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Politique de charge optimale ?


tokumeino

Question

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) :

image.png.d42d9cf8c6ee9309ffe609e191fc42b2.png

image.png.b68a28f9d50db006170969583b66bbe9.png

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

image.png.64e10263b479e578153ca2f920ac63d0.png

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.

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Il y a 3 heures, tototimes a dit :

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

[...]

Oui évidemment. C'est le type de trucs "toutes choses égales par ailleurs", les choses en question (comme la sécurité) pouvant effectivement être plus importantes  @fr4bd. Je voulais juste comprendre un point particulier, parmi d'autres. Et dans une démarche typiquement cartésienne, j'essayais de l'isoler...

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(4.2V est la tension max par cellule par contre, selon les constructeurs 0% c'est 3.0 a 3.3V. (mort de cellule vers 2.5V, stockage ideal serai vers 3.7V)

Pour le cycle: c'est bien les % additionnés, charger de 40% a 100% c'est 60% de cycle. A priori les estimations constructeurs incluent l'usure supérieure entre 80 et 100%, d'ou le nombre de cycles supérieur si l'on évite cette zone. Malheureusement pour nous cela est surtout interessant pour les cellules seules, qui n'ont pas besoin d'être équilibrées avec les voisines de série.

edit: désolé de ne pas mettre de source de source a chaque fois que j'affirme quelques chose, ca met du temps et peut être cherché en cas de doute ou désaccord. 

Modifié par misc
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Et une cellule "morte", elle produit 0V ou 2.5V juste immédiatement après sa mort ? Autrement dit, est-ce que dès 2.5V, on ne peut plus la décharger mais elle continue de produire 2.5V, puis 2.4V ... jusqu'à ce qu'elle soit vide ? (désolé pour mes questions à la con, c'est pour comprendre)

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Ca me parraît clair @misc :

image.png.ef9ea55dd8fe615990ae63520e251979.png

Une fois sous les 2.5V, la batterie ne charge plus, mais ne décharge plus non plus. Le reste explique comment "ressussiter" une unité morte en la "boostant" mais ça se fait à la main, unité par unité. Donc en ce qui concerne nos roues, je pense raisonnable de considérer qu'une cellule sous les 2.5V est perdue corps et biens.

Edit : incidemment, pour un pack de 84V avec 20 cellules de 4.2V, tant qu'on ne descend pas sous les 19*4,2+2,5=82,3V, on ne risque pas (théoriquement) d'avoir une cellule morte. Si on compte le 0% à 3,3V, aucune chance d'avoir une cellule morte au dessus de 91% et avec 3,3V pour le 0%, c'est 93% de batterie. Ca ne sert à rien en pratique, c'est juste pour avoir un ordre d'idée.

Modifié par tokumeino
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J'applique cette façon

Citation

Truc pour la Tesla Model S : Lorsque vous avez besoin d’une recharge maximale (100 %) pendant la nuit, réglez le « début de la recharge » à une heure qui conduira à une recharge complète 60 minutes avant votre départ.

https://roulezelectrique.com/comment-prolonger-la-duree-de-vie-des-batteries-lithium-ion/

 

 

 

 

Modifié par Christian-91
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On a beaucoup parlé des charges et des décharges. Même des charges rapides qui "tueraient" les batteries.

Pourtant, lorsque la roue de Delavegas a été testée lorsqu'elle a eu un problème de batterie (de cable), les packs étaient en excellent état, malgré des charges rapides et des longues rides à pousser les batteries à des niveaux assez bas.

Pareil pour Mr Flex, qui a traversé le monde, eu des différences de températures, et des charges loin d'être optimales...

Je pense que de toute manière il faut se faire que comme pour tout, après 2 ans, les batteries ont un coup de vieux. That's it.

Pour ma part, je charge à 85/ 90% et j'évite de taper en dessous des 30% de batterie, voire des 50%. Par sécurité d'abord, mais aussi parce que j'ai remarqué que dès que j'ai eu un gsm qui tombait en dessous des 40%, la batterie était inexorablement réduite en durée de vie.

