KANGOO G1-300

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CHEVREUSE
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Message par CHEVREUSE » ven. 02 01 , 2015 0:27

Ma Kangoo Electri’cité dans une première étape a reçu en remplacement de mes extensions NiMH 50Ah (37Ah résiduel) une extension lithium 94Ah sous le capot avant, utilisation provisoire sans surveillance par BMS, décrite dans le sujet : On a roulé sur la KOKAM 70Ah + WINA 24Ah

Le présent fil concerne la deuxième étape du projet : enlèvement total des batteries 2002 d’origine 22xNiCd 100Ah des bacs sous la voiture et remplacement par des batteries lithium LiPo KOKAM 70Ah (merci au fournisseur « voitric » du présent forum) et surveillance par BMS (merci au fournisseur « nlc » du présent forum
ve-tronic).

D’abord j’ai fait un choix « stratégique » : la Kangoo devra pouvoir rouler éventuellement sans extension capot, c’est-à-dire sur les bacs seuls. Pour se rendre à une intervention garage nécessitant un accès par le capot, aller au contrôle technique si besoin « capot vide », permettre d’éventuelles évolutions de l’extension capot …L’extension KOKAM capot existante 38xcells 70Ah en série (1P38S) sera donc montée en parallèle sur celles des bacs : les deux devront avoir le même nombre de cells en série pour présenter la même tension totale.
La solution très difficile de 39 liaisons directes « cell à cell » haute intensité entre bacs et capot permettant un seul ensemble BMS a été écartée ! La conséquence de ce choix est de doubler le coût BMS, il nécessite 2 ensembles BMS (1 ensemble = 1 maitre + 38 cartes esclaves), il faut 2 maitres car le modèle actuel de « nlc » ne peut gérer 2 groupes de cartes esclaves en parallèle. Et bien sûr complexité plus élevée pour exploiter les 2 maitres qui s’ignorent.

Combien de batteries KOKAM au minimum dans les bacs ?
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Citro
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Re: KANGOO G1-300

Message par Citro » ven. 02 01 , 2015 19:42

CHEVREUSE a écrit :La solution très difficile de 39 liaisons directes « cell à cell » haute intensité entre bacs et capot permettant un seul ensemble BMS a été écartée ! La conséquence de ce choix est de doubler le coût BMS, il nécessite 2 ensembles BMS (1 ensemble = 1 maitre + 38 cartes esclaves), il faut 2 maitres car le modèle actuel de « nlc » ne peut gérer 2 groupes de cartes esclaves en parallèle. Et bien sûr complexité plus élevée pour exploiter les 2 maitres qui s’ignorent.
J'ignore ce que préconise nlc. :?:
La seule problématique concerne le pilotage du chargeur.
1/ Quel chargeur utilises-tu, celui du Kangoo ou un chargeur autre, genre ELCON/TC Charger. :?:
- Si tu utilises celui du Kangoo, comment se pilote-t-il (celui des PSA se pilote avec une PWM inversée, à 6% de PWM le chargeur est à fond et décroit jusqu'à 100% de PWM, nous avons initialement paramétré 90% sur le master).

2/ Le principal est donc d'empêcher le chargeur de mettre les cellules en danger et je ne pense pas que tu aies prévu de charger chaque pack parallèles séparément (avec des relais pour les isoler les uns des autres).

Donc si tu n'utilises qu'un seul chargeur, je verrais comme solution un circuit interface qui recevrait les 2 signaux de pilotage du chargeur provenant de chaque carte maître pour ne garder que le signal le plus faible et couper la charge dès que le premier master déclarera charge terminée...
Le problème c'est que tu risque te trouver avec un pack dont la charge ne sera jamais terminée et les éléments jamais équilibrés...

C'est une caractéristique connue des packs hétérogènes... Un ami qui a réalisé une extension de capacité sur sa Leaf (+70Ah) a ainsi constaté qu'il ne peut en utiliser que 40Ah car les seuils de tension hauts et bas (en fait la plage de tension utilisable) ne sont pas les mêmes ce qui empêche son extension d'être chargée à 100%... :(
L'electricité, c'est LA solution.

