KANGOO G1-300

[CHEVREUSE]

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Et petit à petit le bac AR est achevé

Bac AR rempli.jpg

En partant de « l’arrivée de courant » rouge à l'extrême droite on y distingue la « cell1 » en biais constituée de 3 batteries en //. Elle est mise en série par un câble 50mm2 avec la « cell2 » à gauche constituée de 3 batteries en //, en-dessous se trouve la « cell3 » constituée de 3 batteries en // et ainsi de suite jusqu’à « cell17 » au fond. La « cell17 » est mise en série (par des plats conducteurs) avec la « cell18 » à la base de la pile de droite et cela remonte selon le même agencement jusqu’à la « cell33 » toujours constituée de 3 batteries en // et un câble file vers le bac AV. A noter les feuilles plastiques d’isolation (violet) sous les écrous de mise en compression. Au centre les connexions des 2 piles sont séparées par une plaque blanche plastique verticale (peu visible sur la photo).

La distance rehausse 35mm est fixée par des cales plastiques en T (récupération des rails couvercles qui font justement 35mm) collées sur les parties inférieures des bacs.

Cale 35mm et joints.jpg

L’étanchéité est réalisée par 3 épaisseurs de joints « porte de garage » (14x14 autocollants). C’est extra souple et se comprime facilement à 35mm. C’est une solution assez moyenne car ils ne sont pas strictement étanches et peuvent s'imbiber (la porosité est ouverte), l’ensemble joint est instable, pas très solide (l'autocollant n'est pas très bon). J’ai fini par y instiller beaucoup de colle silicone pour solidariser les couches de joints entre elles (non exécuté sur la photo), c’est mieux. Pour finir un ruban adhésif armé extrafort largeur 50 fait le tour de la rehausse.

Et le bac AV est rempli des « cell34 » à « cell39 » en biais, les N° visibles au moment de la photo sont les N° initiaux de batteries et pas encore les N° de « cells »

Bac AV rempli (vue 1).jpg

Bac AV rempli (vue 2).jpg

A suivre cartes BMS esclaves
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[CHEVREUSE]

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Cartes BMS esclaves

Il faut installer une carte esclave par cell (le BMS sera mieux détaillé plus loin)
J’ai choisi par facilité de ne pas fixer les cartes esclaves BMS sur les « cells », mais de les grouper dans des petits boitiers fermés extérieurs aux bacs. Ce sont les fils de prise de potentiels qui arrivent dans les boitiers. La conséquence c’est que la mesure de température par les cartes est sans guère d’utilité.

1 boitier à l’arrière du bac AR

33 cartes esclaves BMS bac AR .jpg

33 cartes esclaves BMS bac AR (détail).jpg

L’autre boitier côté droit du bac AV

6 cartes esclaves BMS bac AV (détail).jpg

Boitier carte esclaves bacAV fermé .jpg

Bac AR fermé (manque couvercle boitier et ceinture étanchéité ruban adhésif)

bac AR fermé .jpg

Bac AV fermé (manque la ceinture d’étanchéité ruban adhésif)

Bac AV fermé .jpg

Les cartes esclaves BMS de l’extension capot

39 cartes esclaves BMS extension capot.jpg

Boitier 39 cartes esclaves BMS extension capot.jpg

il faut rejoindre le parking.jpg

Remontage des bacs, la Kangoo est remise sur roues.
Remontage de l'extension KOKAM capot et des WINA.

A suivre gestion KOKAM/utilité d'un BMS
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[ericjlb]

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A suivre gestion KOKAM/utilité d'un BMS
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On suit , on suit !

Bien cordialement ;; éric
,

[CHEVREUSE]

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Attention, c'est plus aride!

LA GESTION KANGOO/KOKAM/BMS CHOISIE

- UTILITE D’UN BMS (rappel=déjà connu de la plupart des « forumeurs »)

Les batteries doivent rester dans leur domaine spécifié d’utilisation (tension mini/maxi, température mini/maxi, courant maxi charge/décharge …) sous peine de problèmes plus ou moins graves. C’est particulièrement important pour les batteries base lithium très peu tolérantes.