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Perso je raisonne en tension plus qu'en pourcentage, le pourcentage n'étant pas une valeur exact. En fin de charge, coupure à 84,4v connecter le multimètre et on observe qu'en quelques minutes la tension redescend autour de 83,5 v tout naturellement. La batterie est vide à partir de 60v .

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2 hours ago, MrP-MrF said:

Même des charges rapides qui "tueraient" les batteries

Malheureusement, pour beaucoup "rapide" = plus rapide que le chargeur d'origine (= pas bien), alors que si l'on regarde les specs des cellules, "rapide" c'est presque systématiquement plus que permettrais le port de charge, pour les grandes batteries c'est allègrement au de la de 10A. Meme les 840Wh de la 16S peuvent prendre 7A en restant dans la zone "normale".

"If anything" une conduite agressive pourrais être plus violent pour la batterie que beaucoup de chargeurs dits "rapides".

Le seul problème des chargeurs tiers c'est que certains ne feraient pas correctement la phase finale, j'imagine aussi que selon la presence ou non de diode anti retour le voltage max pourrais varier (speculation).

Modifié par misc
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il y a 22 minutes, touthmosis a dit :

La batterie est vide à partir de 60v .

Vide "Vide", comme dirait Muriel Robin? Ou bien c'est juste la tension à laquelle la roue ne roule plus?

Perso, avec la S18, j'ai 100% = 83 volts et 0% = 66 volts, à la louche et en pourcentage "utile".

Modifié par sbouju
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Le 15/12/2020 à 13:51, misc a dit :

(4.2V est la tension max par cellule par contre, selon les constructeurs 0% c'est 3.0 a 3.3V. (mort de cellule vers 2.5V, stockage ideal serai vers 3.7V)

Pour le cycle: c'est bien les % additionnés, charger de 40% a 100% c'est 60% de cycle. A priori les estimations constructeurs incluent l'usure supérieure entre 80 et 100%, d'ou le nombre de cycles supérieur si l'on évite cette zone. Malheureusement pour nous cela est surtout interessant pour les cellules seules, qui n'ont pas besoin d'être équilibrées avec les voisines de série.

edit: désolé de ne pas mettre de source de source a chaque fois que j'affirme quelques chose, ca met du temps et peut être cherché en cas de doute ou désaccord. 

Les cellules lithiums peuvent être stocker vides (a +0,0v, mais pas en dessous, en cas de SUR-décharge -2.12v les dégâts sont irréversibles) en dessous de 0v, la membrane se décompose, génère du CO2, ce qui finis pas débrancher la cellule (fusible a pression interne [appeler CID] )

si le voltage est passer bien en dessous de 2,12v le cuivre forme une jonction entre les bornes de la cellule empêchant la recharge, et limitant la tension entre -0,5 et 0,5v ce qui permet au courant de passer sans endommager d’avantage la cellule, cette technique est utiliser en situation d'urgence EXTRÊME (ISS, combi astronaute, on se sert même de cellules comme propulseur de secours)

En revanche, certain BMS n'accepte pas la charge en dessous de 3v ... ce qui limite les risques d'incendies si une cellule est en court circuit, mais ça embête le consommateur... le BMs devrait toujours fournir un faible courant de recharge pour raviver le pack

le déséquilibrage est constant, car les cellules au centre de la batterie chauffe plus que celles aux extrémités...
chaleur = "rendement supérieur" il y a toujours quelques millivolts de plus en décharge totale entre la plus charger et la moins charger d'un pack ...
 

un nouveau phénomène de dégâts est arriver avec les charges rapides et répétés, et les décharges partielles:
"les dendrites de lithium"  des recherches sont en cour ... ce phénomène est bizarre, il se produit entre 60 et 105 %
Symptôme, a partir de 60%, la cellule s'échauffe anormalement, refuse de charger plus, puis éclate si la charge continu ...



les cellules ne doives jamais dépasser 80°C, car a cette température l'isolant du capuchon fond, et un cour-circuit embrase l'ether de la cellule ... mais je n'ai jammais vu de capteur de temperature dans les batteries d'EDPM ...

