Condensateurs de découplage batteries

[Techos78]

Bonjour à tous.
OK, c'est un peu technique, mais je pense qu'on néglige trop ces composants qui sont de plus en plus sollicités mais qui étonnamment ne posent pas de problème (?).

Exemple avec une carte mère de sherman :

Bon, il faut un peu entrer dans le fonctionnel. Go :

Ces condensateurs sont connectés directement aux bornes d'arrivée de la tension batterie, ils ont pour but de "rigidifier" cette tension, c'est à dire diminuer le plus possible l'impédance de source (surtout hf) de l'alimentation qui est fournie aux étages de puissance, c'est à dire aux mosfets. Le schéma ressemble à ça, chaque phase moteur est pilotée par un demi-pont qui la connecte au plus ou au moins batterie. Les mosfets sont utilisés comme des interrupteurs, leur résistance des mosfets passent successivement de quelques dizièmes d'Ohm à quelques MégOhms.

Une commande vectorielle sophistiquée gère les 6 signaux. Elle contrôle séparément le courant qui passe dans chaque phase, et l'ondulation triphasée qui commandera la vitesse du champ tournant. Remarque : pour nos roues, il est indispensable de connaître la position du rotor (la jante), 3 sondes de hall sont chargées de cette détection.

La résistance électrique d'un moteur brushless est très faible, nettement inférieure à 1 Ohm. Et donc, le moteur est excité en courant, en ne faisant conduire les mosfets que de manière impulsionnelle. Une variation du taux de modulation permet d'ajuster le courant.

Lors de sa montée en régime, lorsqu'il est sollicité au max, le moteur reçoit un courant constant. souvent de l'ordre de 20 ou 30 Ampères. Quand un mosfet est passant, il applique la tension batterie moins la force contre-électromotrice. le taux de modulation va donc croître en même temps que le régime moteur pour maintenir le courant.

Ce sont les régimes très faibles qui posent problème. Par exemple, si vous voulez 30 A dans le moteur, il suffira peut-être d'une modulation de 10%, mais cela veut dire qu'il passera 300 A en instantané. Les batteries ne le peuvent pas, ce sont donc les indispensables condensateurs de découplage qui ont pour tâche de lisser le courant.

Les roues haute tension actuelles me font peur, il semble (?) y avoir une prise de conscience des fabricants, j'ai vu 5 condensateurs dans la s20...  Sérieusement, je suis inquiet, un condensateur qui éclate fait de gros dégâts.
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Pour info, si vous avez une carte mère sous les yeux, je propose d'indiquer la valeur des condensateurs. Je commencerai avec ma ks16b 

 

[Techos78]

KS16B : roue 67.2V , 2 condensateurs 2200µF / 80V

[Techos78]

KS18S : roue 67.2V, 2 condensateur 2200µF / 80V       (ne pas confondre avec la S18)

[Feinh]

Msx2021(CM Msp): roue 84V, 2 condensateur 560µF / 160V + 1 150µF 160V, marque KXJ

Ex.n(CM noire): roue 100V, 2 condensateur 560µF / 160V + 1 100µF 160V, marque KXJ

[misc]

Sherman V1: roue 100.8V, 2 condensateurs 560µF / 160V (marque KXJ)

Modifié le 11 mars 2022 par misc

[Techos78]

KS-S20 : roue 126V , 5 condensateurs 560µF / 160V

[Techos78]

IM-V11 : roue 84V : 2 condensateurs 470µF / 100V

[misc]

KS18XL: roue 84V, 3 condensateurs 1000µF / 100V

[Kokorun]

Sherman V3 (bouton noirs) : roue 100v: 2 condensateurs 560µF / 160V marque KXJ (pas de changement)

MSP V2 : roue 100v: 2 condensateurs 680µF / 160V marque KXJ + 1 condo 150µF / 160V marque KXJ toujours

MCM4 verticale et MCM4 HS: roue 67V : 2 condensateurs 1200µF / 80V

Msuper3V2  roue 67V et 84V : 2 condensateurs 1000µF / 100V

[Feinh]

@Techos78 T'en penses quoi du condensateur additionnel vendu par EucYou, viable/utile ou non car pas soudé directement sur la CM?

https://www.instagram.com/p/CWIxGHhs_7b/?utm_source=ig_web_copy_link

[Techos78]

Il est clair que des capas bien placées sont plus efficaces. Les cm ont des rangées de mosfets, entre deux connexions massives, et il est intelligent de mettre un condensateur à chaque bout pour limiter les longueurs des connexions. Il faut savoir qu'une impulsion est ralentie par cette longueur, qui, même lorsqu'elle est droite, présente une inductance d'environ 30 nanoHenry par centimètre.

Mais des capas distantes ne sont pas ridicules, tous les moyens pour stabiliser/lisser la consommation est valide. Il y a toujours le léger souci d'étincelles au moment de la connexion, mais les condensateurs actuels résistent car ils ne sont pas limités en dV/dt . On parle bien de lisser le découpage haute fréquence, car lisser la consommation elle-même nécessiterait des super condensateurs, très efficaces pour les gros courants, mais obligeant à des groupements série compliqués avec un équivalent bms.

J'imagine qu'une consommation régulière (pas trop hachée) améliore la fiabilité électro-chimique des cellules... mais je n'en sais rien.
Ce sont des sujets que je connais mal, malheureusement il y a peu d'articles de fond là-dessus. Naïvement, je m'attendrais à ce que la valeur soit supérieure pour des roues puissantes, mais c'est l'inverse qui s'est produit ces dernières années, jusqu'à cette s20 qui semble être un peu plus "raisonnable".