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Re: KANGOO G1-300

Message par CHEVREUSE » ven. 02 01 , 2015 23:50

@ citro
Bien vu, très proche de l'architecture choisie. Ce point sera détaillé dans peu de temps après les réflexions préliminaires et le hard.
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Re: KANGOO G1-300

Message par CHEVREUSE » sam. 03 01 , 2015 0:11

Combien de batteries KOKAM au minimum dans les bacs ?

Le capot actuel comporte 38 batteries toutes en série (1P38S).
L’ensemble bacs comportera donc un multiple de 38 batteries et la capacité sera ce multiple de 70Ah. D’un point de vue du fonctionnement il faut que l’ensemble bacs seul puisse supporter les contraintes de décharge et régénération de la Kangoo.

Les spécifications KOKAM des batteries 70Ah indiquent :
. en décharge : 350A permanent (700A pointe), c’est compatible avec les ~300A max. Kangoo (en BOOST), même avec seulement 1P38S
. en charge : 140A, c’est insuffisant en régénération car on peut atteindre ~200A en pointe (décélération) ou plus longtemps (fortes descentes). Nécessité de mise en parallèle, soit au moins 2P38S=76 batteries et donc capacité 140Ah.

L’avantage évident d’avoir une grande capacité c’est une autonomie accrue, mais aussi d’augmenter la « durée de vie » car les batteries seront chargées moins souvent ou moins profondément. C’est à prendre en considération car la longévité de ces batteries « LiPo » (~800 à 1400 cycles selon les docs !??) est réputée plus faible que celle des batteries lithium « LiFePO4 » (~2000 à 2500 cycles). Par ailleurs les présentes ne sont pas de fabrication récente. La limitation, outre le coût, c’est le poids et l’encombrement.

Combien de batteries au maximum dans les bacs?

Contrainte de poids :

Poids d’une batterie : ~1,75kg
Poids de 38 batteries : ~66,5kg
Poids total : 2P38S(140Ah)~133kg – 3P38S(210Ah)~200kg – 4P38S(280Ah)~266kg
Pour comparaison poids des 22 NiCd(100Ah)~284kg
Du fait de grande densité énergétique des KOKAM le poids n’est guère une contrainte.

Contrainte d’encombrement :

Cela se complique sérieusement.
Les batteries KOKAM sont des plaques (~455 x 340 x épaisseur 5,8mm) de géométrie fort différente des batteries NiCd (248 x 120 x hauteur 260mm).
Cellule KOKAM 70Ah.jpg
Batterie NiCd.jpg
La Kangoo comporte seulement 2 bacs tous situés en-dessous : un grand tout à l’arrière (bac AR) et un plus petit juste devant le grand (bac AV). Nous n’avons pas de plan exact de l’intérieur des bacs, mais la mesure externe et le nombre de NiCd par bac (14 AR et 8 AV) permettent une estimation grossière.
Bac AV : ~1000 x 250 x H260mm ?
Bac AR : ~900 x 510 x H260mm ?
Dans le bac AV on ne peut ainsi mettre aucune KOKAM à plat ou en vertical
Dans le bac AR on ne peut mettre aucune KOKAM en vertical, mais 2 batteries à plat sont possibles cote à cote (680 x 455)
Sur une hauteur de 260 cela fait 2 piles de 44 batteries au maximum soit 88 batteries.
Avec la contrainte multiple de 38 cela fait 76 batteries au maximum 2P38S (140Ah)

Est-il possible d’aller au-delà de 2P38S ?

(l’éventualité de plier les batteries a été exclue !!)
D’abord aucune batterie à plat ou en vertical dans le bac AV, c’est frustrant !
Et en biais ?
Un rapide croquis montre que cela ne rentre pas non plus.
Mais, mais, … si la hauteur réelle était de 300 (au lieu de 260=hauteur NiCd), on pourrait mettre 20 batteries en biais dans le bac AV. Et si on avait aussi en hauteur réelle 300 dans le bac AR c’est 102 batteries qui rentreraient soit un total max de 122 batteries permettant 3P38S (117 batteries).
Si, si et si … on verra bien ! Il faut que cela aille !
Objectif : 3P38S, quitte à modifier, si possible. Et 2P38S en solution de repli.

