Politique de charge optimale ?

[tokumeino]

Bonjour, certains font souvent le même trajet dans la journée (pour aller au travail par exemple) et peuvent donc sans peine prévoir combien de batterie ils consomment entre deux charges en utilisation quotidienne et habituelle. Dans ce cas, il peut être utile de calculer à combien charger pour optimiser la durée de vie de sa batterie.

Sur la charge, j'ai lu ça https://eunicycles.eu/en/news/wszystko-o-bateriach-li-ion-w-monocyklach-elektrycznych 

@EUniCycles.eu vend des limiteurs de charge et il y a peut-être d'autres sources pour quantifier autrement les avantages de charges en deçà de 100%. En tout état de cause, sur le principe, il semble qu'il y ait deux facteurs altérant le durée de vie : le % atteint à la recharge, et celui atteint à la décharge (il ne faudrait pas trop charger, ni trop décharger). Il y aurait donc deux critères à prendre en compte simultanément et la question que je me posais est : "si j'ai besoin de X% de batterie dans la journée, vaut-il mieux charger à Y% ou à Z%" ?

Je suis donc parti des chiffres de @EUniCycles.eu parce que c'étaient les seuls que je trouvais, afin de tenter de répondre à cette question. En reprenant les tableaux sur la page, on peut dresser les courbes suivantes (avec des interpolations polynomiales monotones de degré minimal expliquant correctement les données) :

En prolongeant les courbes et en les mettant sur le même graphique, ça donne ça :

Avec ça, en "tirant des traits horizontaux" et en mesurant l'espace entre les deux courbes, on pourrait conclure des choses comme : "en chargeant à 85% et en laissant décharger jusque 30%, on peut s'attendre à une durée de vie de la batterie de 1200 cycles (avant réduction de 20% de la capacité)".

Un calcul approximatif de ces espaces donnerait le tableau suivant (en première colonne, l'espace horizontal entre les deux courbes et en deuxième colonne, la durée de vie correspondante pour la batterie) :

% required	Target #cycles	Charge %	Discharge %
85%	600	94%	9%
74%	800	90%	16%
64%	1000	87%	23%
55%	1200	85%	30%
47%	1400	83%	36%
39%	1600	81%	42%
32%	1800	79%	47%
28%	2000	78%	50%
25%	2200	77%	52%
20%	2400	75%	55%
18%	2600	74%	56%
15%	2800	73%	58%
13%	3000	72%	59%
10%	3200	71%	61%
7%	3400	69%	62%
5%	3600	68%	63%
3%	3800	67%	64%
2%	4000	67%	65%

 

Donc si par exemple je sais que mon trajet consomme 20% de ma batterie, j'aurais intérêt à charger à 75% et donc arriver à mon travail avec 55% (et je peux m'attendre à une durée de vie de ma batterie de 2400 cycles). Si en revanche j'ai besoin de 55% de ma batterie, j'aurais alors intérêt à charger à 85% et à laisser décharger jusque 30% (et je peux m'attendre à une durée de vie de ma batterie de 2400 cycles). Ca ne prends pas en compte d'autres éléments comme les limitations de vitesse avec la batterie décroissante etc.

Et encore une fois, je ne sais pas si les chiffres de @EUniCycles.eu sont fiables. Et je sais aussi que c'est théorique (ça ne prétend pas être autre chose que ça, donc pas taper 😉). C'est surtout sur la méthodologie que je m'interroge : est-ce qu'une fois les interpolations faites, c'est bien en "tirant ces traits horizontaux" qu'on peut déduire quelque chose ? Le truc, c'est de trouver un équilibre entre charge et profondeur de décharge attendue, et donc de charger différemment selon la décharge anticipée. parce qu'il y a deux critères interdépendants à optimiser, et pas un seul.

PS : c'est volontairement que je laisse des pourcentages et pas des volts, et ces pourcentages s'entendent comme linéaires entre les voltages max et min spécifiés pour les batteries considérées.

[tototimes]

Bonne initiative, mais tu ne prends pas en compte les températures, ni la sécurité.

Dans le sens ou plus la batterie sera chargée et plus tu seras en sécurité.