Voici le domaine des KOKAM 70Ah utilisées :
Tension : 2,7V mini/4,2V maxi
Charge : 0°C mini/45°C maxi avec intensité 140A maxi
Utilisation : -20°C mini/60°C maxi avec intensité 350A maxi

Le fonctionnement hors domaine peut altérer au moins la durée de vie des batteries et pire les détruire très rapidement. Dans le cas de surchauffe/surtension/surintensité la destruction peut s’accompagner de gonflement, percement, voire d’inflammation !
C’est pourquoi les ensembles lithium importants sont généralement surveillés par un BMS (Battery Management System) plus ou moins sophistiqué assurant pour chaque batterie individuellement :

. au minimum la mesure de de leur tension
. souvent une mesure de leur température
. parfois une mesure d’intensité et d’autres paramètres

Des seuils sont fixés qui entrainent en cas de franchissement une action "sécurité" : simple signalisation lumineuse ou sonore, ou intervention automatique adaptée.
En sus de ces fonctions « sécurité » se trouve la plupart du temps une fonction «équilibrage». Les batteries en série sont traversées par la même intensité et si l’une (ou plusieurs) se trouve à un état de charge (donc tension) différent des autres elle viendra prématurément en limite de tension (haute ou basse) empêchant l’utilisation de l’énergie résiduelle des autres qui peut être appréciable.
Or les écarts de fabrication et de santé conduisent inévitablement à des états de charge plus ou moins différents. L’équilibrage est utilisé pour combattre cette dérive et ramener au mieux les récalcitrants dans le peloton.
Nous ne détaillerons pas ici les différents type d’équilibrage (par le haut, par le bas ,+/- permanents, résistifs, capacitifs, inductifs …) pas plus que les différents BMS (centralisés, distribués …) pour décrire celui utilisé.

- LE « BMS PARFAIT ».

La conception et la présentation sur ce forum a été faite par « nlc »
topic8694.html
topic12090.html

Et commercialisé sur son site
http://www.ve-tronic.fr/store/bms

Il est du type « distribué » c’est-à-dire qu’il y a normalement une petite carte « esclave » par batterie mesurant sa tension, la température et comportant une résistance pouvant dissiper un peu de courant (200mA) pour réduire éventuellement sa tension (« équilibrage résistif par le haut »). Les cartes esclaves communiquent avec un «maitre» qui est le cerveau du système

cartes esclaves et 2 maitres.jpg

Cartes esclaves

Lorsque X batteries sont disposées en // on peut se contenter d’une seule carte esclave pour ces batteries. La contrepartie est une moindre efficacité de l’équilibrage (200mA/X) et une mesure de la température moins significative « batterie » si les batteries en // sont un peu éloignées.

photo carte esclave.jpg

plan carte esclave.pdf

Dans mon cas 78 cartes esclaves sont nécessaires :
3P/39S dans les bacs soit 39 cartes
1P/39S dans le capot soit 39 cartes

Mon choix de disposer les cartes groupées hors des bacs et non sur les batteries (voir plus haut) rend leur mesure de température non significative de celles des batteries, reste la mesure de tension et l’équilibrage (commandé par le maitre et moins efficace pour les bacs que pour le capot)

Maitre

maitre.jpg

maitre ouvert.jpg

maitre brochage.jpg

Le maitre du « BMS parfait » n’est pas prévu pour gérer 2 groupes d’esclaves en // (1P39S et 3P39S), il faut donc 2 maitres … et gérer leur cohabitation !

A suivre la contrainte de charge
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[ericjlb]

Outch ! ; c'est vrai que c'est aride !

Bien cordialement ;; éric
,

[moulino51]

Franchement, je suis impressionné, mais j'ai aussi des craintes sur la tenue mécanique du système avec les poches des Kokam qui sont posées en oblique et qui risquent de subir des dommages a cause de contrainte mécanique ?

Quelle usine a gaz (mais tu semble parfaitement maitriser) pour ma part, je ne m'y risquerais pas et je pense rouler encore un bon moment en NiCd.

Mais bon, je t'adresse quand même mes félicitations, et un grand merci pour le partage.


Gé

[babar2508]

Bonjour,

En effet tu as bien beaucoup de courage en très peu de temps .
Quelqu'un de bien connu sur ce forum qui pilote des avions m'a bien confirmé que les kokam étaient super fragiles et de ce fait qu'elles n'étaient pas vraiment faites pour être montées dans des VE , (vibrations , chocs en tous genres etc ...)
Sincèrement tu me fais peur avec tes montages, j'espère me tromper .

[Tie]

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%...

Désolé pour le hors-sujet, Citro, ton ami est-il inscrit sur le forum ?
Je pense que son travail pourrait intéresser quelques personnes (moi le premier... ).


A+
Cédric

[Citro]

@ tie: L'ami n'est pas inscrit à ma connaissance, la suite en MP.

