Puissance ultime : les packs lithium-ion nécessitent des circuits supplémentaires

Un pack LiIon pourrait bien être exactement ce dont vous avez besoin pour alimenter un de vos appareils. Qu'il s'agisse d'un ordinateur portable, d'un robot, d'un scooter électrique personnalisé ou d'un appareil CPAP, il existe probablement une configuration de cellules LiIon qui répondrait parfaitement à vos besoins. La dernière fois, nous avons beaucoup parlé des paramètres que vous devez connaître lorsque vous travaillez avec des packs LiIon existants ou en construisez un nouveau : configurations, notations de tension, capacité et résistance interne, et éléments à surveiller si vous avez juste envie de le faire. rassembler quelques cellules.

Maintenant, vous êtes peut-être au bord de votre siège et vous vous demandez de quel type de configuration avez-vous besoin ? Quelle tension cible conviendrait le mieux à votre tâche ? Quelle est la disposition physique du pack que vous pouvez vous permettre ? Quelles sont les considérations de sécurité? Et, compte tenu de cela, de quel type d’électronique avez-vous besoin ?

Choisir la configuration du pack

Les configurations des packs sont bien décrites par XsYp:X étages en série, chaque étage ayant Y cellules en parallèle. Il est important que chaque étape soit la même que toutes les autres dans autant de paramètres que possible – des étapes déséquilibrées vous apporteront des ennuis.

Pour obtenir la tension nominale du pack, vous multipliez X (nombre d'étages) par 3,7 V, car c'est là que votre pack passera le plus clair de son temps. Par exemple, un pack 3s aura une tension nominale de 11,1 V. Vérifiez la fiche technique de votre cellule – elle a tendance à avoir toutes sortes de jolis graphiques, afin que vous puissiez calculer la tension nominale plus précisément pour le type de courant que vous vous attendez à consommer. Par exemple, les cellules spécifiques que j'utilise dans un de mes appareils passeront la plupart de leur temps à 3,5 V, je dois donc ajuster mes attentes de tension à 10,5 V en conséquence si je dois en empiler quelques-unes ensemble.

Maintenant, où voulez-vous ranger votre sac ? Cela déterminera la tension. Si vous souhaitez alimenter rapidement un appareil qui attend du 12 V, le 10,5 V à 11,1 V d'une configuration 3s devrait faire des merveilles. Si votre appareil détecte une sous-tension à 10,5 V, vous souhaiterez peut-être envisager d'ajouter un étage supplémentaire.

Quelle quantité de courant souhaitez-vous tirer ? Pour les cellules que vous utilisez, ouvrez à nouveau leur fiche technique, prenez la consommation de courant maximale par cellule, réduisez-la d'environ 50 % et voyez combien de cellules vous devez ajouter pour correspondre à votre consommation actuelle. Ensuite, ajoutez des cellules parallèles selon vos besoins pour obtenir la capacité souhaitée et correspondre à l'empreinte physique que vous visez.

Le dernier mot pour cette section concerne la sécurité. Lorsque vous travaillez avec des packs dépassant 20 V, vous courez un risque de blessure plus élevé qu'avec l'électronique basse tension habituelle. Le DC ne vous choque pas comme le fait le AC, il contracte vos muscles d'une manière qui risque de vous accrocher à tout ce qui vous choque et peut également faire frire vos muscles de l'intérieur. Si vous travaillez avec des packs de vélos électriques, vous devriez sérieusement tenir compte du conseil d'avoir une main dans votre poche autant que cela est humainement possible.

Non seulement cela, mais travailler avec des packs LiIon est physiquement dangereux même si vous n'êtes pas choqué. À une certaine tension et capacité du bloc, un court-circuit peut vous aveugler et faire fondre facilement vos outils métalliques – utilisez autant que possible du plastique. S’il peut entraîner le moteur de votre vélo électrique, il contient suffisamment d’énergie pour faire beaucoup de dégâts.

Heureusement, en fin de compte, la sécurité est gérable. De plus, il existe des appareils électroniques qui vous aident à en prendre soin.

Electronique Et Equilibrage

En termes de circuits, vous avez besoin de trois éléments pour un pack LiIon : la charge, la protection et l'équilibrage. Commençons donc par l'équilibrage, car les circuits d'équilibrage vous donnent des informations indispensables sur les exigences de charge des packs LiIon.

L'équilibrage est sérieusement nécessaire pour les packs LiIon qui ont plus d'une cellule en série. Par définition, une puce de chargeur LiIon ne surveille pas les étapes individuelles de la série. Au fil du temps, les étapes de n'importe quel pack développeront des inadéquations en termes de résistance interne et de capacité, si elles ne sont pas visibles au moment de la construction du pack. Pendant la charge, cela signifie que certains étages peuvent être complètement chargés tandis que d'autres n'ont pas encore fini de se charger – et un chargeur LiIon qui est uniquement connecté à la masse et à la sortie d'une seule série ne peut pas le détecter, il continuera donc à pomper du courant. dans le pack, ce qui pourrait entraîner une surcharge.