Après tout depend de comment tu roules aussi et de ta roue.

Ça depend aussi des batteries de leur vrai capacité de bases de l'état des cellules.

A mon avis tu te prends la tête pour pas grand chose.

Charge, roule et fait toi plaisir.

Si tu veux limiter la charge et la décharge pour augmenter la durée de vie des batteries tu peux, mais je ne suis pas sur que ça soit significatif, ça depend de beaucoup de paramètres de bases qu'on ne connait pas forcément et qui serait a prendre en compte.

Comme tu dis les calculs proposés sont des estimations.

Il faudrait le faire sur un nombre de roue significatif pour avoir une moyenne de la durée de vie en prenant en compte l'état de bases des cellules, les températures d'utilisations et probablement d'autres paramètres.

 

Envoyé depuis mon Atari 2600

 

 

 

 

[Minch]

il y a 26 minutes, tokumeino a dit :

laisser décharger jusque 30%

 

il y a 9 minutes, tototimes a dit :

plus la batterie sera chargée et plus tu seras en sécurité

Je vote pour la sécurité du wheeler vs la santé de la batterie 😉

Modifié le 15 décembre 2020 par minch

[misc]

C’est une considération intéressante. Il faut aussi compter devoir équilibrer les cellules (charger a 100%) dont on ne peut pas savoir la fréquence (ne sachant pas l’état des cellules individuelles) Ça rends un calcul optimal encore plus difficile. Perso j’irais pour plusieurs trajets sans charger (éviter l’état 100%) puis charger a fond une fois sur deux.

Modifié le 15 décembre 2020 par misc

[BelforToF]

Source WIKI: 

 

La perte de capacité des batteries est très variable selon les modèles, le climat et le mode de recharge. En moyenne, selon une étude menée en 2019 sur 6 300 véhicules électriques, cette perte est de 2,3 % par an. Les charges rapides accélèrent fortement cette perte : sans charge rapide, une batterie perd moins de 2 % en cinq ans, contre plus de 10 % avec des charges rapides régulières.

Amélioration de la durée de vie, conditions requises

Si l'on respecte rigoureusement les conditions de charge et décharge, ces accumulateurs peuvent durer 5 à 6 ans pour des produits « grand-public » (vélos électriques, smartphones, appareils photos) et plus d'une dizaine d'années pour des produits industriels.

Respecter les particularités électriques

• La tension de fin de charge à ne « jamais » dépasser est de 4,1 à 4,2 V par élément.
• La tension de décharge ne devrait jamais descendre en dessous de 2,5 V.

Éviter l'échauffement de l'accumulateur :

• contenant noir, exposé au soleil ;
• ne pas recharger immédiatement après une utilisation intensive ;
• ne pas utiliser immédiatement après une recharge 
• éviter les décharges importantes (exemple : monter une côte à vélo électrique sans pédaler);
• stockage.

Les accumulateurs s'usent même sans servir (à l'achat, vérifier la date de fabrication).

• Stocker si possible dans un endroit frais (le froid ralentit les réactions chimiques).
• Si le stockage doit être long (plusieurs semaines ou mois), il est préférable de ne pas charger complètement l'accumulateur (passivation des électrodes) mais le laisser à mi-charge ET il faudra faire des recharges partielles tous les mois pour réactiver l'électrolyte et les électrodes et compenser l'auto-décharge (5 à 10 % par mois).

En respectant ces conditions, l'accumulateur pourra continuer à fonctionner, tout en sachant néanmoins que sa capacité (en Ah) diminuera d'année en année.

La fin de vie intervient quand, lors de la décharge, le BMS détecte une tension inférieure au seuil de coupure, même sur un seul élément, et coupe l'alimentation. Il peut rester 10 à 20 % de capacité dans l’accumulateur, mais on ne peut plus l'utiliser. La fin de vie peut aussi advenir parce qu'on a épuisé le nombre de cycles charge-décharge du produit, mais cela devient rare, le nombre de cycles possibles ayant augmenté (environ de 500 à 1 000).

