Outils pour utilisateurs

Outils du site


projets_chargeur_accu_individuel_li_ion

Table des matières

Chargeur d'accu individuel de type 18650

Ce wiki décrit la conception et réalisation du proto version 1.
Ce document est aussi disponible en version pdf. Cliquer ici pour obtenir la dernière version.
Si vous souhaitez voir l'historique de ce document vous pouvez cliquer ici.

Licence de cette documentation

Le contenu de cette documentation est placé sous licence : CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International
La version traduite résumée en français est ici : https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.fr

1. Descriptif du projet

Ce wiki décrit la réalisation d'un chargeur openhardware pour 1 seul accu lithium de type 18650 à partir d'un circuit BQ24002 de chez Texas Instrument.

2. Taille de ce type d'accu

Voilà en photo une comparaison des tailles avec des accumulateurs traditionnels (NI-MH) Pour voir les types d'accus existants, j'ai fait un topo sur mon blog.

3. Pourquoi j'avais besoin d'un chargeur

Comme les accus Ni-Mh et Ni-Cd ont des capacités limitées, je me suis mis en tête de fabriquer moi même un chargeur mais pour accu de type Lithium. Bien sûr, il existe des milliers de modules chinois à bas prix mais la qualité et la conception de certains laisse parfois à désirer. Il existe un certain danger à utiliser ce type de circuit et les accus lithium sont à prendre avec précaution (risque d'incendie).

L'idée derrière tout cela est de faire un chargeur disponible en mode opensource hardware et éviter l'obsolescence programmée. Un peu plus cher sans doute donc mais avec une meilleure qualité et avec des valeurs éthiques derrière. L'idée serait de facilement remplacer le circuit intégré en cas de dysfonctionnement. Mes tests de charge me diront aussi si je fais bien ainsi et si le circuit choisi est efficace. L'idée future serait aussi pourquoi pas de réaliser des BMS (chargeurs d'accus en série/ parallèle) pour véhicules mobiles (vélos électriques, trottinettes, skates etc).

Le challenge ne manque pas de piquant car il ne s'agit pas d'un circuit traversant donc je vais apprendre à souder un circuit intégré de type CMS (composant monté en surface). Bref, j'ai envie d'expérimenter, même si c'est un peu plus cher.

4. Ou trouver un schéma valide ?

J'ai trouvé le plan dans le livre “311 Circuits” de Publitronic (Elektor) https://www.amazon.fr/311-Circuits-Elektor/dp/1907920080 à la page 133.

La référence de l'article en ligne sur Elektor est : https://www.elektormagazine.fr/magazine/elektor-201109/11972 Il faut être inscrit (et sans doute même être abonné) pour lire cet article en entier.

5. Le circuit utilisé

Je compte utiliser le circuit BQ24002 de chez Texas Instrument. Il s'agit d'un circuit pour le chargement d'un accu individuel. Il existe aussi dans la même gamme des circuits permettant de charger plusieurs accus à la fois (BQ2400x series). Il sera bien sûr intéressant de faire des tests avec un chargeur double accus (ex : le BQ24004). Le circuit BQ24001 ne comporte quant à lui qu'une seule diode témoin (donc moins intéressant sur l'état de charge).

Malheureusement et cela va renforcer mon expérience, ce circuit n'est pas un CI traversant usuel au format DIP : donc va sans doute me poser un problème technique de soudage (le premier challenge pour moi).

Le format du circuit à utiliser est SSOP-20 (20 pattes) avec l'option “HTT (High Thermal Temperature)” : https://en.wikipedia.org/wiki/Small_Outline_Integrated_Circuit#SSOP
Note : la version HTT désigne le fait qu'il possède sous son ventre un pad métallique permettant d'évacuer la chaleur (PowerPAD heat-sink).

Comme on peut le constater, c'est vraiment tout petit (6,6mm x 6,6mm) et je pense que ça va être un véritable défi que de faire le proto (mais on le verra, j'ai réussi !!).

6. Etude du datasheet et de la documentation

Il me faut maintenant consulter la documentation pour faire le reste du prototype. Je dispose pour le moment de deux sources de documentation : Le livre de Elektor “311 circuits” en page 133 en français et le datasheet du circuit.

