Un chargeur de batteries Li-Ion

On a vu apparaître depuis quelques temps une nouvelle génération de batteries:

Les batteries Lithium-Ion

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Ces batteries sont utilisées dans beaucoup d'appareils:

Téléphones, tablettes, ordinateurs, matériel électro-portatif, éclairage...etc

On en trouve de toutes les tailles:Batterie lithium ion en el12

En voici une d'un appareil photo, et une autre d'un PC portable:Li ion laptop battery

Ces batteries nécessitent un chargeur adapté car leur système de charge/décharge est un peu particulier.

Un article pris sur le net résume bien ces contraintes:

LA CHARGE DES ACCUS AU LITHIUM.-ION
La tension nominale des accus au lithium-ton est de 3,6V pour les Li-ion les plus anciens
ou actuels de moindre qualité et de 3,7V pour les Li-po et les Li-ion récents.

Quelle que soit la techno Li-ion ou Li-po le principe de charge est le même.
La charge se fait à tension constante et courant limité.
La particularité de la charge des accus au Lithium tient à deux choses primordiales.
- Ils ne supportent pas la surcharge aussi faible soit elle.
- Il faut respecter le niveau de la tension de charge sinon ça ne charge pas.
Ceci fait que la fourchette entre la tension minimale de charge et la limite à ne pas dépasser sous peine de surcharge est très faible.
Il faut donc que la tension de charge soit régulée très précisément.
Les deux technologies Li-ion et Li-po ont deux niveaux de tensions nominales différentes 3,6V et 3,7V qui impliquent des tensions de
charges correspondantes proches mais parfaitement différentes aussi:
•    Tension nominale 3,6V : Tension de charge 4,1 Volts par élément.
•    Tension nominale 3,7V : Tension de charge 4,2 Volts par élément.
La tolérance aujourd'hui admise est de +/- 0,05V par élément.
Le courant de charge doit être limité entre C/2 et 1C.
Dans ces conditions respectées, la charge dure entre 2 et 3 heures.
Certains chargeurs réputés charger les accus au Lithium en 1 heure, en fait ne chargent ceux-ci que partiellement. On n'atteint
en 1 heure qu'environ 75% de la capacité de l'accu, quelque soit le courant, et il faut encore du temps pour atteindre la charge totale.
 
•    En début de charge et durant toute la première phase de la charge le courant est limité et la tension augmente petit
à petit jusqu'à atteindre la tension régulée.

•    A partir de là on atteint la deuxième phase dite de remplissage la tension reste parfaitement stable et alors le courant diminue.

•    La charge est terminée lorsque le courant passe en dessous du seuil de 0,03C.
Il est alors impératif de couper la charge,
car les accus au Lithium ne supportent absolument pas la surcharge.
Si on surcharge un accu au Lithium il produit de l'hydrogène.
Il y a donc une surpression et un échauffement qui peuvent aller jusqu'à l'explosion de l'élément. Les Li-ion sont généralement
 protégés contre les hausses de températures, et les surpressions par des circuits de protection interne. Par contre les packs
souples Li-po eux sont sensibles, et même si ils n'explosent pas fort, ils s'enflamment très fortement ce qui peut causer de
 graves brûlures.
Si vous détectez une élévation de la température, c'est anormal : Arrêtez tout.
Derniers conseils de charge :
•    Il ne sert à rien de chercher à augmenter le courant pour diminuer le temps de charge, car si cela permet d'atteindre
plus vite le moment du passage de la première à la deuxième étape, la phase de remplissage elle durera plus longtemps… De plus
l'augmentation du courant de charge influerait directement sur la durée de vie de l'accu. Il est donc préférable de se contenter
d'une charge à C/2.

•    Il ne faut pas appliquer de charge lente ou courant d'entretien aux accus Li-ion ou Li-po, ça créé un placage de Lithium
 métallique sur les électrodes qui rendrait l'élément instable. Pour compenser la faible auto décharge il est préconisé de remettre
en charge l'accu pendant un bref instant toutes les 500 heures. Cette recharge sera elle aussi stoppée par le passage du courant
sous le seuil de 0,03C.

•    Il y a un risque à charger des Li-po en série, en effet ces éléments ne sont généralement pas équipés de composants de
protection comme les Li-ion. Ceci implique qu'il peut y avoir une disparité de tension entre les éléments car vous ne pouvez faire la
 régulation de tension que sur l'ensemble du pack. Il est donc possible d'avoir des éléments à 4,1V et d'autre à 4,3V tout en ayant
bien la moyenne des tensions à 4,2V. Il faut donc surveiller la tension de chacun des éléments.

La construction d'un tel chargeur doit donc obéir à ces impératifs!

Il existe de nombreuses réalisations commerciales mais peu de réalisations amateur sur ce genre de système de charge.

