UTILISATION des accus LiPos

 

Les accus LiPos ont apporté aux modélistes des possibilités très intéressantes par leur rapport  capacité/poids nettement amélioré, comparé
aux précédents éléments, soit cadmium-nickel soit NiMh . Avec une tension par cellule de 3.7 V, ils remplacent 3 éléments de ces anciens accus,
ce qui explique pour une bonne part, ce gain appréciable..
Cependant ces nouveaux venus imposent des technologies d'usage tout à fait spécifiques et qu'il faut respecter si on veut les garder en bonne forme
et si on veut éviter les dangers qu'ils présentent quand ils sont malmenés.
Depuis quelque temps les accus Lipos sont presque toujours disponibles en "packs" regroupant 2, 3 , 4 ..... cellules.
Les éléments sont le plus souvent connectés en série, donnant des tensions nominales multiples de 3.7 V. Par exemple 3 x 3.7 = 11.1 V pour un pack
de 3 cellules en série. Un tel pack est alors identifié par   "3S1P" .
Comme pour tous les accus, une caractéristique importante est leur capacité . Celle-ci s'exprime en "mAh". Par exemple 2200 mAh. Cela signifie que
ce pack peut fournir un courant d'intensité 2200 mA ou 2.2 A  pendant 1 heure. Ou 4.4 A pendant 1/2 h . Ou 8.8 A pendant 1/4 h ...........
Si on demande à ce pack un courant de 22 A, il le pourra ( du moins en théorie ) pendant 1/10 h   soit  6 minutes.
Bien entendu, plus l'intensité demandée est grande et plus le pack souffre.  Il faut donc savoir jusqu'où on peut aller.  Cette propriété est exprimée en "C"
Si le pack de 2200 mAh est de type "10C"  cela voudra dire qu'il peut débiter un courant maximal  de 2200 x 10 soit 22000 mA, soit 22A. S'il est du
type 30 C   on pourra aller jusque 2.2 x 30 =  66 A
Mais ces données indiquées par le fabricant sont à prendre avec quelque réserve.   La capacité est rarement égale à celle annoncée et la possibilité en courant
souvent surestimée.  Pour garder un pack en bonne santé, il faut éviter de le pousser aux limites fabricant. Faute de quoi il y aura au moins un élément du pack
qui trépassera rendant le pack inutilisable.

Ci-dessous nous parlerons des deux phases classiques de la vie d'un accumulateur. D'abord la charge lui permettant d'emmaganiser de l'énergie électrique,
puis la décharge utilisant cette énergie pour les besoins de la cause.

I. CHARGE.

Les packs Lipos requièrent un chargeur spécial. En effet cette charge doit s'interrompre quand la tension de l'élément atteint 4.2 V  exactement.
Le cycle classique de cette opération commence par une charge à courant constant. Par précaution  limitée à 1C et à 1/2C si on privilégie la prudence
Ainsi le pack de 2200 mAh serait chargé à 2.2 A ou mieux à 1.1 A constants. Bien entendu, à 2.2 A, il faudra une heure de charge et à 1.1 A, deux heures.
Quand l'élément atteint 4.2 V le chargeur doit passer en régime de tension constante, maintenant une tension de 4.2 V aux bornes de l'élément, avec intensité
diminuant jusqu'à atteindre 0, puisque chargeur et élément chargé sont alors en opposition.
Mais si tout va bien quand on charge un seul élément, l'affaire se complique quand on charge un pack en comptant plusieurs. En effet, dans ce cas, le chargeur
classique ne "voit" que la tension du pack et n'arrêtera la charge que si cette tension atteint le maxi prévu, par exemple  3 x 4.2 V = 12.6 V  pour un "3S"
Dans ces conditions, si un élément atteint les 4.2 V avant les autres, il subira une surcharge en attendant que les autres en fasse autant ! Et cela risque de ne pas
lui plaire.
Deux solutions sont possibles pour éviter cela :
- Connnecter aux bornes de chaque élément un circuit de dérivation qui va entrer en action dès que la tension de 4.2 V est atteinte.
  C'est un montage de ce genre "Le LIPOSAVE" qui est décrit  dans la page suivante :    http://electrofly.free.fr/articles.php?lng=fr&pg=61
  Les packs que l'on trouve maintenant sont tous équipés d'un connecteur donnant accès à chaque élément. Nous signalons qu'ils acceptent sans problème
  les classiques picots mâles HE10 au pas de 2.54 mm. Inutile de se casser la tête à chercher un connecteur spécial.
- Charger séparément chaque élément du pack, donc disposer d'autant de chargeurs INDEPENDANTS que la pack compte de cellules.
  C'est un montage de ce type que nous avons réalisé et dont nous vous proposons la description.