Les équilibreurs sont des circuits que vous intégrez directement dans le pack LiIon, en parallèle avec chaque étage, qui contiennent une lourde résistance et peuvent détourner tout le courant de charge d'un étage de cellule lorsque la tension sur l'étage dépasse le seuil de tension maximum. Pendant que le pack se charge, les équilibreurs s'allumeront un par un, protégeant ainsi les étages ayant la capacité la plus faible contre la surcharge. Les équilibreurs sont simples : vous pouvez en construire un avec une résistance, TL431, et un FET aléatoire à partir d'une carte mère de bureau. Bien entendu, il existe également un équilibreur disponible sur le marché pour presque toutes les configurations de batterie.

Vous devez ajouter un équilibreur si vous voulez que votre pack soit en sécurité, encore plus avec les packs à nombre d'étapes élevé où même les différences infimes seront bientôt exacerbées. Et triplement si vous fabriquez votre pack à partir de batteries récupérées, qui peuvent présenter des inadéquations que la charge en série exacerberait.

Si vous recherchez un circuit de protection qui effectue l'équilibrage à votre place, recherchez les rangées de résistances CMS sur la carte. Les équilibreurs ne remplacent pas un pack mal construit – ils ne peuvent pas dissiper autant de courant ; en fin de compte, ce sont des protections qui aident à empêcher qu’un bon pack ne se détériore, et vous en avez autant besoin que vous avez besoin des circuits de charge et de protection.

Chargement et protection

Une fois que vous passerez à un pack multi-étages, les chargeurs classiques à un étage TP4056 ne fonctionneront plus, autant je les aime. Procurez-vous plutôt une puce de chargeur capable de gérer les configurations en série – vous pouvez les trouver assez facilement. Pour les packs de séries à faible nombre et à nombre élevé, il existe de nombreux circuits de charge sur Aliexpress. Pour les packs de série à faible nombre, ces circuits prennent la forme de petits modules, de type TP4056, étant simplement marqués explicitement « 2s » ou « 8,4 V ».

Le mieux est que tout soit sous votre contrôle. Vous devez contrôler la tension de terminaison configurée du chargeur, ou au moins savoir à quelle tension elle est réglée – trop élevée et vous surchargez, ce qui est plutôt mauvais ; trop bas et vous sous-chargez, ce qui est en fait bénéfique pour la santé du pack, mais vous fera perdre de la capacité. Vous souhaiterez probablement également contrôler le courant de charge – tout comme pour la tension, il peut être trop faible, mais il ne peut pas être trop élevé.

Comme pour les configurations à cellule unique, il existe également des circuits de protection multi-séries qui vous protègent contre les surintensités et les décharges excessives. Ceux-ci ne sont pas destinés à remplacer une manipulation appropriée, mais ils peuvent vous protéger contre des accidents tels que des courts-circuits sur la sortie ou un chargeur qui se détraque ; non pas qu’il ne puisse y avoir d’étincelle, mais les conséquences de cette étincelle seront grandement diminuées.

C'est encore plus pratique lorsque le circuit d'équilibrage et la décharge excessive sont inclus dans un seul PCB. Ces cartes de système de gestion de batterie (BMS) sont nombreuses sur le marché et s'occupent de tout sous un même toit. Recherchez les grandes résistances CMS comme un bon indicateur que le circuit est doté d'un équilibrage ainsi que d'une protection contre les surintensités. Cependant, ces cartes manquent souvent de seuils de surintensité programmables, alors soyez prêt à trouver des références pour des FET supplémentaires et à les souder sur des empreintes commodément vides si vous souhaitez augmenter la limite.

Ce sont les bases dont vous avez besoin pour travailler avec un pack en plusieurs étapes. Quelque chose n'est pas clair ? Demandez dans les commentaires ci-dessous – c’est le genre de sujet où les malentendus méritent d’être corrigés dès le plus tôt possible.

François Zipponi
Je suis François Zipponi, éditorialiste pour le site 10-raisons.fr. J'ai commencé ma carrière de journaliste en 2004, et j'ai travaillé pour plusieurs médias français, dont le Monde et Libération. En 2016, j'ai rejoint 10-raisons.fr, un site innovant proposant des articles sous la forme « 10 raisons de... ». En tant qu'éditorialiste, je me suis engagé à fournir un contenu original et pertinent, abordant des sujets variés tels que la politique, l'économie, les sciences, l'histoire, etc. Je m'efforce de toujours traiter les sujets de façon objective et impartiale. Mes articles sont régulièrement partagés sur les réseaux sociaux et j'interviens dans des conférences et des tables rondes autour des thèmes abordés sur 10-raisons.fr.