[Batterie] Batterie LiFePo4 pour Prius

pf78

Juré des Darwin awards aka PF85
7/5/14
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Jack, le développeur de Dr Prius, a utilisé les gains de son application pour expérimenter des batteries de substitution à base de LiFePo4...

Il teste cela depuis 3 ans, et maintenant il y a des béta-testeurs...
les premiers retours sont enthousiasmant, mais bien sur la durabilité n'est pas encore connue.

il a fabriqué des modules qui ont le volume de 2 éléments, et à l'intérieur, il y a des petits modules
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En 2 mots, l’intérêt du LFP (LiFePO4) par rapport au LiIon , c'est qu 'il n' y a pas de risque d'emballement thermique

la discussion originale est ici

et les premiers CR sont ici
 
P pf78, merci pour ce partage !

J'ai pris un peu de temps pour répondre afin de prendre connaissance des échanges sur PriusChat (principalement des messages de Jack).

Beau projet !

Parmi les bonnes nouvelles, c'est qu'il n'y a pas besoin de reprogrammer l'ECU.
Le fait que la voiture exploite environ 80% des 6,5Ah du LiFePO4, ald de 40% sur NiMH, c'est du aux courbes de tensions qui varient moins en fonction du SoC avec cette chimie, j'ai bon ?
Mais je ne comprends pas tout à fait ce qui autorise à la voiture de tirer 250 A ald de 100 A sur une forte accélération => lien avec la résistance interne des cellules, qui serait mesurée en permanence ?
De même je me demande ce qui ferait sauter le bridage CCL/DCL par basse température (c'est clairement handicapant à partir de cette saison en Auvergne). Ce bridage est-il imposé par le BMS ou l'ECU de la voiture ?

Je n'ai pas encore réellement lu de commentaires sur les différences à la conduite, si l'assistance électrique est plus forte, si on a plus de puissance de régénération ?

Si je m'en tiens à ce que Jack laissait percevoir dans ses premiers messages, ça serait le rêve : 2 fois plus de capacité électrique utile, 2 fois moins de poids (20 kg de gagnés ?), 2,5 fois plus de puissance donc DCL/CCL repoussée, moins de chauffe en été. Si ça s'accompagne d'une quasi absence de bridage en hiver, c'est l'Eldorado de la batterie hybride !
Je projette ceci dans la IS d'ici quelques années, si ça permettait de gagner 30% de conso sur le trajet urbain/préiurbain quotidien, et de l'agrément partout ailleurs, ça sera très tentant dès la première faiblesse du pack actuel venue.
 
Les beta-testeurs viennent seulement de commencer....
Normalement, on devrait avoir bientôt des rapports de HA et comme un des testeurs est en Suède, on en saura un peu plus sur le comportement par temps froid....

Ce qu'il y a de curieux, c' est qu'il considère qu'un BMS n'est pas nécessaire...
 
Ce qu'il y a de curieux, c' est qu'il considère qu'un BMS n'est pas nécessaire...

J'ai du passer trop vite sur ce message-là, pas vu.

Mais l'hypothèse n'est-elle pas qu'a minima il réutiliserait l'original ? D'où la capacité proche des cellules LiFePO4 ("Capacity: 6.5~6.8Ah @ 0.5C") pour "être compatible" et le fait qu'il ait les retours des températures ?
Par exemple le membre TheChip qui en a monté un exemplaire :
1604241894836.png
ça se tiendrait si on reprend le schéma ci-dessous, qui montre que les capteurs de température remontent bien au BMS :
1604241332584.png


source : https://core.ac.uk/download/pdf/29202429.pdf
(source qui comporte une erreur sur le nombre de modules dans le texte d'ailleurs...)
 
je suis ...bluffé :emoticon-0137-clapping::emoticon-0137-clapping:
y en a qui m'épatent wow !!!:emoticon-0126-nerd:
 
Oui mais non.... Je n'avais pas bien précisé ce que j'entendais par BMS...
Dans le cas de batteries à base lithium, le BMS a également pour rôle de maintenir l'équilibre des tensions entre tous les éléments.
Jack a utilisé des BMS lors de ses premières expérience, on les voit sur ses photos.


par exemple dans ce proto
183482_IMG_20200305_132038.jpg


un exemple de BMS
un autre qui explique bien son utilité

ps: c'est marrant, j'avais consulté le même document ce matin...
 