Un appareil équipé d'une batterie au lithium-ion fournit moins d'énergie lorsque les températures sont négatives. Il est conseillé de garder son smartphone, sa tablette ou tout autre appareil électronique équipé d'une batterie au lithium-ion dans un endroit à la température comprise entre 0 °C et 35 °C, avec une zone de confort entre 16 °C et 22 °C. Lorsque les températures chutent, les réactions chimiques qui produisent de l'énergie sont moins actives. De ce fait, l'énergie fournie est moindre. Les performances de la batterie reviennent toutefois à la normale, lorsque les températures remontent.

[sbouju]

Un simple comptage des EDPM "morts" uniquement pour cause de batterie épuisée vs chacune des autres causes possibles serait édifiant, amha...

Mais on peut se prendre le chou pour ce qu'on veut, bien sûr, quand ça intéresse vraiment et que ça ne nuit pas!  

 

[tokumeino]

Oui bien sûr, il faut équilibrer régulièrement pour ne pas laisser une cellule "derrière" et la perdre. Je me posais juste la question de comment prendre le problème de la quantification pour les fois où on ne charge pas à fond. Il faudrait un autre topic sur la fréquence des charges pleines.

Ce qui me chiffonnait, c'est qu'on voit souvent des posts défendant des charges (hors équilibrage) à 80%, ou 85% ou 90%. Or il m'apparaissait ce ce seuil dépend aussi de la décharge attendue après, parce qu'une batterie s'use aussi plus quand on la décharge en deça d'un certain seuil.

Je faisais là une tentative d'agrégation de ces deux critères, mais je ne suis pas sûr (même une fois qu'on admet l'intérêt de la démarche) que ma dernière étape est valide (le coup d'égaliser les durées de vie attendues pour comparer charge max et min).

(j'ai vendu ma roue donc il faut bien que je m'occupe autrement qu'en roulant 😉 et plus sérieusement, je me demande un peu quel chargeur je vais prendre pour ma nouvelle roue)

Modifié le 15 décembre 2020 par tokumeino

[tokumeino]

il y a une heure, misc a dit :

C’est une considération intéressante. Il faut aussi compter devoir équilibrer les cellules (charger a 100%) dont on ne peut pas savoir la fréquence (ne sachant pas l’état des cellules individuelles) Ça rends un calcul optimal encore plus difficile. Perso j’irais pour plusieurs trajets sans charger (éviter l’état 100%) puis charger a fond une fois sur deux.

Hormis question de l'équilibrage des cellules, les chiffres de @EUniCycles.eu semblent indiquer qu'il soit plus opportun de faire des charges les plus petites possibles, en gardant la capacité autour de 67% (où les courbes se croisent). Et à mon avis, la question de la fréquence de charges à 100% dépend aussi pas mal de la qualité du BMS, même si - n'y connaissant que peu de choses en élec - j'ai l'impression qu'un BMS ne saura rien dire sur un groupe de cellules en série. Du coup, il faudrait faire plus de charges à 100% avec les batteries contenant des plus gros groupes de cellules en série. J'ai bon ou c'est parallèle ?

[sbouju]

il y a 24 minutes, tokumeino a dit :

et plus sérieusement, je me demande un peu quel chargeur je vais prendre pour ma nouvelle roue)

Il faut déterminer d'abord en quoi celui d'origine est notablement insuffisant. Car il a déjà la qualité d'être celui conseillé par le constructeur...

Mais on peut se prendre le chou pour ce qu'on veut, bien sûr, quand ça intéresse vraiment et que ça ne nuit pas!  

Modifié le 15 décembre 2020 par sbouju

[misc]

22 minutes ago, tokumeino said:

. Du coup, il faudrait faire plus de charges à 100% avec les batteries contenant des plus gros groupes de cellules en série. J'ai bon ou c'est parallèle ?

Les cellules sont en série pour faire le voltage voulu, donc pour 84V on a 20 cellules x 4,2V (20S) sans monitoring individuel. A priori elles sont "matchés" lors de la construction, mais leur déséquilibrage (ou non) est un inconnu.