Mise en // de toutes les batteries KOKAM pour équilibrage préalable par le bas.
Equilibrage KOKAM.jpg
Descente de l’ensemble à 3V en débitant sur résistances en fil de fer (~15A). La capacité max. en // est de 8190Ah ! Bon, elles étaient chargées à moitié, mais cela a demandé quand même ~2 semaines !

A suivre le démontage
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Re: KANGOO G1-300

Message par ericjlb » sam. 03 01 , 2015 17:17

Salut, nouvelle année, nouveau feuilleton ! :mrgreen: :lol:
Blague à part, je suis tout cela avec grand intérêt, merci pour tes partages 8)

Bien cordialement ;; éric :wink:
,
A la distribution des cerveaux, j'étais parti pisser, mais je le vis bien ! :mrgreen:

Fais confiance à cette petite voix qui te dit :
" ça peut marcher, il faut essayer" . :P

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Re: KANGOO G1-300

Message par CHEVREUSE » lun. 05 01 , 2015 18:15

.
Le démontage

L’heure fatidique est venue, le cœur un peu serré – adieu et merci aux NiCd. Enlèvement provisoire du matériel sous le capot : WINA 24Ah et KOKAM 70Ah. Pour éviter les problèmes des travaux précédents (avec échelle sur le toit et sangle à cliquet) j’ai fabriqué un portique démontable en planches de récupération et utilisé un petit palan (eBay 43€) : réglage en XYZ, c’est beaucoup plus facile cette fois !
Enlévement matériel sous capot avant.jpg
Portique détail bas.jpg
Portique détail haut.jpg
Levée de la Kangoo (très haut) au cric « bouteille » et placement sur 4 chandelles. Mise en place d’un plancher bois à peu près plat.
Mise sur chandelles.jpg
Au travail, scalpel!.jpg
Utilisation de la méthode indiquée par pdelagrange, merci à lui
topic11628.html?hilit=clio : restauration#p148052

Un cric moto « Constands » 500kg (eBay 60€) sous un chariot à roulettes 300kg BRICORAMA (30€)
Cric moto.jpg
Bac AV sur chariot.jpg
Bac AV ouvert .jpg
Bac AR ouvert.jpg
Les bacs possèdent des rails en T fort gênants qu’on peut heureusement décoller assez facilement.
Enlévement rails bacs.jpg
Enlèvement rails couvercles.jpg
Nettoyage.jpg
Enlèvement des tétines de mise en eau qui ne serviront plus
Enlèvement tétines .jpg
Enlèvement de tous les ventilateurs qui servaient principalement à refroidir et à diluer l’hydrogène produit lors de la fin de charge des NiCd. Sans utilité pour les KOKAM
Enlèvement ventilateurs.jpg
Cependant le CEVE pendant une charge force la mise en route des ventilateurs et vérifie en permanence leur «fonctionnement » pour autoriser la charge. J’ai expérimenté, il faut qu’une intensité minimum passe pour que la charge soit autorisée : ~200mA pour le bac AR et ~160mA pour le bac AV. Branchement à la place des ventilateurs de « résistances de simulation ventilateurs » : 2 résistances 10W de 33ohms en série pour le bac AR (consommation 3W) et 2 résistances 10W de 39ohms en série pour le bac AV (consommation 2,5W)
Résistances de simulation ventilateurs bac AV.jpg
Le CEVE est trompé, c’est OK pour la charge. La puissance admissible des résistances (20W) étant surdimensionnée elles ne chauffent presque pas.

Entre les 2 bacs il y a une sonde qui mesure la température extérieure (paramètre tEht)
Sonde température extérieure .jpg
Elle commandait les ventilateurs si la température bacs est élevée et la température extérieure plus basse que celle des bacs selon le graphe
Graphe ventilation bacs.jpg
N’ayant plus de ventilateurs il est inutile de dissiper (hors nécessité phase charge) inutilement de l’énergie même minime (5,5W) dans les « résistances de simulation ventilateurs ». Les sondes de mesure température des 2 bacs seront conservées. Afin de se situer hors du domaine de ventilation la sonde de température extérieure a été remplacée par un potentiomètre ajusté pour mesure fictive permanente de +35°C.