Les LiFEPO4 ne souffrent-elles pas d'etre peut efficaces à temperature negative ? Sur une automobile sensée fonctionner normalement jusqu'a -25° ( deja fait -21° avec ma Prius et elle n'avait pas de soucis) c'est peut-etre un gros inconvénient . En Californie le cas se presente moins je pense... :mrgreen-48:
 
Les LiFePo fonctionnent en décharge à partir de -20°C et plutôt -10°C en charge. On peut imaginer qu'en cas d'usage extrême à -20°C, avec un début de décharge elles auront prises les 10°C manquant pour être utilisées normalement. Et sur les NIMH c'est -10°C et LiIon c'est -20°C.
 
On est d'accord, cela ne change pas grand chose...:mrgreen-48:
 
P pf78 merci pour mettre en évidence ici ce montage qui remplace les 168 cellules nimh par 70 cellules lithium phosphate de fer.

Jack l'éventreur a d'abord, selon les photos que tu as postées, roulé en lithium nickel manganèse cobat etc souvent appelé lithium ion (mais j'évite cette appellation car le lifepo4 est aussi du lithium ion). Car il n'avait que 4 cellules pour remplacer les 12 nimh. Depuis il est passé au lifepo4 et a donc 5 cellules (en fait 2x5). Il avait un bms disons basique, peut-être juste écrêteur et de quoi lire les 4 x 14 tensions.
Il a découpé ses boitiers de disons 4 cm d'épaisseur en 3 compartiments. Ceci crée un déséquilibre thermique, dans 2 compartiments il y a 2 accus, dans le 3ème un seul (en fait 2x2 et 2).
Leurs accus sont neufs et avec une résistance interne en gros deux fois plus faible que les nimh neufs.
Cette donnée est capitale, cela veut dire à la fois moins de chaleur à évacuer, donc inutile de redimensionner le système de refroidissement, mais aussi une excursion de tension qui peut être en très gros deux fois moindre.
Le premier point est à modérer fortement car le système hybride sur Prius 2 ne déclenche le ventilo qu'à 36°C. Je ne connais pas la marque et le type d'accus concernés, mais pour ma part je ventile bien avant.

Le deuxième point est capital car ils ont conservé l'ecu nimh. Elle va donc protéger ses accus comme s'ils avaient les caractéristiques des nimh.
Au niveau des tensions en gros en impulsionnel 170 è 270 Volts. Avec une valeur moyenne vers 220 Volts à température sympa.
Au niveau des intensités en impulsionnel cela peut être très élevé, le capteur sature s'arrête de mémoire vers 250 A, 150A et plus cela se rencontre. Normalement la plage en régime permanent est 105 en recharge 125A en décharge par température sympa, c'est réduit s'il fait froid, par exemple 90 90 avec 12°C et ça peut descendre à zéro si les accus sont très chauds.

Le deuxième point ne permet pas facilement de prédire le changement de comportement lors des roulages.
S'ils avaient gardé la plage de tension autour de disons 220 Volts ils auraient eu 40% de 6,5 Ah disponibles, comme avec les nimh.
Le rendement est meilleur, moins de chaleur perdue.
Les tests qu'ils font montrent une augmentation de la distance en ev, oui mais ils comparent des accus fatigués (par exemple avec une RI de 30 mOhms) avec des accus neufs.
Mais comme certaines copies d'écran montrent qu'ils montent à plus de 230 Volts, il est possible que le système ne se contente pas de mesurer les coulombs entrants et sortants pour calculer le soc mais réajuste le soc en fonction de cette tension et de la durée pendant laquelle on s'y trouve, AVEC UN SERIEUX RETARD. Il est dans ce cas possible de sortir des limites autorisées. Plus de 80% n'est pas dramatique, jusque que le thermique va fonctionner en mode "je vide les accus" donc en perte d'efficacité, mais si par malheur ils descendent sous les 17% de soc le système est briqué.