Si il faut faire plus de charges a 100% avec des grandes series je ne sait pas (qqn l'a peut être mentionné sur euc forum), mais plus il y en a, plus c'est difficile de constater une cellule a problème (le pack ne charge pas a 100% / ne garde pas la charge)

Modifié le 15 décembre 2020 par misc

[tokumeino]

il y a 1 minute, misc a dit :

[...] Si il faut faire plus de charges a 100% avec des grandes series je ne sait pas (qqn l'a peut être mentionné sur euc forum), mais plus il y en a, plus c'est difficile de constater une cellule a problème (le pack ne charge pas a 100% / ne garde pas la charge)

C'est exactement ce que je voulais dire, en mieux. Comme l'état individuel dans une cellule est inconnaissable, on ne peut que définir une politique probabiliste. Or si un ensemble de cellules en série est à 80% de sa capacité totale, plus la série est longue, plus on risque d'avoir dans le tas une cellule très déchargée, et qui meurt. Mais pour faire des probas, il faudrait avoir des stats et du reste, ça ne resterait que probabiliste.

[misc]

Tout a fait, je suis partisan de bichonner les batteries, et cet inconnu a devoir jauger a la probabilité est frustrant..

[touthmosis]

Partant de ce principe, ne pas charger à 100%, on a pas fini de se prendre le choux en voiture électrique !  perso je charge à toc dès que possible même quand il reste 60% et mes batteries sont toujours en pleine forme. Bref faut pas se prendre la tête avec le nombre de cycle, ça reste la grande inconnue.

Modifié le 15 décembre 2020 par touthmosis

[misc]

Ne pas se prendre la tete est un choix, mais c'est au prix de la durée de vie de la batterie. Si l'on peut gagner 50% de kilométrage en faisait attention je le fait. D'après ce fil de @tokumeino c'est également son approche.

Modifié le 15 décembre 2020 par misc

[Christian-91]

il y a 29 minutes, touthmosis a dit :

Partant de ce principe, ne pas charger à 100%, on a pas fini de se prendre le choux en voiture électrique !  perso je charge à toc dès que possible même quand il reste 60% et mes batteries sont toujours en pleine forme. Bref faut pas se prendre la tête avec le nombre de cycle, ça reste la grande inconnue.

Idem pour moi, j'applique systématiquement la charge à 100% si je suis sur de rouler dans l'heure, rouler dans le bas de la tension ça fatigue encore plus la batterie avec moins d'autonomie, de toute façon je fais que des petites charges, s'il me reste 60% et que je recharge à 100% ça ne fait que 40% de recharge ……., 9009km et batterie toujours au top !

[Matoone]

il y a 15 minutes, Christian-91 a dit :

Idem pour moi, j'applique systématiquement la charge à 100% si je suis sur de rouler dans l'heure, rouler dans le bas de la tension ça fatigue encore plus la batterie avec moins d'autonomie, de toute façon je fais que des petites charges, s'il me reste 60% et que je recharge à 100% ça ne fait que 40% de recharge ……., 9009km et batterie toujours au top !

Oui au final je pense que c'est une bonne solution pour garder le truc simple et en même temps optimiser sa batterie. Ce qu'il faut comprendre c'est que ce n'est pas de charger à fond qui est mauvais (c'est même important de le faire de temps en temps pour l'équilibrage). Mais ce qu'il faut éviter c'est de la laisser longtemps chargée à bloc. SI on se débrouille pour charger peu de temps avant de partir c'est nickel !

[tokumeino]

@Christian-91, @touthmosis et @sbouju... on peut bien sûr discuter de l'utilité de ne pas charger toujours à 100%. Et les roues chargées à 100% n'explosent pas donc finalement, tout va bien. C'est juste que j'espérais d'éviter ce débat là. Si vous avez des stats autres que celles de https://eunicycles.eu/en/news/wszystko-o-bateriach-li-ion-w-monocyklach-elektrycznych je suis vraiment preneur. Vraiment. Juste, je voulais savoir ce qu'on pouvait tirer de ça si on admet que charger à moins de 100% la plupart du temps a un intérêt.