A suivre dimensions internes réelles utiles des bacs
.
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Re: KANGOO G1-300

Message par pdelagrange » mar. 06 01 , 2015 17:09

Merci pour le clin d'oeil :)

Je songe moi aussi aux Kokam que j'ai dans mon garage, mais pour la clio (+ extension capot pour le kangoo), donc je suis ton aventure de près.

Deux remarques :
1) les "rails" au fond du bac en plastique fibré tout mou c'était autant pour la rigidité que pour le maintien des monoblocs. Comment vas-tu faire pour redonner de la rigidité ? Quand même pas transmettre l'effort aux cellules Kokam ? Une plaque au fond ? Plein de petits rails ou tubes ?

2) je suis très dubitatif sur l'absence de ventilation, ça chauffe forcément un peu ; comment ces calories vont-elles être évacuées, surtout quand le véhicule est à l'arrêt (en charge, par exemple) ou à vitesse réduite (forte côte, ou descente) ? Comme faire pour que la température des cellules soit à peu près homogène ?
C'est un de mes principaux sujets de réflexion en ce moment.

Et une question subsidiaire : forcément, tes blocs Ni-Cd à la retraite font des envieux... :wink:

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Re: KANGOO G1-300

Message par CHEVREUSE » mer. 07 01 , 2015 2:37

@pdelagrange

1) Le fond des bacs est légèrement nervuré sous les T
détail petites nervures bacs.jpg
le débord est d'environ 6mm, j'ai complété les creux avec des plaques de liège (qui n'ajoutent rien à la rigidité) pour mettre tout plat. J'ai observé que les batteries KOKAM sont assez légères et rigides pour être autoporteuses, c'est à dire que si on place les bords opposés sous deux cales elles ne s'affaissent pas de manière visible au milieu. Si on en empile plusieurs cela ne change pas le comportement, sauf bien sûr la pression locale à l'endroit des cales qui augmente en proportion. Je ne pense donc pas que les KOKAM à plat puissent creuser le bac de manière appréciable, en tous cas j'ai procédé comme cela et n'est rien observé de notable ...

2) Déja il n'y a pas l'échauffement de la phase surcharge des NiCd où une bonne part de l'énergie ~900W (180V-5A) est dissipée en chaleur. De plus les batteries lithium (à capacité égale) ont une résistance nettement plus faible que les NiCd (surtout vieillissantes). Et dans mon cas la capacité très importante diminue d'autant la résistance globale et donc la dissipation totale (les batteries sont très peu sollicitées), également la dissipation, déjà nettement réduite, est répartie en 3 endroits (2 bacs et capot). Surtout il ne serait pas facile de ventiler le cœur de plaques empilées, il faudrait les espacer. Si on les espace de 3mm on augmente le volume à caser de plus de 50%, c'est déjà pas facile! Dans mon montage je n'ai pas actuellement de mesure température au cœur de l'empilement, mais seulement les infos des sondes températures bacs que j'ai conservées (dans les bacs mais extérieures à l'empilement, donc moyennement représentatives), j'ai aussi une sonde dans le casing KOKAM capot. Je n'ai pas observé d'échauffement vraiment important, ni après charge, ni après roulage. Si les batteries du cœur fonctionnaient en étant nettement plus chaudes (donc moins résistantes), cela devrait peut-être se voir dans la répartition des tensions des batteries centrales/externes en fin de décharge? Je n'ai pas pu déceler un tel effet.

Oui il y a des NiCd, des NiMH, des ventilateurs, des diodes antiretour disponibles.
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Re: KANGOO G1-300

Message par CHEVREUSE » mer. 07 01 , 2015 3:09

.
Dimensions internes réelles utiles des bacs

Il y a des creux, des bosses, des nervures, les bacs présentent une dépouille, pas si facile de modéliser le volume réellement utilisable avec la précision nécessaire.

