Remplacement de la batterie 12v au plomb par 4 cellules A123 20Ah lithium.

La batterie 12v de service au plomb étant d’origine, après 7 ans elle commençait à donner des signes de faiblesse l’hiver. Or sans 12v on ne démarre pas une Prius. Les symptômes sont au début des bips au démarrage voire le triangle rouge sur le tableau de bord, ou encore un éclairage très faible, jaunâtre. On peut retarder le remplacement en rentrant par la porte passager, qui ne déclenche pas le compresseur de freinage et en ayant tout éteint lors de l’arrêt précédent..

Ayant quelques accus A123 issus de mes tris (des premiers accus achetés en France, de qualité très inégale), j’en ai sélectionné 4 de capacité proche et les ai assemblés en série. Comme la Prius peut élever la tension à 14,1 volts, j’ai ajouté un bms, un modèle actif capacitif. Ainsi ces accus seront en permanence équilibrés et aucun ne dépassera 3,65 volts. En pratique ce bms est très efficace et les différences de tension entre les 4 cellules se mesurent en centièmes de volts ! Ce 14,1 volts est mesuré au niveau de la batterie. Car si on branche un consommateur directement dessus, à l’avant le hsd remonte un peu la tension. Ainsi j’ai 14,4 à 14,5 volts quand les ptc heater sont connectés et 13,9 sans eux.

Les 4 cellules d’accus sont montées dans un solide boitier en polycarbonate de 2mm plus une façade de 8mm, le même principe que pour les accus A123 du pack HT.

Au lieu de faire 10,5kg pour la batterie au plomb et sa fixation, on arrive à 2,5kg. La fixation est simplement faite avec des cales en mousse en-dessous pour amortir les chocs et une patte en forme de U qui serre le boitier en se servant de 2 trous filetés déjà existants.

13v_A123

 

Batt12vDessus

Batt12vDessous

 

 

A gauche sans le capot de protection du pôle plus. Il y a un fusible de 120A dans le bloc en plastique noir. On voit aussi en bas à gauche deux départs avec fusibles à destination des ptc-heater ajoutés pour chauffer/désembuer l’habitacle en mode 100%ev.

Le résultat est parfait. La tension au repos est autour de 13,3v au lieu de 12-12,5, et monte toujours à 14,1v après démarrage quand soit il y a un consommateur (phares, ventilateur etc), soit la température générale est plutôt basse, disons en-dessous de peut-être 20°C. Si aucune de ces conditions n’est remplie la tension de régulation est de 13,3 volts. Donc pour les A123 ces tensions sont parfaites et ils restent donc chargés quasiment au maxi en permanence.

Voici la décharge puis charge qu’effectue le convertisseur dc-dc intégré à la Prius, à chaque démarrage, graphique d’une durée de 10,5 secondes:

Amp_demarrage_13v_lithium

 

On voit les appels de courant avant que les accus haute tension soient connectés via les relais appelés SMR 1 à 3 au bout de 2,5 secondes.

Ensuite la batterie « 12v » est rechargée 10 secondes puis je coupe le contact de la Prius.

Etant donné que la Prius a besoin que la tension reste vers un probable 10v mini au démarrage, les accus lithium ayant à la fois une tension à vide supérieure et une résistance interne bien plus faible, que d’autre part ces accus ont un nombre de cycles très élevé, il faut s’attendre à un long usage sans soucis.

L’hiver il est possible de recharger ces accus jusqu’à -10 -15°C. A -20°C il faudrait en mettre 2 en //, soit 8 en tout. A -30°C ce n’est plus possible, il en faudrait 5 en // et limiter leur Soc à 50%. Or ils sont constamment chargés en roulant à près de 90-100%, leur tension étant de 14,1/4=3,52 Volts. Il faudrait alors avoir un limiteur de recharge (ce que fait déjà cette batterie, la résistance interne est nettement plus élevée à de telles températures) ou un maintient de la température. Ce limiteur pourrait être une résistance qui réchaufferait la batterie au début des trajets. Notez que cette température est mesurée dans l’habitacle.

Le seul point non sécurisé est le cas où on oublierait un consommateur qui viderait cette batterie. Les plus gros sont connectés derrière des relais qui vont d’eux-même couper le consommateur, mais les petites ampoules de série w5w à filament peuvent vider une batterie, d’autant plus que moins la tension est importante et plus leur résistance est faible. Il est donc plus que conseillé de mettre des led à la place de ces ampoules à filament. En plus elles consomment moins et éclairent plus.

Voici la comparaison entre la consommation d’une led et d’une ampoule à filament w5w:

Comparo_led_filament

On voit que les led se coupent vers 3,5-4v alors que les ampoules à filament continuent de consommer 0,2A et ne s’arrêteront qu’à 0 volt.

Projet: placer cette batterie 12v à l’avant. Deux raisons, suppression des pertes sur les quelques mètres du câble +12v et sur le retour via le châssis ; transfert d’un peu de poids vers l’avant qui ne peut que plaire à la suspension arrière. Je vois deux endroits possibles. Soit sur le boitier à fusible sous le capot moteur, soit dans l’habitacle sous l’auto-radio. C’est possible car cette 12v lithium est de faible encombrement. On diminue aussi les pertes sur le trajet des +12v pour les ptc-heater qui sont actuellement reliés sur cette 12V tout à l’arrière.

La difficulté est d’arriver à faire passer un câble de grosse section (disons 6mm²) via la cloison pare-feu vers le boitier à fusibles situé à gauche sous le capot moteur. Il doit être bien protégé de tous frottements. De plus il faut ajouter un fusible 120A juste à la sortie du boitier de cet accu.

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