Si on se fie à ça (et on peut ne pas s'y fier, bien sûr) : 

Charge level	Approximate lifetime in charging cycles (capacity decrease by 20%)
100%	500
90-95%	700
85-90%	1000
80-85%	1500

alors entre charger à 100% et à 85% (en négligeant les charges de rééquilibrage), on triplerait la durée de vie d'une batterie. Et @Christian-91 tu as tout à fait raison sur la décharge des batteries. Si on se fie à @EUniCycles.eu d'ailleurs, il vaut mieux faire attention de ce côté là aussi :

Deep of discharge (DoD)	Approximate lifetime in charging cycles (capacity decrease by 20%)
100%	500
80%	900 (720 full cycles)
60%	1500 (900 full cycles)
40%	3000 (1200 full cycles)
20%	9000 (1800 full cycles)

Or justement, il faudrait faire attention aux deux choses, et trouver le juste équilibre entre les deux. C'est tout l'objet du post : considérer ces deux choses en même temps sans en négliger aucune.

Et @misc tu as compris ma démarche. J'ajouterais juste qu'il ne s'agit absolument pas de faire attention ou de se prendre la tête. Une fois que je sais que mon trajet quotidien et prévisible me mène chaque jour de semaine à consommer 50% de ma batterie (genre trajet taf), alors je regarde une seule fois dans ma vie le tableau, et je sais que charger à 85% est la meilleure option, je règle mon chargeur une fois pour toutes sur une coupure à 85% Et si le WE je sais que je vais rouler beaucoup pour une ballade, j'en profite pour faire mon rééquilibragae avant. Ce n'est vraiment pas une prise de tête. Ca suppose juste d'avoir un chargeur qui coupe automatiquement pour - justement - ne pas se prendre la tête. Mais la question est : où couper pour à la fois être tranquille et à la fois prolonger la durée de vie de sa batterie.

Modifié le 15 décembre 2020 par tokumeino

[sbouju]

Il y a 6 heures, tokumeino a dit :

Comme l'état individuel dans une cellule est inconnaissable, on ne peut que définir une politique probabiliste. 

On peut aussi essayer d'exiger des constructeurs qu'ils mettent de façon systématique des BMS plus évolués et indiquant l'état de chacune des cellules...

A condition que les roues ne soient pas plus chères, bien sûr !

 

Modifié le 15 décembre 2020 par sbouju

[tokumeino]

@Matoone et @Christian-91 : effectivement, la nuance introduite par votre "si je roule dans l'heure" est importante. 

[sbouju]

il y a 3 minutes, tokumeino a dit :

on peut bien sûr discuter de l'utilité de ne pas charger toujours à 100%. Et les roues chargées à 100% n'explosent pas

Qu'est-ce que tu entends exactement, par charge à 100%?

[tokumeino]

100%, c'est charger la tension max que peuvent délivrer chacun des packs en parallèle (et donc ça dépend du nombre de cellules en série dans chaque pack). Et le 0% correspond à aux 4.1-4.2V multipliés par ne nb de cellules en série, comme indiqué par @misc. C'est en tous cas comme ça que j'interprète les données présentées par @EUniCycles.eu. Ce que je sais encore moins (d'où mon invitation dès le début à trouver d'autres sources), c'est ce que chacun de ces chiffres suppose concernant la politique du critère adverse. Par exemple, est-ce que les 500 cycles à 100% supposent des décharges complètes (le 0%) entre chaque charge ? Dans ce cas, il est évident que dans une utilisation normale, on sera au delà des 500 cycles même en chargeant toujours à 100% : on ne décharge jamais jusque 0%. Et cette objection, je la fais moi-même parce qu'elle est évidente. En tout état de cause, je la juge plus fondée que les "moi de mon côté je fais à 100% et je n'ai jamais eu de problème" que je juge un peu courtes.

En fait, les conditions d'obtention des résultats de @EUniCycles.eu sont importantes : car s'il s'agit de stats de type charge à X%, puis décharge complète puis recharge à X% immédiatement, puis ... alors ça annula l'argument de la conservation seulement temporaire d'une charge à 100%.

Modifié le 15 décembre 2020 par tokumeino