Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CATHI)

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Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CATHI)

Message par Remundo » dim. 18 12 , 2011 16:31

Bonjour à tous les Electromobiliens,

En cette veille de Noël, je vous souhaite d'excellentes fêtes de fin d'année, et le moment est venu de créer un sujet spécialement dédié à la description technique du projet CATHI.

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La Camionnette Automotrice à Triple Hybridation Intégrée (CATHI), est un développement initié par Sycomoreen depuis novembre 2010, qui d'ores et déjà répond pleinement aux besoins d'électromobilité et optionnellement d'hybridation responsables dans les transports.

CATHI a fêté son premier anniversaire avec plus de 10 000 km parcourus et une consommation électrique 100% EnR.

Ce topic va vous permettre de suivre l'histoire de ce concept et de cette réalisation originale uniques au monde.

Remundo pour Sycomoreen

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » dim. 18 12 , 2011 16:33

La génèse de CATHI

Pour commencer, le choix s'est porté sur l'adaptation d'un Citroën Berlingo Electrique

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Documentation pdf technique complète,

Ce véhicule de la gamme PSA au Nickel Cadmium a été développé dans les années 1990 et 2000. Son électronique de puissance est signée SAGEM. Il s'agit pour résumer d'un hacheur de traction réversible en courant.

Cette plate-forme très robuste, pas trop sophistiquée et dotée de batteries Nicad à la fiabilité reconnue était idéale pour le projet CATHI.

En effet, le concept CATHI repose sur la triple hybridation, à savoir :
- Un pack de batteries Nickel Cadmium
- Un pack de batteries Lithium Fer Phosphate
- Un prolongateur thermique par groupe électrogène (optionnel)

Avec des variantes possibles sur le choix de batterie et de groupe électrogène.

Cette triple hybridation permet d'obtenir un fonctionnement fiable et souple du véhicule en s'appuyant sur les atouts de chaque source d'énergie tout en effaçant leurs inconvénients.

Pour obtenir ce résultat, il a fallu concevoir une architecture intégrant harmonieusement cette triple hybridation :

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » dim. 18 12 , 2011 16:34

Choix des batteries et du groupe électrogène

Le pack de Batteries Lithium Fer Phosphate (LiFePO4) est constitué de 2 systèmes 4 kWh produits par Enginer.US intégrant chacun un chargeur de 1300 VA et un contrôleur de batteries BMS (batteries managing system)

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Note : Ces kits "Enginer" sont au départ prévus pour renforcer le pack électrique des Toyota Prius. Cependant, ils s'avèrent complètement compatibles avec le pack Nicad des Berlingo Partner, et même Kangoo électriques.

Les batteries LiFePO4 possède une bonne densité énergétique et une bonne stabilité électrochimique. Elles sont néanmoins sensibles aux surtensions, sous-tensions et courants élevés qui leur causent des dégâts irréversibles (d'où nécessité d'un BMS et de ne pas régénérer ou accélérer vivement).

L'hybridation thermique est un groupe électrogène amovible qui se branche directement sur les chargeurs LiFePO4. Le modèle retenu est un Gényx Energy 3000 Hi.

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C'est un groupe Inverter assez léger (35 kg sans carburant) qui fournit 2600W nominal : 12 A sous 220V, soit exactement les besoins cumulés des 2 chargeurs LiFePO4. Il peut emporter 14L d'essence et fournir ainsi 15 kWh électriques aux 2 kits LiFePO4 pendant une durée de 6h environ.

15 kWh électrique représentent à peu près 80 km pour le Berlingo.

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » lun. 19 12 , 2011 10:23

Câblage de l'habitacle vers le bornier de puissance

La première opération fut la pose :
- d'un câble noir 2G16mm²
- d'un câble blanc 3G2,5mm²

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Le câble noir porte la puissance DC (continue) sous environ 160V et 30A lorsque les 2 kits LiFePO4 injectent (véhicule roulant).

Ce câble pourrait porter un courant continu plus puissant, jusqu'à 100A sous 160V, par exemple produit d'une génératrice DC de 16kW :
1) soit à des fins de recharge rapide sur une prise de forte puissance,
2) soit en "heavy hybrid", c'est à dire que l'hybridation thermique deviendrait prépondérante.


Le câble blanc permet de récupérer du AC220V50Hz dans le bornier SAGEM pour recharger les LiFePO4 (véhicule à l'arrêt). Il comporte un neutre, une phase et le fil de terre. La recharge des 2 kits soutire environ 11A sous 220V AC, 50Hz.

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Les câbles cheminent au pied de la porte AV droite, puis dans le passage de roue

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pour déboucher dans le compartiment moteur

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Ci-dessous le véhicule en cours d'adaptation, avec les fusibles dégraffés.