CH-LIPO-4S1P.jpg (21192 octets)
         Il s'agit d'un quadruple chargeur permettant donc
         de charger 1, 2, 3 ou 4 éléments LiPos.
         Les 4 chargeurs sont entièrement indépendants .
         Seules leurs sorties sont reliées, les éléments du pack
         l'étant de toute façon.
         Chaque chargeur possède un sélecteur d'intensité à
         inters DIL.  Quand les quatre inters sont sur OFF, la
         charge se fait sous 150 mAh. L'inter 1 sur ON ajoute
         150 mA, le 2 ajoute 300 mA, le 3 ajoute 600 mA et le
          4 ajoute 700 mA.   Sur la photo, les inters 1 et 4 sont
         sur ON : L'intensité de charge est de 150 + 150 + 700
         soit 1000 mA = 1 A
         On peut charger un pack 4S, ou deux packs 2S, ou un
         pack 3S et une cellule 1S. Les packs connectés pouvant
         avoir des intensités de charge différentes
         Deux diodes Leds indiquent la progression de la charge

 

SCH-Ch1S.jpg (41262 octets)               Le SCHEMA

        Le générateur de courant constant : La diode Ld2
        alimentée par R3 donne une tension de 1.9V env.
        Cette tension sert de référence et est appliquée à Paj
        qui en envoie une partie ( 0.5V ) sur e- de l'ampli OP IC1
        Le courant de charge délivré par T3 crée une tension
        dans R10..14 laquelle est envoyée sur e+ de IC1
        IC1 commande le gate de T3  pour garder l'égalité e-/e+
        Paj permet le calage à l'intensité prévue.
        Mais aux bornes de l'élément LiPo est connecté IC2.
        Il s'agit d'un LM3420 spécial LiPo dont la sortie "out"
        passe au niveau haut quand l'élément atteint 4.2 V.
        Ce niveau haut fait conduire T2 qui court-circuite Ld2,
        faisant passer e- à 0 ce qui provoque le blocage de T3
        Le courant de charge s'annulant, la tension de l'élément
        diminue redémarrant la charge. Il s'ensuit alors un régime
        de découpage avec créneau rectangulaire sur Ld2 que
        l'on transmet à T1 par R5/C1 provoquant sa conduction
        et l'allumage de Ld1.
        En conclusion : Pendant la phase de "courant constant" la
        diode Ld2 est seule allumée. Quand on atteint 4.2 V, Ld1
        s'allume en même temps. C'est la phase "tension constante"
        Les impulsions de courant de charge deviennent de plus en
        courtes : Ld2 s'éteint progressivement, puis Ld1 en fait de
        même : La charge est terminée

  REALISATION

Ch-1S.jpg (29161 octets)  Circuit imprimé .     Prévu pour 4 cellules
  .  TELECHARGEMENT  ( CH-LIPO-4S1P )

  Liste des composants pour 1 cellule
   R1/6/7/8     1 kW     805            C1/2    0.1 µF   805
   R2           220 kW     805           C3        22 µF  tant/CMS/B   
   R3           680  W      805           C4         47 nF  1206
   R4           820  W      805
   R5           3.3 kW      805           2 x  St      R   0 W   805
   R9               1 kW    1206
   R10     4 x 2.7 W    en //   1206
   R11     2.7//2.7//2.2 W     1206
   R12     4 x 6.8 W   en //     1206
   R13     2 x 6.8 W   en //     1206
   R14     2 x 6.8 W   en //     1206
   Paj       500 W 
   D     ES3A              F : 954-9277
   T1/2   BC949C     F : 108-1237
   T3   SUD45P03-15A    F : 955-1492
   IC1     LM358M            F : 948-6828
   IC2     LM3420MS-4.2        F : 977-9663
   Ld1/2     3 mm  rouge
   Inter DIL   78B04T        F : 947-9040

Ci-dessus la pose des composants pour une section.  Rien de compliqué. Tous les CMS sur le  cuivre, bien sûr.
Attention : L'inter DIL  ainsi que les diodes Leds sont à monter au verso.   
                R+ et R- sont des résistances de "trim" du 4.2V.  Non montés dans notre chargeur. Voir data-sheet du LM3420 pour informations à ce sujet.
               Le quadruple inter DIL préconisé ne doit pas être remplacé par un autre quelconque. En effet  ses contacts sont prévus pour des courants jusque 4A.

La mise en service de la platine se résume au calage de l'intensité. Alimenter par une tension continue de 5 à 6 V  et connecter un élément LiPo en mettant
tous les inters sur OFF.  Un ampèremètre en série avec l'élément  sera amené à 150 mA  par le réglage du potentiomètre ajustable. On pourra vérifier alors
les différentes intensités en mettant les inters sur ON à condition que l'élément supporte le courant de charge.


 MONTAGE FINAL

INT-CH-LIPO.jpg (25650 octets)PWR-CH-LIPO.jpg (24084 octets)
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le chargeur est monté dans un boîtier  identique à celui du CD1. Le circuit imprimé est fixé sur la face avant par 4 vis d'angles
Nous avons voulu faire très simple pour l'alimentation : 2 transfos 2 fois 6 V permettent d'obtenir les quatre tensions  indépendantes
Seul inconvénient : Le poids un peu élevé du montage. Comme il reste à l'atelier, c'est finalement sans importance
Nous avons cependant à l'étude une alimentation à découpage beaucoup plus légère, mais aussi nettement plus complexe !