Après réalisation de gabarits en bois et en carton ajustables et moult essais il est déterminé que :

. les dimensions horizontales sont à peu près celles attendues
pour le bac AV 1002x255 (1000x250 attendu)
pour le bac AR 897x502 (900x510 attendu)
. mais en hauteur c’est la déception, seulement 250mm au lieu de 300 espéré ! Cela est principalement dû aux couvercles, en effet les bossages du dessus des batteries NiCd rentrent dans des creux des couvercles moulés à cet effet et il y a des protubérances des couvercles vers l’intérieur (voir photos précédentes)

Donc rien dans le bac AV et donc 2P38S seulement …

Et si on pouvait surélever un peu les couvercles par rapport à la partie inférieure des bacs ? Il y a «ici » un petit creux qui deviendrait assez exploitable en biais dans le bac AV, « là » des batteries en plus à plat dans le bac AR + d’autres en biais … ? Finalement après cogitations il est déterminé qu’avec un rehausse de 33mm on pourrait loger au chausse-pied 18 batteries dans le bac AV et 99 batteries dans le bac AR soit 117 batteries = 3P39S ! Il en faudra aussi une de plus sous le capot pour transformer le 1P38S en 1P39S = 118 batteries – c’est pile la quantité qui me reste !

C’est la voie choisie avec une rehausse de 35mm. La tension sera un peu plus élevée (~+4V) mais il n’y a plus la contrainte de cohabitation avec les NiCd et c’est très compatible avec le CEVE Kangoo. Les WINA 24Ah actuelles (tension plus faible) sont protégées par leur diode antiretour, elles ne donneront pas au début mais devraient néanmoins être vidées avant la fin de la décharge (courbe tension très plate).
Sur la photo ci-après (« emplacement bac AV » – mais ~similaire bac AR) on voit que les couvercles s’appuient sur 4 plats munis d’une tige filetée (M10) et par ailleurs l’espace disponible au-dessus correspond quasi juste à l’épaisseur du couvercle. Pas de possibilité de rentrer plus les couvercles sous la voiture.
Emplacement bac AV.jpg
Ce sont donc les parties basses des bacs qui descendront de 35mm avec une garde au sol réduite en conséquence. Naturellement les tiges filetées M10 (soudées) ne sont pas assez longues et il faut chacune les prolonger avec un manchon femelle + un bout de tige filetée.

A suivre l'architecture
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Re: KANGOO G1-300

Message par solutionR92 » mer. 07 01 , 2015 10:37

Bonjour,

Je ne me souvient plus très bien mais sur un proto du même type nous avions un couvercle plus epais, avez mesuré la garde entre le haut du bac et le fond du véhicule ?

Bonne journée.

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Re: KANGOO G1-300

Message par pdelagrange » mer. 07 01 , 2015 15:10

J'ai observé que les batteries KOKAM sont assez légères et rigides pour être autoporteuses
Mmh. Je ne ferai pas comme ça. Verticalement sur la tranche, ok, mais à plat non. Pour moi les cellules ne peuvent pas être considérées comme éléments de structure, or là si le bac s'affaisse au milieu avec le temps et les cahot, les cellules vont gentiment prendre la forme (avec le temps), et je ne sais pas ce que ça donne dans la durée... peut-être que ça n'a aucune importance, mais je ne sais pas.
Je me pose aussi des questions sur la répartition de la pression dans un empilement à plat : les cellules du dessous sont forcément plus écrasées, et je ne sais pas non plus ce que ça donne.

Ah oui, et aussi, tu fais comment pour les arrimer ? Tu comptes uniquement sur les connexions côté languettes, ou il y a autre chose ?

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Re: KANGOO G1-300

Message par Citro » mer. 07 01 , 2015 23:35

Les remarques de pdelagrange méritent réponse...
La plus grande prudence s'impose pour la mise en œuvre de telles cellules.
Je partage son inquiétude sur le positionnement à plat...
Il est courant que les poches gonflent pendant les cycles d'utilisation, si les poches subissent des contraintes, l'enveloppe risque de lâcher...
L'electricité, c'est LA solution.

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Re: KANGOO G1-300

Message par pdelagrange » jeu. 08 01 , 2015 0:22

Disons que Lumeneo avait fait des empilements à plat, donc ça doit être admis par Kokam (et en plus sur la Clio je n'aurai pas le choix), mais je me demande quelles sont les conditions limites : est-ce que le support doit être lisse et rigide, combien peut-on en empiler ou quelle est la limite de pression ; est-ce qu'on peut presser l'empilement pour le maintenir en place avec une plaque vissée sur le support (à priori ils ont déjà répondu que ce n'est pas conseillé car en effet il y a un léger gonflement).