[pdelagrange]

Ouais, bon décidément ça démontre l'intérêt limité d'un système distribué. Ici il aurait mieux valu des grappes de 8 éléments par exemple.
Beaucoup trop de spaghettis ; c'est très dangereux. Tu as mis un fusible au départ de chaque fil ?

[CHEVREUSE]

Toujours aride!

- LA COMMANDE DE LA CHARGE PAR LE BMS

La charge des batteries lithium se fait selon un mode « CC/CV » c’est-à-dire une première phase « CC » (Constant Current) où le courant est constant et la tension monte au fur et à mesure de la charge jusqu’à atteindre une tension proche mais inférieure à la tension maximale admissible, puis une phase « CV » (Constant Voltage) on fige alors la tension et le courant diminue peu à peu à mesure que la batterie se stabilise à cette tension. Pendant cette phase a lieu l’équilibrage.

Le chargeur de la Kangoo, destiné au NiCd fonctionne différemment. Il y a d’abord une première phase « CC » avec une intensité au choix de 10 ou 16A (vue coté alimentation 230V), puis à partir d’une tension non réglable et variable (~180V), bien supérieure à celle admissible par les KOKAM (4,2Vx39=163,8V), passage à une deuxième phase « CC » à intensité plus réduite et la tension monte encore pendant un temps dépendant de divers paramètres. Le comportement du chargeur Kangoo n’est pas pilotable et seule la majeure partie de la première phase est éventuellement utilisable.

Dans la première étape du projet (cohabitation KOKAM et NiCd)

topic11845.html#p152564

Un chargeur lithium (chargeur Tc) a été approvisionné et utilisé pour charger l’extension KOKAM capot.
Dans cette deuxième étape il est décidé la stratégie suivante :
Début de charge avec le chargeur Kangoo (2,3 ou 3,6kW) + éventuellement chargeur Tc (3kW maxi réglable).
A l’approche de la tension « CV » choisie coupure automatique du chargeur Kangoo et fin de charge/équilibrage assurée par le chargeur Tc seul. Pour la sécurité le dépassement éventuel d’un seuil réglé à 4,1V devra couper définitivement toute charge.

- LA COMMANDE DE LA DECHARGE PAR LE BMS

La décharge des KOKAM ne pose pas de problème particulier, la spécification de décharge maxi en continu est de 350A par batterie (soit pour 4P au total 1400A théorique) et la Kangoo limite l’intensité à ~300A seulement (en BOOST)
En pratique le taux de sollicitation moyen devrait être inférieur à C/3 ce qui est très bien pour la longévité et la capacité de restitution
Contrainte fixée : aucune décharge en dessous d’un seuil fixé à 2,9V.

A suivre L'incidence de la capacité accrue.
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[CHEVREUSE]

Sec, sec!

- L’INCIDENCE DE LA CAPACITE ACCRUE

L’indicateur de charge « SOC » (State Of Charge) de la Kangoo fonctionne sur le bilan de la mesure de l’énergie entrante/sortante et non sur la mesure de tension qui n’est pas suffisamment précise et significative. La capacité KOKAM totale est de 280Ah. La Kangoo d’origine a une capacité de 100Ah et son SOC est prévu pour varier de 0 à 100% pour 0 à 100Ah. Elle ne pourra donc en l’état indiquer le SOC des 280Ah KOKAM. Au pire on craint que le calculateur (CEVE) de la Kangoo soit perturbé en voyant passer 280Ah alors qu’il est prévu pour 100Ah pouvant provoquer un dysfonctionnement potentiellement sérieux (la logique du calculateur est hélas largement méconnue).

La voie choisie pour pallier à ces problèmes est d’essayer de tromper le CEVE en lui faisant croire qu’il passe 100Ah alors que c’est en réalité 280Ah. Le calculateur établi ce paramètre à partir de l’information d’un capteur de courant situé dans le CEVE mesurant l’intensité entrante/sortante des batteries. C’est un capteur de courant à effet Hall « LEM LF 306s » d’un rapport de transformation 1/2000 (il fournit un signal +/- 0,15A pour mesure +/- 300A).
http://www.lem.com/hq/fr/component/opti ... .46.000.0/

Si l’on peut modifier le rapport de transformation en 1/(2000x2,8) = 1/5600 il fournira un signal 2,8 fois plus faible et le CEVE calculera 100Ah pour 280Ah passés ? Le rapport de transformation du capteur de courant existant n’est pas ajustable et semble difficilement modifiable (moulé résine). Il est décidé de le laisser in situ (non raccordé) et d’utiliser à sa place un autre capteur de courant de rapport de transformation convenable. Il n’a pas été possible d’approvisionner un capteur de caractéristiques similaires avec un rapport exactement 1/5600, mais seulement, au plus proche, 1/5000 : capteur « LEM LF 505-S ».
http://www.lem.com/hq/fr/component/opti ... .50.000.0/

Le CEVE calculera donc ainsi 112Ah pour 280Ah réel, cela devrait aller ?