AlimLiPo.jpg (15492 octets)
  Le schéma pour 2 cellules est donné ci-contre.

     Transfo :  ALTR26VA26V      ( ED )
     Ponts de diodes    DIB250C3700    ( ED )
     Cond.   CDR10516V4K7MF7     ( ED )

  Mais dans ces conditions, la tension fournie est voisine de 7V
  pour un débit de 1 A.  Le transistor T3 présente alors une
  tension voisine de 2V entre drain et source :  Il chauffe.
  Dans l'idéal, il faudrait alimenter le montage sous 6 V environ.
  Faute de pouvoir enlever quelques spires aux secondaires du
  transfo, nous vous conseillons d'insérer une R/opt comprise
  entre 0.5 W et 1 W  pour soulager ce composant.



II. DECHARGE

S'il est important de charger correctement les packs LiPos, il est aussi primordial d'en contrôler la décharge.
D'abord en vérifiant que l'appel de courant ne dépasse pas les possibilités du pack ( le fameux paramètre "xxC" )  et même que l'on
est en dessous. Si le pack  peut ( fabricant dixit ) fournir 30 C, essayez de vous limiter à 20 C !!
Mais il faut aussi arrêter la décharge dès que l'un de ses éléments descend en dessous de 3V.
Comme la plupart des contrôleurs de moteur ne vérifient que la tension globale, quand un élément chute plus vite que les autres, il n'y
a pas coupure moteur et cet élément est condamné à terme.

Nous vous proposons ci-dessous un petit montage  évitant ce risque.   Il vous permettra aussi d'utiliser un variateur ou contrôleur   non
prévu pour les Lipos et dont le point de coupure n'est pas adapté à ce type d'accumulateurs.

SCH-LiPo-prot.jpg (29668 octets)        Le SCHEMA

  Le schéma est donné pour un pack de 3 éléments
  mais on peut l'extrapoler pour 2 ou 4 ...
  Les petits circuits intégrés IC1/2/3 sont branchés aux
  bornes de chaque élément et en contrôlent la tension.
  En fait, il s'agit de circuits de reset de µP. Si la tension
  de l'élément est supérieure à 3V, la sortie "S" est au
  niveau haut et le transistor associé bloqué.
  Si la tension de l'élément tombe sous 3V ( 2.93V ),
  "S" passe au  niveau bas ce qui fait conduire le transistor.
  Les sorties ( collecteurs ) des T1/2/3 sont câblées en "OU"
  logique. Il suffit que l'une des trois soit active ( niveau + de
  l'élément ) pour faire conduire T4 via la diode Led D1/2/3
  et les résistances de limitation de courant R4/5/6.
  Les trois lignes du bas du schéma sont insérées dans la
  liaison récepteur / contrôleur. A gauche vers le récepteur
  A droite vers le contrôleur ou variateur.
  Le + et le - sont transmis directement, mais le créneau de
  voie passe par R7 ( 1 k )   Si T4 est bloqué ( Les 3 tensions
  supérieurs à 3V )  ce créneau est transmis normalement
  Si T4 est conducteur ( au moins une tension inférieure à 3V )
  la sortie "S" côté variateur est court-circuitée, ce qui stoppe
  le moteur
  Les petites diodes Leds D1/2/3  sont des "mouchards"
  permettant d'identifier l'élément en cause.

 

LiPo-prot.jpg (23310 octets)           REALISATION

      circuit imprimé   Epoxy 8/10 simple face
                                Voir TELECHARGEMENT   ( DECH-LIPO)
      Liste des composants

       IC1/2/3     TCM809SENB713     F : 976-2760
        T1/2/3      BC859C          ( PNP  SOT23 )
        T4             BC849C         ( NPN SOT33 )
        D1/2/3      Leds rouges 805         F : 852-9930
        R1/2/3      3.3 kW        805
        R4             150 W          805
        R5             100 W          805
        R6              47 W          805
        R7               1 kV          805
        C1              0.1 µF        805

        Aucun réglage pour ce montage !
        Les languettes du circuit imprimé permettent de consolider
        les départs des cordons de liaison

             Les liaisons + et -  doivent être faites par deux fils isolés placés au verso  et soudés par l'intermédiaire des trous prévus.

LIPOPROT.jpg (36073 octets)





   Et voilà ce que cela donne, terminé, sous gaîne thermo.
   Guère plus grand qu'un timbre !.
   Poids 6 g  avec les connecteurs !!
   En haut le connecteur LiPo utilisable pour 2 ou 3 éléments.
   Attention à la polarité :  fil bleu au "-" du pack, rouge au "+"
   Pour brancher sur un pack 2 éléments, bien mettre le fil bleu
   au "-" du pack, le picot du rouge tombant dans le vide.
   En bas, à droite le cordon à brancher sur le récepteur
   En bas, à gauche, le cordon allant au variateur