[King Size]

KS18L à moteur 2000W : roue 84V, 3 condensateurs 1000µF / 100V.

 

[touthmosis]

GT16  moteur 2000W : roue 84V, 2 condensateurs 560µF / 100V ZLH

[Justin38]

Super sujet @Techos78 c'est effectivement un point très important a pas négliger, j'ai vu énormément de roues avec des pannes venant de là, la cause première venant des pates des condos qui fondent avec le transfert de courant très élevé (pour ceux qui ont suivis c'est ce qui s'est passé avec la v11 de wrongway quand il a essayé de grimper des côtes pour la comparer avec la s20 ) qui par la suite peut causer la casse d'un/des mos et on connaît la suite...

ça arrive le plus souvent sur les modèles high speed car plus sollicité niveau courant, je trouve la conception d'origine des nos roues assez limite, les condensateurs sont couchés sur le pcb avec les pates pliées et non renforcées et la capacité embarquée et trop limite par rapport à la perte infligée par le temps a ces composants, j'avais donc sur cette théorie modifié ma Sherman après avoir vu que la seule différence entre une cm de Sherman et Sherman max c'est les condos (le moteur hormis l'axe plus gros c'est la même chose malgré la puissance nominale indiquée plus élevée)

J'ai donc rajouté dans ma Sherman V3 deux condensateurs nichicon 470uF série PW (résistance interne faible et haute fiabilité): 

 

 

En plus de cette modification j'ai doublé l'arrivée de courant pour que le courant arrive des deux côtés des rails d'alimentation des mos, on a donc moins de contraintes sur les fines pistes de cuivre du pcb

 

Je n'ai pas pris beaucoup de photos car c'était une expérimentation donc je vous met ici tout ce que j'ai.

 

Verdict, que du mieux, la roue est plus smooth et le moteur gratte moins lors de grosses sollicitations, a savoir que ma définition de grosses sollicitations de la Sherman c'est ça : (des accélérations a plus de 11kw en pic)

 

en grosses côte pareil, moins de vibrations ou de grattement dans le moteur lors de franchissements sur des courtes périodes, j'ai testé une pente a 45°c sur 2m et une pente a 35° sur 10m sans soucis même si j'ai pas non plus testé au point de la cramer car j'ai pas envie de changer de cm

 

 

 

Modifié le 13 mars 2022 par Justin38

[Cobalt]

Ces améliorations sont très pertinentes @Justin38 et assez faciles à réaliser, merci pour le partage.

[Techos78]

A mon tour de te cirer les pompes : super témoignage @Justin38  .

Avec des commandes à modulation de largeur, il y a fatalement des pics de courant sévères, donc des points chauds aux endroits les plus résistifs...

J'ai parlé de la faible résistance interne d'un moteur brushless, c'est une évidence visuelle quand on voit des bobinages réalisés avec 10 à 20 fils en main (i.e. en //), le moteur basse tension de la z10 est pire, probablement entre 20 et 25 fils en main. Mais bien sûr, c'est plutôt l'impédance qui dimensionne le courant pic, mais évaluer l'inductance n'est pas trivial. Le nombre de pôles du stator et le nombre d'aimants n'est pas le même, la différence est de l'ordre de 10% dans un sens ou dans l'autre. Cela évite d'avoir un crantage magnétique comme pour un moteur pas à pas. Mais cela signifie que chaque paire de pôles n'a pas la même position face à chaque paire d'aimant... pour faire un bilan de couple, il faut probablement des nerfs solides...

[Matoone]

Il y a 8 heures, Justin38 a dit :

 

en grosses côte pareil, moins de vibrations ou de grattement dans le moteur lors de franchissements sur des courtes périodes, j'ai testé une pente a 45°c sur 2m et une pente a 35° sur 10m sans soucis même si j'ai pas non plus testé au point de la cramer car j'ai pas envie de changer de cm

 

 

 

Wow Justin c'est bien tentant la modif sur la Shermie dont les pédales ont effectivement tendance à trop vite plonger en sollicitation.

[Justin38]

Il y a 9 heures, Matoone a dit :

 les pédales ont effectivement tendance à trop vite plonger en sollicitation.

Je te ferai essayer a l'occasion, mais une partie de cette mollesse est inhérente à l'algo de la Sherman

[Justin38]

Il y a 11 heures, Techos78 a dit :

le courant pic

Le courant et la puissance en pic je l'ai récupéré via les logs d'euc World, j'ai pu voir que le maximum de courant de phase est autour des 250amp, le Maxi que j'ai déjà atteint en courant batterie était dans les 120amp (heureusement c'est sur une courte période car les deux fusibles des batteries calibrés 30amp sont pas les plus rassurant) et une puissance a l'instant t avec la chute de tension des batteries a 11800w 

Pour l'utilité du décalage des aimants par rapport au stator ça m'a appris un truc et ça explique pourquoi certains moteurs brushless ont cette vibrations plus que d'autres 👍

Modifié le 13 mars 2022 par Justin38

[Justin38]

D'ailleurs fait étonnant, les nichicon sont plus gros et ont moins de capacité à taille égale par rapport aux KXJ, les KXJ ont aussi les pates plus fines, serai-ce alors des condensateurs pas adaptés aux forts transferts de courant ?... Pas possible de savoir l'orientation de ces condos malheureusement car pas d'infos supplémentaires écrits dessus

Sachant que les anciennes Gotway en 84v utilisaient des condos nichicon de série PW (donc adapté à cet usage) avec aussi des capacités plus raisonnables 

 

Modifié le 13 mars 2022 par Justin38