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par alainriaud » mar. 20 12 , 2011 8:13

Si je peux me permettre, sur l'avant dernière photo je vois un câble passer par un trou de carrosserie.
Je ne jouerais pas à ce jeu là sans protection passe-câble.
Un véhicule, presse-papiers exceptés, ça bouge et vibre.

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par robvdc » mar. 20 12 , 2011 9:06

Bjr
Remundo a écrit :Le modèle retenu est un Gényx Energy 3000 Hi.
C'est un groupe Inverter assez léger (35 kg sans carburant) qui fournit 2600W nominal : 12 A sous 220V, soit exactement les besoins cumulés des 2 chargeurs LiFePO4. Il peut emporter 14L d'essence et fournir ainsi 15 kWh électriques aux 2 kits LiFePO4 pendant une durée de 6h environ.
Cela serait donc les chiffres "constructeur" ? As-tu fait des essais en condition réelle pour mesurer si la consommation en carburant correspond aux kWh fournis ? Si le groupe tien sans surchauffer pendant plusieurs heures ?

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » mar. 20 12 , 2011 9:28

Merci Alain, en fait les fils sont maintenus fixes de l'autre côté de la paroi métallique et ils ne frottent pas.

A bientôt pour la suite.

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » mar. 20 12 , 2011 11:08

Câblage et adaptation du Bornier SAGEM

Le bornier SAGEM comporte
- le DC160V (pattes vertes et rouges) destiné au hacheur de traction
- le AC220V destiné au chargeur des Nicad.

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Les kits LiFePO4 viennent porter leur appui ampérique sur le DC160V. Ils sont conçus pour s'adapter à la tension des NiCad et "pousser" un courant à peu près constant de 14+14 = 28 A. Cela représente une puissance additionnelle de 4500W environ. Elle est commandée par le conducteur depuis l'habitacle.

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Le câblage côté AC (sur la droite) permet de faire remonter le secteur sur les kits LiFePO4 directement via la prise de recharge habituelle du Berlingo.

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Et voici les connexions et les modifications terminées pour la partie du compartiment moteur :

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NOTE DE SECURITE : Attention, il est très dangereux d'intervenir dans ce bornier : impérativement débrocher un fusible du pack Nicad et bien prendre ses précautions...

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par vehiculeselectriques » mar. 20 12 , 2011 15:10

Bonjour,

Qu'ils soient maintenus ou non ne change rien au fait que l'on ne passe JAMAIS du câblage électrique à travers des parois métalliques sans un presse étoupe ou un moulage caoutchouc, pour les lecteurs il suffit de regarder le passage des câbles d'origine dans le boitier de connexion HT en photo pour voir la bonne pratique.

hormis ce point important qu'il fallait rappeler, je lis ton aventure avec curiosité merci du reportage.
Phil
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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » mar. 20 12 , 2011 20:06

Merci Philippe, en effet, les passe-fils sont souhaitables, et voici la suite du reportage...

Boîtiers électriques dans le véhicule

Chaque kit LiFePO4 de 4 kWh comporte
- deux câbles gainés en orange : ils portent le DC de puissance en provenance des batteries Lithium vers les batteries Nicad.
- une entrée AC220V sur le chargeur des LiFePO4

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Après le remontage du siège passager, l'aménagement de l'intérieur du véhicule a consisté :
1) en la pose d'un boitier d'isolement DC sous ce siège du véhicule. Il permet d'isoler les Nicad des LiFePO4 pour des opération de maintenance

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2) le montage d'une console centrale de distribution du AC220V

Cette console intègre un disjoncteur AC 15A, une prise modulaire de service (par exemple pour recharger un téléphone portable), et un relais temporisé qui permet de programmer le déclenchement final de la charge des Lithium selon diverses stratégies (par exemple, retarder de 7h après le début de charge des Nicad).

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Sur le dessus de cette console centrale se trouvent 2 prises qui apportent l'énergie sur les chargeurs des 2 packs Lithium Avant (AV) et Arrière (AR).

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Philippe1331
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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Philippe1331 » mar. 20 12 , 2011 20:44

Bonjour.
Allez, si tu ne veux pas le faire pour toi, fais le pour nous, retires ces câbles en arrière et mets des passe câbles, nous serons plus tranquilles. Ça présente mal sur ta belle installation. :wink:
Et si tu peux accepter une autre remarque, pour toi qui fais le montage, tu a tout en tête mais pour un autre qui aurait à mettre ses mains dans le boîtier électronique, il faudrait afficher toutes les opérations à effectuer pour être hors tension en toute sécurité.
Et nous attendons la suite...
..." et pourtant elle tourne"...

