Equilibrage des 28 cellules Nimh dans la batterie d’origine

Dans une autre prius 2 j’ai été amené à remplacer un des 28 éléments Nimh en gardant tout le reste.

Cette prius a d’abord présenté des symptômes anormaux, triangle rouge et voyant moteur allumé, ce qui ne l’empêchait pas de rouler. Elle a annoncé l’erreur P3020.

Un tel code d’erreur suppose que le bloc 10/14 a un problème.

Après ouverture et mesure de tension l’élément 20/28, qui est un des deux juste reliés au fusible orange a une tension bien inférieure aux 27 autres, au moins un volt de baisse.

La prius essaye de ré-équilibrer son pack. Pour cela elle procède à des petits cycles de charge/décharge avec jusqu’à environ 7A de charge et moitié moins lors des décharges, chaque phase de charge et chaque phase de décharge dure un peu plus d’une seconde. On a donc globalement plus d’énergie chargée que déchargée.

Le graphique suivant est d’une durée de 7 secondes. En vert la tension moyenne d’un des 14 blocs, en bleu celle du bloc défectueux (avec un échantillonnage très lent), en rouge l’intensité qui traverse la batterie, valeur positive si charge.

Il convient de remarquer que la tension moyenne (courbe verte) a des fluctuations rapides anormales. Probablement dans l’élément défectueux. Sur les 230 volts du pack on a plus de 5 volts de sauts.

Le but cette fois a été de ne remplacer que l’élément 20/28.

Il faut donc extraire la batterie du coffre, séparer le groupe de 28 éléments de l’ecu nimh ainsi que désaccoupler les sondes de température et les deux cosses des câbles des bornes +HT et -HT.

On retire ces 28 éléments du boitier inférieur car on va avoir a écarter en deux groupes ces 28 éléments. On doit également desserrer complètement les 4 tubes/ 8 vis de serrage du pack.

Car les éléments d’accus sont légèrement encastrés l’un dans l’autre, deux petits bossages se logent dans deux creux. Bien repositionné un élément est forcément de polarité inversée par rapport à ses deux voisins. Car il faut bien respecter cette règle, tous les éléments sont en série.

Il faut donc écarter d’environ 5 mm les deux groupes, retirer deux pattes en cuivre de liaison, dans mon cas une seule car de l’autre côté c’était justement la cosse du fusible orange 120 A.

Faire bien attention de ne pas endommager les 3 sondes de températures qui sont en-dessous, et bien sur lors du retrait du connecteur orange de l’ecu nimh mettre un gant, c’est l’endroit qui reste potentiellement dangereux en cas d’isolant défectueux/endommagé.

On peut écarter légèrement les deux groupes de cellules nimh côté fils de mesure de l’ecu et plus côté opposé avec une valeur moyenne de l’ordre de 5 mm. On évite ainsi de tirer sur les fils de mesure de l’ecu.

En tout, à deux on a mis moins de 3 heures incluant une pause café juste après avoir sorti le bloc et posé sur l’établi. Il vaut mieux être deux pour sortir/remettre la batterie dans la prius.

Lors de la remise en route, bien remettre le fusible orange avec 3 mouvements (rebrancher aussi la batterie 12 V) et procéder à deux démarrages avec pied sur le frein, le premier n’amène que le voyant power orange. C’est « normal ».

Voilà.

 

Remplacement des 28 cellules Nimh dans la batterie d’origine

Dans une autre prius 2 j’ai été amené à remplacer les 28 éléments Nimh en gardant tout le reste. Bien qu’ayant le même âge que ma prius et moins de kilomètres, elle a un sérieux soucis de batterie HT. Il est possible que ma prius limitant l’excursion en tension, à cause des accus au lithium, ne vieillisse pas aussi vite.

Cette prius a d’abord présenté des symptômes anormaux, triangle rouge et voyant moteur allumé, ce qui ne l’empêchait pas de rouler. Elle a annoncé l’erreur P3011 en plus de la P0A80.

P3011 correspond à l’élément 1 sur 14, donc celui situé au niveau du pôle moins. P0A80 est un code générique qui veut juste dire « soucis sur la batterie HT »

J’ai relevé les 14 tensions via la prise obd et effacé les 2 codes d’erreur.

Les tensions étaient acceptables, mais bien sûr l’élément 1/14 était plus bas que les autres. En détail c’était le 2/28, donc compté dans le bloc 1.

Elle est restée une semaine sans servir, puis au bout de ce temps elle a démarré et roulé.

Après un deuxième arrêt/redémarrage 10 minutes plus tard le triangle rouge (plus voyant orange moteur) est revenu accompagné d’un fort bruit du ventilateur. Elle n’avait qu’une barrette violette alors qu’elle avait été garée avec les barrettes vertes. L’ecu nimh cherchait sans succès à calculer le SOC.