6.1. Affectation des pattes (pins)

Voici un petit schéma fait avec Inkscape concernant le rôle de chacune des pattes du circuit : schema_circuit_seul.jpgDétail des pattes concernées (par ordre alphabétique) :

  • AGND : masse à connecter de façon très proche du pôle négatif de l'accu
  • APG : adapter power good input (je n'arrive pas à traduire et n'ai pas compris le rôle de cette patte qui est la même que THERM
  • CR : internal regulator bypass capacitor : pour mettre un condensateur pour le régulateur interne
  • EN : charge enable input : permet de mettre en mode charge ou en mode veille
  • GND/HEATSINK : la masse, à connecter au pad thermique (sous le circuit)
  • IN : input voltage : tension de réglage pour charger pour la batterie (valeur conseillée : 4,5 à 10V max 13,5V)
  • ISNS : détection du courant au niveau de IN
  • N/C : not connected : patte non connectée
  • OUT : à relier à la borne positive de l'accu
  • STAT1 : sortie permettant de récupérer des infos sur la charge (permet de brancher une led rouge ou autre)
  • STAT2 : sortie permettant de récupérer des infos sur la charge (permet de brancher une led verte ou autre)
  • TMRSEL : timer select : permet de sélectionner la durée de charge maximum (3, 4,5 ou 6 heure).
  • VCC : tension d'alimentation
  • VSEL : tension max de l'accu (4,1V ou 4,2V selon les modèles)
  • VSENSE : monitoring de la tension de charge de batterie (OUT)

6.2. Phases de chargement de l'accu

Hormis événements particuliers (température de l'accu trop élevée par ex.), le chargement de l'accu s'effectue en Trois phases.

  • Préconditionnement : cette phase est nécessaire pour charger des accus très déchargés (en principe, les accus dont la tension est en dessous d'un certain seuil -ex : 2,1V- doivent être mis au recyclage). Le préconditionnement provoque un chargement avec un courant très faible appelé “Preconditionning current” : IPRECHG. Cette phase dure 22,5 minutes.
  • Charge à courant constant : le but de cette charge est d'atteindre la tension maxi de l'accu (4,1V ou 4,2V). Le courant de charge réglable en intensité est à régler avant le démarrage et est appelé Ilim ou Ireg.
  • Une fois la tension max atteinte, la charge se fait à tension constante et le courant de charge décroit progressivement. En descendant le courant atteint la valeur “Taper detect” et la charge dure à partir de ce point 22,5 minutes à nouveau.

Note : le temps de charge à la fin du préconditionnement dure soit 3, 4,5, ou 6 h au maximum selon le réglage de TMRSEL. Bien sûr, si l'accu est chargé, le temps est raccourci en dessous de ce maximum.
Le graphique de ces étapes de chargement est à la page 12 du datasheet.

6.3. Rôle de chacune des broches et précisions diverses

Pour plus de détails, voir le schéma du montage plus bas.

6.3.1. Tension et courant d'alimentation (IN et VCC)

Elle permet d'alimenter le circuit et indirectement la batterie. Les valeurs pour Vcc et IN vont de 4,5 à 10V (avec un grand maxi de 13,5V). Le plus gros du courant passe dans IN pour alimenter un mosfet (voir schéma datasheet page 7). Le courant qui passe dans IN dépend du courant de charge de l'accu (1,2A est conseillé comme courant de charge même si on peut aller jusqu'à 2A max). Une autre partie du courant (1mA) passe au niveau de VCC. J'en déduis que l'alim pour alimenter ce montage doit pouvoir délivrer un courant max de 2Ampères et que cela devrait suffire (le ci ne consommant que très peu). Mais Texas Instrument, dans son guide de mise en œuvre conseille de prendre une alimentation de tension 5,1V et un courant limite de 1,3A (+ou- 0,2A), ce qui nous fait une alimentation de puissance 7W environ.

6.3.2. Détection du courant d'entrée (ISNS)

La broche ISNS permet de détecter le courant d'entrée et est donc reliée à IN. IN et ISNS sont reliées à l'alimentation générale par une résistance RSNS. Le calcul de RSNS est donné par la formule : RSNS = Vilim/IREG

6.3.3. Réglage de la tension max à atteindre (VSEL)

La broche VSEl, si elle est mise à l'état haut (reliée à VCC) permet une charge jusqu'à 4,2V. Si elle est reliée à la masse (GND), le maxi sera de 4,1V. Il faut consulter la documentation de votre accu pour voir l'option à prendre. Dans le doute, charger à 4,1V, ce qui évitera de détériorer votre accu.