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » mer. 21 12 , 2011 10:49

Câblage électronique dans l'habitacle 1/2

Les 2 kits LiFePO4 sont mis en route par l'intermédiaire d'un interrupteur ON/OFF placé à la portée du conducteur. Cet interrupteur nécessite le 12V de la voiture pour déclencher un relais de puissance à l'intérieur du BMS contrôlant un pack LiFePO4.

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Le courant de commande circule dans les câbles de téléphone :

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Partie de cache-cache dans les méandres du plancher...

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Passage au pied du pupitre central

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Et voilà le chantier à brancher, un multimètre pour tester le 12V ne sera pas de trop :P

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » mer. 21 12 , 2011 18:20

Câblage électronique dans l'habitacle 2/2

On rassemble les câbles à connecter ; il y a pas mal de monde entre l'antenne radio, le faisceau radio, les 2 câbles LiFePO4, le 12V à récupérer...

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ça n'en a pas l'air, mais presque tout est branché...

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Après la pose d'une barrette blanche en PVC découpée sur mesure, les interrupteurs Enginer prennent place à gauche (pour le pack ARrière) et à droite (pour le pack AVant) pour déclencher ou non l'appui ampérique des prolongateurs au Lithium.

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CATHI n'en oublie pas pour autant les petits luxes modernes : autoradio et GPS sont prévus au programme...

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » ven. 23 12 , 2011 11:38

Implantation des kits LiFePO4 et système de charge 1/2

Les 2 kits LiFePO4 prennent place près du centre du véhicule légèrement à droite. Ils sont en butée sur un élément de structure de la carrosserie, ce qui les empêche d'écraser les sièges en cas de freinage violent.

La charge avec conducteur se répartit ainsi ainsi à peu près équitablement sur les 4 roues.

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Vue sur le côté, l'espace de chargement est encore très accessible. Le groupe électrogène étant peu utilisé, l'espace du flan gauche a été réaménagé pour la roue de secours (au départ absente sur ce modèle...).

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La caisserie métallique des kits LiFePO4 est résistante : elle supporte sans difficulté des empilements potentiellement lourds. Il faut par contre veiller à ne pas obstruer les conduits de ventilation et bien arrimer le chargement.

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Un limiteur du courant de démarrage des chargeurs LiFePO4 a été installé dans la niche des 2 kits LiFePO4 qui permet de ranger également le câble secteur. Ce câble peut aussi servir lors des recharges avec le groupe électrogène.

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Re: Camionnette Automotrice Triple Hybridation Intégrée (CAT

Message par Remundo » sam. 24 12 , 2011 0:04

Implantation des kits LiFePO4 et système de charge 2/2

Les 2 kits LiFePO4 comportent des condensateurs dans le circuit de redressement du AC220V. Ces condensateurs appellent un courant de démarrage important, en particulier si les 2 packs sont branchés simultanément.

Ceci a pour conséquence de mettre en sécurité certains appareils ou disjoncteurs sensibles : ils interprètent l'appel de courant comme un court-circuit, ils "sautent" et cela empêche alors le démarrage normal des chargeurs LiFePO4.

A cet effet, Sycomoreen a conçu un limiteur de courant de démarrage bi-voie utilisant des thermistances NTC (negative temperature coefficient).

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Le principe des NTC est d'avoir une résistance élevée à froid, capable de ralentir considérablement la vitesse de charge des condensateurs et donc de limiter le courant de démarrage.

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Cependant, l'échauffement des NTC effondre leur résistance au bout de quelques secondes. Les thermistances sont alors très chaudes (>100°C) et se comportent comme des fils peu résistifs (quelques Ohm et moins).

Ci-dessous le groupe électrogène Inverter Gényx 3000 Hi en test avec le limiteur de courant

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En pratique, les NTC, même chaudes, sont toujours légèrement dissipatives. Donc un circuit parallèle de "shunt" a été créé pour permettre, une fois le démarrage effectué, de se brancher en direct sur le secteur tout en déconnectant complètement la voie NTC.

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Ci-dessous, le câblage interne de ce limiteur de courant de démarrage à 2 voies, conçu et réalisé par Sycomoreen.

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Les chargeurs de ces kits LiFePO4, avec le limiteur de courant de démarrage, se prêtent particulièrement bien à une hybridation thermique puisqu'ils alimentent les batteries LiFePO4, lesquelles peuvent simultanément débiter pour soutenir le pack NiCad.

CATHI se contente en cas de nécessité d'un arrêt. 2h de charge au groupe (2200W) engrangent environ 4,5 kWh, soit 20 km supplémentaires. Le groupe possède 6.5h d'autonomie selon le fabricant.

Mais le montage du groupe électrogène à l'extérieur de l'habitacle serait possible selon diverses options :
- sur l'arrière du véhicule arrimé sur une portière, amovible ou non
- inamovible dans le compartiment moteur du véhicule
- amovible sur le toit du véhicule
- sur une remorque électrogène dédiée

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