Comme j’avais fortement anticipé cette défaillance j’avais un ensemble de 28 éléments d’accus assemblé via les 4 tiges de serrage. J’avais aussi nettoyé les 26 pattes en cuivre et les écrous de 5. Pattes désoxydées à l’aide de vinaigre plus du gros sel.

J’ai donc procédé au remplacement. L’opération a duré plus de 4 heures.

Il faut des clés de 8,10,12,14 plutôt des modèles à pipe. Y compris une clé de 8 dynamométrique.

L’opération comprend: retrait des 2 bacs du coffre + couvercle de la batterie 12V, 4 vis des anneaux d’arrimage des bagages, couvercle plastique sur les accus clipsé (3 clips), déshabillage des 2 côtés latéraux arrière (3 vis, clés de 10 + clips) ce qui nécessite de soulever un peu le seuil AR de coffre et de soulever aussi les côtés des sièges AR dont celui qui a la grille d’arrivée d’air de la batterie, retrait des 2 dossiers de banquette arrière (2 vis clé de 14). Retrait du fusible orange, débranchement de la batterie 12 V qui ne nécessite aucun outil, il suffit de déclipser les deux connecteurs blancs qui arrivent sur la tête du pôle positif 12 V, retrait des arrivées + sorties d’air en plastique noir, débranchement de la sortie de gaz de la nimh, débranchement du connecteur du ventilateur, débranchement des câbles signaux de l’ecu nimh (connecteur blanc), éventuellement dépose des sondes de températures, une au-dessus et 3 en-dessous. Elles sont juste clipsées. J’ai mesuré de 11,89 à 12,09 kOhms selon la sonde, pourtant toutes à la même température ambiante de 20°C

Je n’ai pas utilisé de gants isolants, l’ordre des opérations permet de mettre en sécurité cette batterie sans jamais mettre une main (et encore moins deux) sur une tension dangereuse (disons plus de 60 Volts très environ). Si vous débutez, utilisez des gants, on n’a pas droit à une erreur, le courant continu va bloquer les muscles, contrairement au courant alternatif même 230 Volts avec lequel on va pouvoir retirer la main.

Ensuite ouverture complète de la batterie (clés de 10 et 12).

Puis mesurer qu’il n’y a aucune tension sur les 2 câbles HT qui partent vers l’avant, ce qui est normalement impossible, le fusible est retiré et les 3 contacteurs sont ouverts et vu le temps de démontage les condensateurs situés à l’avant sont totalement déchargés. Débranchement de ces 2 pôles.

Ensuite il faut débrancher+retirer les pattes de cuivre d’interconnexion, clé de 8. Pour la sécurité maximale retirer la rangée située sur la face arrière des accus d’abord, vers le hayon du coffre. Procéder en partant d’une extrémité vers l’autre, en ne touchant de préférence pas la clé et pas les pattes. J’ai utilisé un simple tournevis avec embout de 8. Retirer les pattes en tirant sur la pièce en plastique orange. Eviter d’introduire un tournevis pour retirer cette pièce en plastique, par contre un élément en forme de coin en plastique est la meilleure solution. Débrancher les 2 pattes du fusible orange.

Dès qu’on a retiré ces 13 pattes, la batterie ne présente plus de danger d’électrisation (mais prudence aux risques de court-circuit)

Ensuite de l’autre côté retirer les pattes de cuivre et les 2 cosses d’extrémités.

Puis, dans mon cas j’ai gardé le faisceau des 15 fils de l’ecu nimh, donc je l’ai retiré en même temps que les pattes de liaison en cuivre.

Un peu de nettoyage de l’oxyde sur ce qu’on va garder. Dans mon cas les 15 pattes de mesure et les 2 cosses d’extrémités + et -.

La batterie est fixée au fond de la Prius à l’aide de 5 vis (clé de 12). Il faut la déposer pour avoir accès aux 28 vis de fixation cellules/boitier. Le boitier est coupé en deux parties, côté batterie et côté contacteurs. Il y a 3 écrous (clé de 10) qui les relient en plus du couvercle, seul le boitier de la batterie est fixé au châssis.

Les 28 éléments sont vissés par en-dessous, une vis (clé de 10) pour chaque en alternant une vis d’un côté pour l’élément pair et de l’autre côté pour l’impair. C’est vissé dans des inserts dans le plastique donc au remontage y aller prudemment.

J’ai alors retiré ce bloc de 28 éléments, c’est lourd, presque 30 kg donc prudence lors du portage, j’ai utilisé en plus de mes 2 bras les hanches pour qu’elles portent une partie du poids.

Ensuite j’ai monté les 28 éléments en bon état, donc vissage par en-dessous puis remontage des pattes côté avant avec les 15 cosses de mesure. Ne pas oublier les 2 écrous fixés en diagonale qui retiennent les plaques d’extrémité de pression en plastique blanc sur le boitier en tôle. 13 cosses sont sur les pattes en cuivre, par contre aux extrémités ces cosses sont sous les pattes des pôles moins et plus. Remis et rebranché les sondes de température.