Le troisième point concerne le point que tu as mentionné et qui me "chagrine" très fortement : l'absence de bms, et surtout d'un bms qui limite les tensions de chacune des 70 cellules. Clairement là l'ecu nimh ne sait pas faire le job correctement. D'abord elle ne mesure que 14 tensions mais aussi elle n'est pas programmée pour protéger du lithium. Elle est conçue pour rééquilibrer le pack en SURCHARGEANT les accus qui ont la tension la plus forte. C'est fait par des cycles de charge/décharge avec 7A de charge et 3,5 de décharge. Les accus nimh panasonic/toyota sont prévus pour être surchargés et chacune des 168 cellules va "écrêter" sa charge, en dégageant de la chaleur (d'où le ventilo qui souffle fort à ce moment).
Avec les accus lithium, quand l'ecu nimh va constater un trop fort deséquilbre dans les 14 tensions, par exemple 1 volt elle va déclencher la procédure d'équilibrage (décrite sur mon blog). 1 volt c'est nettement trop si un des 10 accus (2P5S) lifepo4 est en train de monter trop haut en tension. Les bms travaillent avec des différences bien plus faibles. Donc le(s) cellules lifepo4 qui sont hautes vont être irrémédiablement endommagées à ce moment, lors des charges de 7A.
Seulement voilà, un bms qui gère 70 accus et 230 Volts dc capable de dériver 7A de type passif ou actif, ça coute un bras. Je me demande s'ils n'ont pas fait l'impasse en se disant que neufs ces accus vont rester équilibrés, bien qu'ils ont de très fortes variations d'intensité, de fortes différences de températures à supporter. Ce sera le cas au début des expériences. Jack a du arriver à cette conclusion lors de ses tests. A un moment un ou des accus vont monter trop haut en tension et les lithium, contrairement au nimh panasonic/toyota ne sont PAS DU TOUT CAPABLES d'ENCAISSER UNE SURCHARGE et seront endommagés. A priori rien de dangereux devrait se produire, leur poche va gonfler, leur résistance interne monter au plafond et la tension à leur borne aussi. L'ecu nimh va finir par placer un dtc et n'autoriser que de finir le trajet en cours avec le thermique qui fonctionne en continu. Normalement...
Un genre de choix économique, c'est un critère mis en avant dans leur discussion.

P.S. Je roule depuis des mois avec disons 70 accus lifepo4 en remplacement des 168 nimh. cela ressemble au montage de Jack, MAIS il y a un bms qui rééquilibre les accus lors des recharges sur réseau, donc plusieurs fois par mois, et j'ai un boitier placé entre l'ecu nimh et les autres ecu qui modifie les consignes SOC,DCL,CCL. Donc en particulier le SOC est maintenu dans tous les cas dans la bonne plage de %, les dcl et ccl sont gérées avec plus de "prudence". Il est d'ailleurs instructif de voire le SOC que calcule (inutilement car pas transmis aux autres ecu) l'ecu nimh pendant les trajets. Il peut monter à presque 99% et descendre bas.

A+
 
Dernière édition:
Je suis tout à fait d'accord, sans BMS spécifique (en gardant le BMS d'origine), il est impossible de bien maitriser la recharge/décharge des éléments.
Pour deux raisons:
D'une part chaque module n'a pas la même tension nominale ce qui entraine que la limite max et la limite low ne sera pas la même qu'avec les NIMH: Donc problème pour le BMS d'origine, enfin pour les accus lifepo4.
Ensuite en admettant que chaque module ait la même tension nominale, la pente de charge et décharge n'est pas la même et est bien plus faible pour les lifepo4 que pour les NIMH, ce qui fait qu'on va aussi les surcharger et trop les décharger.

Et là je rejoints aussi planetaire, il faudrait ajouter une interface entre les lifepo4 et le BMS d'origine pour rattraper tout cela. Pour rattraper l'offset de tension et amplifier la pente pour que la sensibilité de charge/décharge du BMS d'origine soit compatible avec les lifepo4.
 
planetaire planetaire
Je partage totalement ton analyse, et, en particulier, le besoin de modifier les 3 données SOC, DCL & CCL.
Quel boitier as tu intercalé pour procéder à cette action ?
(perso, j'ai un macchina m2 qui permet ce genre de spoofing).