Mais il y a naturellement une incidence sur tous les paramètres utilisant ce capteur de courant :

. le SOC (c’est le but recherché)
. le petit vumètre puissance instantanée, indication divisée par 2,5, sans grand intérêt pour moi
. l’indication consommation en kWh/100km divisée par 2,5. Bon je le sais et le CEVE pensera que je suis très économe ou que c’est une longue descente, vent arrière … Je suis habitué avec mes diverses extensions à avoir une consommation apparente faible
. également affectées du même coefficient 2,5 les indications « cachées » : Ah chargés et déchargés, kWh chargés, c'est sans conséquence. Si j’ai besoin de leurs valeurs je corrigerai du coefficient 2,5

Sans incidence sur :

. autonomie restante en km : elle devrait être assez peu perturbée et proche du réel (capacité apparente 2,5 fois plus faible mais consommation apparente 2,5 fois plus faible
. chargeur Kangoo : fort heureusement le chargeur Kangoo utilise un autre capteur de courant pour contrôler l’intensité qu’il débite, il ne devrait pas être perturbé ?
. limitation d'intensité décharge : lorsqu’on appuie à fond sur l’accélérateur l’intensité (plus probablement la puissance) est limitée par le CEVE. Pour cela il n’utilise pas l’information du capteur de courant cité, mais la mesure est faite directement dans l’alimentation alternative du moteur par 2 autres capteurs de courant, là encore normalement pas d’incidence prévue

Concrètement le nouveau capteur de courant 1/5000 est installé hors du CEVE et est traversé par l’intensité KOKAM totale (bacs + capot). Les 3 fils de mesure reliant l’électronique au capteur de courant existant ont été rallongés et le surplus ressorti hors du CEVE, puis coupés. On peut ainsi brancher les 3 fils de l’électronique au nouveau capteur (ou éventuellement rebrancher l’ancien sans démontage)

Le bon fonctionnement de l’affichage SOC Kangoo ainsi retravaillé étant toutefois incertain, une autre mesure du SOC par un BMS a été prévue : installation d’un capteur de courant supplémentaire « LEM HT FS 400-P »
http://www.lem.com/hq/fr/component/opti ... .48.000.0/
, traitement de l’information par le maitre « bacs » et affichage du SOC calculé sur un petit indicateur digital dans l’habitacle.

A suivre fonctionnement avec 2 maitres
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[CHEVREUSE]

Ouais, bon décidément ça démontre l'intérêt limité d'un système distribué ... Beaucoup trop de spaghettis ; c'est très dangereux. Tu as mis un fusible au départ de chaque fil ?

Oui, je trouve que les KOKAM sont vraiment beaucoup plus mal adaptées au montage direct sur elles de cartes esclaves que des grosses cellules LiFePO4 (1P) parallélépipédiques. Je n'en ai pas eu le courage! J'attends avec grand intérêt les détails techniques des réalisations des autres acheteurs de KOKAM 70Ah "voitric"!
Mon opinion actuelle est que si les cartes esclaves sont raccordées plus ou moins directement sur le +/- d'une KOKAM, la fonction "surveillance de température" est mieux, certes, mais pas vraiment aboutie : s'il y en a 2 ou 3 en // qu'est ce que cela mesure? Par ailleurs les cellules KOKAM sont de très grande surface, il pourrait se passer des surchauffes loin des cartes? Bon OK, une mesure de température imparfaite c'est mieux qu'une mesure de température sans signification utile.
Pour la mesure de tension de sécurité cells min et probablement max je ne vois pas bien la différence avec mon montage.
Pour l'équilibrage il pourrait y avoir un peu de différence selon longueurs et section fils, mais il me semble que "nlc" nous a indiqué que les mesures de tensions cells sont effectuées simultanément pendant un très court moment où les intensités d'équilibrage (200mA) sont arrêtées? J'ai rêvé?

Je n'ai pas mis de fusibles à chaque départ, ce pourrait être un plus.

[CHEVREUSE]

Il y a cette fois des images, s'il y en a qui suivent encore!