Après quelques recherches, Patrice m'a indiqué le site: SHDESIGNS qui propose plusieurs montages de chargeurs Li-Ion:

J'ai finalement choisi le 3è montage qui permet la charge de 1 à 3 éléments et le contrôle précis du courant de charge:Schema 1

J'ai ensuite regroupé le matériel nécessaire :

La source de tension sera une alimentation à découpage de 15V 1,5A provenant d'une vieille imprimante

Je rajoute un petit voltmètre-ampèremètre chinois (100V / 10A)  pour visualiser les courants et tensions de charge...

Il me faut aussi une petite alimentation d'environ 12V régulée et indépendante pour ce dernier appareil.

Le schéma a été modifié:

Chargeur lieon2

Les premiers éléments sont montés:

Imgp00 2

Tout cela sera masqué par une jolie façade faite avec "Front designer":

Chargeur lieon03 tagLa façade est montée avec ses différentes commandes: les 9 interrupteurs proviennent d'un boitier d'automatisme industriel.

Deux diodes LED sont rajoutées: l'une indique la présence du 15Volts: elle sera branchée en sortie de l'alimentation à découpage à travers une résistance de 1K, et l'autre la charge de la batterie.Imgp00 13

Une vue du boitier avec sa façade:

S7301874

L'ensemble me plaît bien, on va continuer le câblage:

Debut du cablage 2

Les principaux modules sont en place:

L'alimentation 15V, l'alimentation 12V avec son régulateur 7812,  le circuit intégré LM317 fixé sur un gros dissipateur vissé à l'arrière.

J'ai mis une prise secteur normalisée à l'arrière (avec son filtre secteur) et sur le devant on vois la rangée des 9 interrupteurs.

Il manque la platine "Régulation":

Imgp00 24

Elle est câblée sur un petit morceau de "véroboard" , puis branchée sur le reste du circuit:Cablage final 1

Et voilà le câblage final du chargeur : le boitier est largement assez grand !

On aperçois la résistance ajustable qu'il va falloir régler pour avoir à vide 4,2volts par élément.Imgp0194Une dernière vérification du câblage et on branche:

Contrôle du 15V =>     OK

Contrôle du 12V =>     OK

Réglage du 4,2V =>    OK

Voici le tableau indiquant le courant de charge en fonction de la position des interrupteurs:

Tableau 1

Il sera imprimé, plastifié, et collé sur le boîtier.

 

J'ai préparé une batterie Li-Ion qui provient d'un "pack" de PC portable:Imgp0198 2

Elle est branchée sur le chargeur:Imgp0206La charge démarre immédiatement et le voyant rouge s'allume:

La tension de charge va monter progressivement pour arriver à un palier vers 4,18V et à la fin l'intensité va diminuer, puis la charge va s'arrêter et le voyant rouge va s'éteindre:

Fin de charge 2

Ma batterie est chargée !

Cela a pris environ 2 heures, à aucun moment elle n'a été en surcharge, la température de l'élément est restée aux environs de 30°C.

Je l'ai laissée se reposer une journée et le lendemain elle reprends encore une petite charge:Imgp0222

Mais le chargeur s'est arrété au bout de quelques minutes prouvant bien que l'accu était bien chargé!

Ce petit montage, facile à réaliser nous fait découvrir ces nouveaux accus que l'on va bientôt retrouver un peu partout.

Commentaires (6)

radio-man64
  • 1. radio-man64 (site web) | 02/05/2017
Bjr,
on a déjà expliqué a de nombreuses reprises que pour fonctionner correctement les afficheurs doubles ont impérativement besoin d'une alim séparée et flottante!
La petite alim 12V est indépendante et fonctionne a partir d'un petit transfo de récup (chargeur téléphone) qui doit lui fournir environ 15v à vide...
c'est bien le but recherché et cela permet d'avoir un affichage stable et cohérent.
on peux le remplacer par 2 galvas à aiguille et dans ce cas plus besoin d'alim 12v
cdlt
domi
Adadov
  • 2. Adadov | 01/05/2017
Bonjour,
En regardant le schéma un détail me saute aux yeux, pourquoi utiliser une alimentation en 12V ET un 7812. Le 7812 demande au moins 14.5V en entrée pour fonctionner correctement, il serait donc possible de l'alimenter directement depuis l'alimentation 15V.
radio-man64
  • 3. radio-man64 (site web) | 27/12/2015
Bjr,
Oui, la Led 15V est prise en sortie d'alim avec une résistance de 1Kohms en série!
cdlt
Domi64
Christian
  • 4. Christian | 24/12/2015
Bonjour Domi,
Merci, alors la Led 15v n'est pas représentée, il faut donc la mettre sur la sortie du module 15v , simplement.....

Joyeux Noël.
radio-man64
  • 5. radio-man64 (site web) | 23/12/2015
bsoir,
regarde le schéma principal: la diode led est commandé par un transistor 2N2222 qui détecte le courant de charge!
cdlt
domi64
Christian
  • 6. Christian | 23/12/2015
Bonjour Domi,
Je regarde le schéma.......et je ne trouve pas la Led de charge (rouge), sur le petit schéma manuscrit, il y a bien une Led qui est marquée "charge", mais il semble que ce soit la 15v ....

Cordialement, joyeuses Fêtes

Christian

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Date de dernière mise à jour : 21/01/2016