortie du convertisseur ne reçoit pas de polarité inversée. Si vous devez prévoir ce cas ajoutez une diode.

mwhlg_240h

 Les pertes sont extrêmement réduites. Car avec un rendement de 93% on a des pertes au maxi, en fin de trajet, de 36*14,5*7%=36 Watts ! tout en fournissant 2750 Watts. Seulement 1,3%. Ces pertes sont si réduites que le convertisseur n’a pas besoin de ventilateur. En automne la chaleur dégagée ne suffit même pas toujours à désembuer la lunette arrière.

 Le convertisseur dd-dc permet d’avoir des tensions différentes entre les 2 packs d’accus, n’étant pas de même technologie lithium, ils n’ont pas les mêmes courbes de décharge en fonction du temps. De plus ils n’ont pas les mêmes températures source de différence de tension. Les LG sont au lithium manganèse et les A123 au lithium nanophosphate. Les lithium phosphate ont un plateau de décharge vers 3,2-3,3 volts. Ce n’est pas le cas des LG.

Au début d’un trajet il y a donc une différence de tension qui diminue en cours de trajet et ré-augmente en fin.

L’hiver la différence de tension est plus nette, les A123 ayant une résistance interne plus forte ont plus de variations de tension en fonction des accélérations/freinages alors que les LG fournissent un courant quasi-constant.

Accus_lg_en_place

Les accus LG et, au dessus d’eux les 2 convertisseurs dc-dc sont installés contre les dossiers de la banquette AR. On aperçoit aussi le bms des accus A123, dans le sous-coffre. Les accus LG n’ont pas de bms. Je les charge très en-dessous du maxi de 4,3 volts et les décharge à plus de 3,3 volts. De temps en temps, tous les 6 mois par exemple, je vérifie qu’ils restent équilibrés.

Mais l’idée de base a été de prévoir d’autres usages pour ces accus. Ils ne doivent être embarqués qu’en cas de trajet assez longs, ce qui correspond à quelques jours par mois. Il vont être mis à contribution l’hiver pour effectuer un effacement de la consommation de mon habitation les jours dits « rouges » appelés également jours de pointe (ejp) (22 jours par an l’hiver quand il fait froid), ceux pour lesquels des centrales à flamme entrent en action. Ces jours là mon habitation fournira de l’énergie via ses panneaux solaires (car il y a une bonne corrélation l’hiver entre jours froids et présence du soleil ce qui correspond à un temps plus sec et continental) et n’en consommera pas durant la journée. Ils assureront aussi un rôle d’indépendance électrique, en cas de grosse panne sur le réseau l’hiver. Plusieurs jours sont possibles avec une seule charge des 9,8kWh.

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