Question subsidiaire: faute de limitations, il y a un risque potentiel de faire sauter le fusible dans la prise de sécurité (125A?) ????
 
J'utilise toujours bms+ de Normann (Canada), boitier qui n'est plus fabriqué mais dont les sources hard et soft sont sauvegardées sur Priuschat.
Normann avait chiadé au maxi les temps de réponse. En fait il s'est débrouillé pour qu'il n'y ait AUCUN délai entre la réception d'un pid venant de l'ecu nimh et son envoi modifié vers l'avant de l'appareil. Il a donc une approche à la fois électronique et informatique, la première faisant une commutation temps réel et l'autre ayant préparé les bonnes réponses Soc/Dcl/Ccl en fonction de la tension totale, intensité et températures accu.

Le fusible 120A de la prise diag est un fusible, certes de type HRC, mais basé sur la fusion d'un morceau de métal, donc il accepte bien plus que 120A pendant un temps court. La limite dépend de la chaleur produite versus celle qu'il peut émettre vers l'air/le boitier environnant pendant ce temps. Un équilibre thermique donc.
On peut avoir en impulsionnel de mémoire plus de 200A (Palm35 lors d'un rallye, de toute façon on ne peut pas lire plus de 255 A) mais en continu la prius est limitée à 25 kW par le système hybride, accus nimh ou pas, pendant pas longtemps (par exemple 110A 225V), vu qu'elle n'accepte que 40% de 6,5Ah soit 2,6 Ah (Par exemple 500-600 Wh soit 5-6 km), entre le soc maxi 80% et 40% (pas facile à atteindre sans démarrer le thermique). La durée est donc très courte et est aussi limitée car 25 kW c'est en-dessous de 50 km/h, au-dessus c'est 21-22 kW.
Bien sur en été ou sur trajet avec beaucoup de charges/décharges le fusible risque plus de fondre.

Je ne pense pas qu'ils pourront avoir plus de 21/25 kW en décharge. Le maillon faible du hsd est le boost converter situé entre les accus et le reste du circuit de puissance. D'après Peef (sur priuschat) il y a de la marge mais il faut bien comprendre que ce ne sont pas les accus qui limitent la puissance qui y passe, mais c'est l'électronique de pilotage du boost-converter qui va limiter les échanges, du moins sur un délai de quelques secondes, pas en impulsionnel où j'avais vu par exemple plus de 35 kW lors d'un usage mixte essence/électrique. Le fait de mettre des accus avec deux fois moins de résistance interne d'après ma compréhension du hsd (et mon expérience en EV disons fort longue sur Prius 2) ne va hélas pas permettre d'avoir plus de puissance venant des accus.


A+
 
Effectivement, la limitation peut maintenant venir du convertisseur qui a ces limites propres en courant.
Et je ne pense pas que les études aient été faites pour pouvoir encaisser beaucoup plus de courant que ne pouvait supporter la batterie NIMH.
La preuve c'est que sur certains modèles les convertisseurs ont laché tant ils sont proches des limites de la batterie.
 
Merci aux différents contributeurs, qui nous permettent de mieux comprendre les limitations

Si je résume ce que j'ai compris (n'hésitez pas à me corriger) :
- Les cellules seraient capables de 230 A de décharge pendant 30 secondes, mais le "convertisseur survolteur" ne saurait pas traiter une telle puissance sur cette durée. Compréhensible, mais c'est un espoir d'envolé. (+ notion de fusible HRC à 120A)
- Par temps froid (5 °C) , l'ECU de la batterie restant identique, la batterie serait bridée à l'identique (DCL/CCL), mais avec moins de déperditions thermique pour la monter en température à iso-usage, donc ça serait un effet pervers, avec un bridage qui resterait en place plus longtemps, la batterie chauffant finalement moins.

Question en suspens :
- Sur des sollicitations modérées, est-ce que la résistance interne deux fois plus faible induirait que le système enverrait 2 fois "trop" de puissance pour une commande force motrice voulue ?


J'ai trouvé la schématique suivante pour essayer de m'y retrouver :
1604521034353.png
Source : https://eduscol.education.fr/sti/si...icules-hybrides-abras-thierry-pour-edusco.pdf
 
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