Impératif: lors du remontage des pattes en cuivre utiliser une clé dynamométrique réglée à 5,4 Nm. Il ne faut surtout pas trop serrer et bien sur suffisamment. A la main il est impossible d’être régulier et je pense que j’aurais trop serré.

Remonter ensuite les 13 pattes en cuivre situées en arrière. Grosse prudence, procéder en partant d’une extrémité vers l’autre. A chaque fois qu’une patte est en place et serrée la tension globale augmente. En gros dès qu’on a connecté au moins un quart de la batterie il y a danger d’électrisation (donc de mort). Donc ne jamais revenir en arrière. Fermer les couvercles noirs dès que possible.

Connecteur orange sur l’ecu nimh:

Ensuite reconnecter les 2 câbles HT qui vont vers l’avant.

On referme tout et on remet le fusible orange, ce qui se fait en 3 temps: enfiler horizontalement, faire pivoter le levier, puis faire coulisser vers le bas. Ce 3 ième temps enfonce un « cavalier » qui referme le contact dans un connecteur à 2 pôles. Système très simple qui informe l’ecu hybride (située à l’avant) que le fusible est bien remis.

Après avoir rebranchée la batterie 12 Volts, effectuer un démarrage pied sur le frein plus appui sur le bouton power. Deux fois, la première amène le voyant orange, la 2 ième il devient vert.

Après quelques tests effectués sur l’ancienne batterie, la cellule 2/28 montre un sérieux soucis. En la rechargeant vers 1 Amp j’ai remonté sa tension au niveau des 27 autres, vers 8,05 Volts. Une heure après elle y était toujours. Mais le lendemain elle avait perdu 1,2 Volt. Donc un des six éléments de cette cellule est HS, mais laisse quand même passer le courant, il n’est pas ouvert. Il faut remplacer toute la cellule, ce sont des blocs plats de 6 éléments connectés en interne en série.

Concernant la batterie que j’ai installée, elle avait été stockée sans ses pattes d’interconnexion en cuivre,  sans l’ecu et en ayant bouché les 2 trous de sortie de gaz, au début ça sent. Mais cette ecu mesure les tensions via des composants cmos (disons des interrupteurs, cette ecu avait été analysée sur priuschat) donc on oublie la consommation de cette ecu. Avec un doute toutefois concernant la présence de condensateurs HT qui sont ou pas connectés en permanence, je ne sais, remarque due au fait que ce sont des chimiques.
A une température, pendant 6 ans, comprise entre 15 et 30°C environ, dans un local disons sec. Donc conditions intermédiaires entre un stockage au frais et un stockage dans un véhicule garé le jour en plein soleil.
Elle avait des pattes d’interconnexion couvertes d’oxyde vert de cuivre mais cuivre peu attaqué. A l’inverse des pattes de la batterie que j’ai retirée qui n’avait pas beaucoup d’oxyde vert mais un cuivre disons noir (sauf à l’endroit du serrage). D’ailleurs mini détail, il existe des pattes rectangulaires et des pattes aux 4 coins arrondis avec bien sur les mêmes entre-axes.
La batterie que j’ai installée a donc au moins 10 ans, elle vient d’une prius 2.
J’ai réutilisé le faisceau des 15 fils de mesure pour un autre usage et j’ai constaté que le cuivre est attaqué, oxydé, à l’intérieur de l’isolant, surtout du côté du pôle moins (qui est, coïncidence, du côté où la batterie que j’ai retirée a un élément mort) et en bon état côté pôle plus.

Donc j’ai remplacé une batterie de 13 ans par une d’au moins 10 ans.
Extérieurement on ne voit rien d’anormal sur ces 2 batteries, les pattes des cellules sont en bon état, pas la moindre trace d’oxyde sur les vis des pôles (en quel métal ? laiton nickelé ? autre ), pas de fuite d’électrolyte, pas de rouille sur les pièces en acier.
Si vous souhaitez rééquilibrer finement (moins de 0,1 Volt) ce type de batterie, il faut le faire sur plusieurs heures, parce que sa tension redescend encore au bout d’un jour par exemple.

Tensions avant et après recharge de la batterie de remplacement, ajout de 1,25 Ah:

différence de tensions, juste à la fin de charge, ensuite les 14 tensions vont redescendre:

Elle a roulé. En fin de roulage les tensions des accus des deux extrémités sont plus élevées (Barres bleues dans le graphique ci-dessous), puis a été stockée pendant 15 jours, les tensions sont alors représentées en rouge :

La baisse des 14 tensions est comprise entre 0 ,1 et 0,19 Volts. On reste à moins de 0,1 Volt de différence de tension entre la plus haute et la plus basse.

Voilà.