- FONCTIONNEMENT AVEC 2 MAITRES

Les 2 maitres s’ignorent, leurs informations ont donc été traitées pour élaborer un comportement cohérent adapté comme suit :

Pour la charge

. la phase de charge est commandée par un relais actionné par le 230V provenant de la prise de charge « MARECHAL » si branchée, il envoie alors du 12V sur les entrées « CHARGE » des 2 maitres
. si toutes ses tensions cells sont OK (<4,1V) chaque maitre actionne un relais « OK charge ». L’ensemble des 2 relais "OK charge" étant actifs cela actionne les 2 contacteurs de puissance : chargeur Kangoo et chargeur Tc
. lorsqu’un des 2 maitres détecte une tension >4,075V approchant celle d’équilibrage (4,1V-0,02V inhérent à la conception du BMS=4,08V) le contacteur du chargeur Kangoo est coupé définitivement et le chargeur Tc continue seul pour la phase d’équilibrage
. les cells au-dessus de 4,08V sont « équilibrées »
- les maitres commandent aux esclaves concernés la décharge de leur cell à 200mA
- simultanément ils pilotent la réduction progressive de puissance du chargeur Tc pour rester en dessus de 4,1V
. s’il arrive qu’une cell dépasse 4,1V tous les contacteurs de charge sont coupés définitivement

Mais avec 2 maitres pour piloter un seul chargeur Tc ce n’est pas simple!

Mon chargeur Tc a une possibilité de faire varier sa puissance de 0 à 100% par une action 0 à 5V sur son entrée «ENAB». Il fournit aussi une tension 5V qui, si raccordée à "ENAB", induit une puissance de 100%.
Chaque maitre peut sortir une commande de puissance chargeur (liée à l’équilibrage) sous forme 0 à 5V pour pilotage de puissance 0 à 100% (serait aussi possible sous forme «PWM», c'est à dire pulsée).
C’est compatible, mais chaque maitre réagi pour ses propres cells et on se retrouve avec deux commandes de niveau généralement différents pour une seule entrée chargeur Tc. Il faut, assez évidemment, s’aligner sur celui qui demande la puissance la plus faible, tension de commande la plus basse. Il faudrait donc en permanence comparer les tensions de commande et sélectionner la plus basse.

Ah oui! Comment faire ?

Je tape sur internet «comparateur de tension» et après tri je vois qu’il existe des composants qui font exactement cela très bien, ce sont des «amplis opérationnels» tels que par exemple le «LM 311P». Je n’y connais rien, mais cela à l’air vraiment simpliste et pas cher. Approvisionnement d’une petite carte de montage et des quelques composants nécessaires, câblage avec un micro relais excité par la sortie comparative du "LM 311P" de façon à ce qu’il sélectionne toujours la commande du maitre le moins disant. Test sur table, ça marche très bien! L’électronique ? mais c’est très simple!

Pour la décharge

. la phase de décharge est commandée par l’envoi du 12V sur les entrées «DECHARGE» des 2 maitres lorsque la clef de contact est en position « 2 » (clic de démarrage ou non)
. si toutes ses tensions cell sont OK (>2,9V) chaque maitre actionne un relais «OK DECHARGE»
. si les 2 relais «OK DECHARGE» sont actifs et la clef de contact tournée en position «démarrage» (et pas de présence prise MARECHAL engagée) la voiture peut rouler
. lorsque l’un des 2 maitres détecte une tension <3,2V un voyant rouge «INFO TENSION BASSE» monté dans l’habitacle s’allume, il s’éteint si on lève le pied et que toutes les tensions remontent >3,2V. C'est informatif, un peu l'équivalent d'un voyant "A recharger", mais non mémorisé.
. une information générale de la tension totale KOKAM et de l’intensité débitée est disponible en permanence sur un afficheur monté dans l’habitacle
. si l’un des 2 maitres détecte une tension <2,9V la décharge moteur est définitivement coupée. RAZ en remettant la clef de contact à 0.

Patience, le schéma de câblage «final» réalisé pour assurer le fonctionnement choisi décrit ci-avant sera affiché un peu plus loin

boitier contacteurs et boitier 2 maitres + relayage (ouverts).jpg

Boitier contacteur à gauche, boitier 2 maitres + relayage à droite, au fond boitier cartes esclaves capot ouvert
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boitier 2 maitres + relayage (détails).jpg

Les 2 maitres sont en partie inférieure, à peine visibles

boitier contrôle chargeur Tc.jpg

boitiers contacteur et 2 maitres + relayage fermés.jpg

A suivre les essais
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[ericjlb]

J'aime bien les images !
Elles égaillent un peu le sujet
Je suis toujours, ou tout du moins je tente de suivre (je comprends pas tout !)

Bien cordialement ;; éric
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