Modifié par Smizziz
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@Smizziz

C’est bien de me corriger, mais entre les cosmonautes et les recharges rapides qui n’arrivent juste pas sur EDPM je n’arrive pas à comprendre ce qui ne te conviens pas dans mon explication.

C’est le seuil ou une cellule peut être considérée endommagée? Mon chiffre de 2.5V est à la louche ce que j’ai cru lire autre part. Si c’est 2.15V ça fait peut de différence pour notre besoin, mais je le corrigerais; mon point était simplement que la plage d’utilisation est généralement entre 3V et 4.2V et qu’il vaut mieux éviter d’aller bien en dessous.

Je chercherais une source dans la journée. Tu aurais une source qui confirme qu’une cellule 18650 puisse être stockée à 0V sans dommages?

Modifié par misc
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un instant que je cherche le chinois, c'est du spacial ;3
mais oui eviton de sortir de la plage des 3,3 - 4,17v c'est mieux (mais aussi les courrants + ou - 5Amps)

Results

Voltage curve during overdischarge

The voltage during overdischarge is shown in Fig. 1(a). The overdischarge profile can be approximately divided into 3 stages according to the characteristics of the voltage variations. In Stage I (−11% < SOC ≤ 0%), the voltage dropped rapidly from 3.4 V to the minimum voltage of approximately −2.19 V, following a clear platform at approximately 1 V. In Stage II (−20% < SOC ≤ −11%), the voltage stopped declining and rebounded gradually with several fluctuations. In Stage III (−100% < SOC ≤ −20%), the voltage underwent a monotonic gradual increase asymptotically to 0 V without fluctuations.

figure1

autre sujet // le danger... ou la propulsion...
image.png.56a10c60989755d8c3150e007cb6803b.png

Modifié par Smizziz
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il y a une heure, misc a dit :

le seuil ou une cellule peut être considérée endommagée? Mon chiffre de 2.5V est à la louche

C'est un chiffre qui semble confirmé par les spécifications de nombreux bms génériques :

Seuils-bms.JPG

La tension extrême basse est voisine de 2,55 Volts, ce qui signifie que si une cellule de la chaîne xxS touche le seuil pendant 100 millisecondes, le courant de sortie pack est coupé, et ne sera rétabli que si la tension remonte à 2,9V et plus.

Pour les edpm, ce seuil extrême ne peut théoriquement pas être atteint lors de l'utilisation car les contrôleurs ou la cm coupent la puissance (et gèrent des alarmes) à des tension bien supérieures (plutôt 3,2V...), particulièrement les e-roues qui doivent maintenir l'équilibre du pilote. Le problème est que le contrôleur mesure la tension globale mais le déséquilibre inter-cellules aux tensions basses, (dispersions, température...) peut poser problème.

Seule solution : éviter de trop vider la batterie.

Quant au stockage 0 Volt, c'est sympa à savoir mais cela ne nous concerne pas. Il n'empêche, @Smizziz est un spécialiste, il va peut-être nous apprendre d'autres trucs bizarres ;) .

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Le 15/12/2020 à 13:17, sbouju a dit :

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...

@Cormo nous a montré que les packs de la s18 ont une diode sur chaque cellule pour signaler si le seuil d'équilibrage est atteint. Les packs sont enfilés dans des tubes en alu : on ne voit rien !  :D  :D  Le Roi de la Chanson est aussi le roi de la blague... 

 

Le 15/12/2020 à 12:07, touthmosis a dit :

 perso je charge à toc dès que possible même quand il reste 60%

Idem. et je laisse la v11 toute la nuit, IM ne pratique pas le stupide mode vampire. 

Modifié par Techos78
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Le 25/09/2021 à 06:39, King Size a dit :

🤔 ...Juste pour relancer la discussion :

Et aussi pour tordre le cou à certaines pratiques douteuses... xD

Excellent !

Il explique fort bien, quoique dans un idiome pas forcément compréhensible de tous, ce que j'ai constaté de visu par quelques manips sur une des batteries de ma S18.

Il ne faut surtout pas laisser un déséquilibre entre cellules s'amorcer, car il devient vite irrattrapable.

La seule solution me paraît effectivement de charger non seulement à 100% à chaque fois, mais de laisser le chargeur branché longtemps après.

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