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Re: KANGOO G1-300

Message par CHEVREUSE » jeu. 08 01 , 2015 2:31

En effet :
voitric a écrit :Dans les packs constitués par Lumeneo pour les Smera et validé par Kokam, les cellules sont a plat les unes sur les autres....
Même pour un empilement de 40 batteries à plat, du fait de leur grande surface la dernière ne reçoit qu'une très faible pression <0,05kg/cm2 (si charge répartie). Si on veut utiliser par ailleurs un dispositif de mise en compression elles recevront bien plus!
Mon opinion est que c'est un faux problème ou en tous cas un problème potentiel mineur.
De toutes façons il n'y a pas le choix de les mettre verticales dans la Kangoo.
J'ai démonté et ouvert récemment mon extension capot (38 cellules à plat) mise en service en mars 2014 et n'est observé ni fléchissement, ni aucun gonflement. Mais le recul est évidemment faible
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Re: KANGOO G1-300

Message par CHEVREUSE » jeu. 08 01 , 2015 3:15

.
Architecture

Les batteries KOKAM ne se placent pas côte à côte sur un plan avec ensuite barrettes de raccordement vissées comme des blocs « LiFePO4 », mais leur forme très plate conduit à les empiler, que l’ensemble soit ensuite posé à plat ou vertical (voire en biais). Leur raccordement série ou // n’est pas non plus simple, les sorties sont constituées de 2 lames 18x100 épaisseur 0,2 (chacune percée de 3 trous diam. 9,5 dans mon cas).
Cellule KOKAM 70Ah.jpg
La faible distance entre les lames de 2 batteries adjacentes (5,6mm) ne permet guère le vissage de barrettes de connexion individuelles. Certains utilisent la soudure, mais les lames des batteries sont généralement connectées électriquement par mise en compression avec dispositif inter lames permettant la mise en série ou en //. Avec les cellules pouvaient être fournies des barrettes spéciales isolantes conductrices astucieuses permettant la mise en série. C’est ce qui a été utilisé pour la réalisation de l’extension 1P38S du capot.
Barettes mise en série.jpg
Mais cela ne convient pas pour la mise en // de 3 batteries (3P) et non plus pour la mise en série de 2 groupes de 3 en // (intensité trop élevée pour ces barrettes). Il a fallu donc créer une architecture adaptée et celle qui a été retenue est schématisée ci-après
Principe montage serie parallele.pdf
La mise en compression se fait par des tiges filetées M5 traversantes isolées des lames par un tube plastique RILSAN diam. 6/8.

. pour les batteries disposées « à plat » elles sont vissées à la base dans une plaque métallique elle aussi isolée. La base n’étant plus accessible après empilage il faut que les tiges filetées ne tournent pas lors du vissage final des écrous de mise en compression. A cet effet les extrémités des tiges filetées sont matricées sur la plaque et collées à la résine époxy
Dispositif de mise en compression.jpg
. pour les batteries disposées « en biais » les 2 extrémités des tiges filetées sont accessibles et on peut utiliser simplement des écrous (avec cale isolante)

La mise en série/parallèle indiquée sur le principe montage ci-dessus par « cale conductrice laiton » aurait pu être effectivement parfaitement réalisée par des cales conductrices spécialement usinées, mais si l’on ne possède pas les moyens d’usinage c’est assez onéreux. La solution retenue est de les remplacer par 3 écrous laitons M10 (diam. int. 8,5) facilement disponibles et abordables. Mais leur épaisseur est de 4,8mm au lieu de 5,6mm nécessaire. A intervalles réguliers on ajoute donc des rondelles laiton diam.8mm int., épaisseur 1,5mm et parfois 0,6mm pour respecter le pas moyen, la souplesse des lames s’en accommodant.
Ecrou M10 + rondelle diam. 8 ep 1,5.jpg
La « cale isolante (plastique) » est constituée d’une barrette de mise en série (modèle utilisé pour l’extension capot) coupée en 2. C’est alors une cale isolante épaisseur 5,6 qui comporte une lame conductrice sur une face. La lame conductrice est raccordée à un fil pour la prise de potentiel destinée aux cartes esclaves BMS
Cale isolante plastique avec lame conductrice.jpg
A suivre remplissage des bacs
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4,8kWc panneaux photovoltaïques

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