6.3.4. Seuil minimum pour le chargement (VLOWV)

Note : si la tension de l'accu descend en dessous d'une tension minimum (appelée VLOWV), le système se réinitialise et démarre la charge de préconditionning. Il est donc possible que si un accu est très déchargé, la charge de préconditionning se fasse plusieurs fois de suite jusqu'à atteindre le seuil VLOWV.

6.3.5. Réglage du courant de charge grâce à la tension d'entrée

Le réglage du courant constant (phase 2 de la charge) se fait grâce à la résistance extérieure “Shunt” appelée RSNS. La broche ISNS mesure le courant d'entrée et permet la régulation de la charge à courant constant. La valeur conseillée est de 0,1ohm pour une tension de 5,3V en entrée, ce qui donne un courant de charge de 1A.
Les valeurs conseillées pour RSNS sont entre 0,083ohms et 1 ohm. On peut utiliser des tensions supérieures (le datasheet donne des graphiques pour des tensions d'entrée jusqu'à 10V) mais je vais faire mes premiers tests avec la tension de 5,3V au début (je changerai en augmentant progressivement pour voir comment le système agit). Je trouve que ce point n'est pas très documenté au niveau du datasheet.

6.3.6. Etat des broches STAT1 et STAT2

L'état des deux broches renseigne sur l'état du dispositif en cours de charge. Voici un tableau résumé :

SignificationStat1 (état)Stat2 (état)
PrechargeOn (état bas)Off
Charge rapideOnOff
ErreurFlashing (1Hz, 50% duty cycle)
Chargement Ok (>90%)OffOn
Circuit au reposOffOff
APG/ThermInvalidOffOff
Coupure température excessive Off Off
Accu absentOffOff

Dans le cas où on a un accu absent avec utilisation du thermistor, la LED verte est sur off Comme on peut le voir, l'état “On” ici est au niveau bas (proche de 0V). Donc pour faire briller la LED dans ce cas, il faut relier l'autre extrémité de la diode au VCC (avec une résistance de protection de 500ohms pour chaque diode).

6.3.7. Condensateurs de découplage sur VCC, CR et au niveau de la tension de batterie

Des condensateurs de découplage sont nécessaires pour éviter les fréquences parasites.

  • Les deux premiers sont à brancher entre l'entrée VCC et la masse, leur valeur est de O,1uF (100nF) et 10uF (électrolytique).
  • Il y en a aussi un à mettre entre le + et le - de l'accu en charge (1uF).
  • Le dernier est un condensateur de 0,22uF (220nF) à mettre au niveau de la broche CR pour garantir une bonne efficacité du régulateur interne (moins de parasitage).

Remarque : la patte TMRSEL si elle n'est reliée à rien (cas d'une charge de 3h) doit être reliée à CR par un condensateur de 10pf.

6.3.8. Mesure de la température avec la broche THM

Une Ntc (Negative temperature coefficient thermistor) est une résistance thermique dont la température décroit avec l'augmentation de la température. Une valeur de 10k (ref Vishay : 2381 640 63103) avec les valeurs de résistances 18k7 et 95k3 (pont diviseur de tension entre CR et la masse) permet d'obtenir une coupure du chargeur entre 5° et 43° au niveau de la thermistance. Une résistance Vishay de 12k permet d'obtenir une coupure à 48°C. Le datasheet propose deux formules pour calculer ces seuils mais je vais me tenir aux valeurs conseillées pour le moment (les formules sont un peu “pénibles” à appliquer).

6.3.9. Mise en mode charge ou repos (broche EN)

La broche EN mise à VCC met le système en mode “charge” et mise GND met le système en mode “repos” (standby mode). Dans ce dernier cas, la consommation du circuit est de quelques micro ampères. Ceci peut donc servir de bouton marche arrêt en plus du bouton marche arrêt de l'alimentation.

6.3.10. Coupure en cas de chauffe du circuit

Le circuit est prévu pour couper à une température interne de 165°C, c'est une protection supplémentaire. Je pense qu'il doit se remettre en fonctionnement à 155°C (Thermal hystérésis).

6.3.11. Mesure de la tension de charge

La mesure de la tension de charge se fait grâce à la broche VSENSE sur la sortie OUT.

6.3.12. Connexion des masses

La documentation ne dit pas s'il y a une obligation pour connecter les masses d'entrée et de sortie (GND et AGND). Le circuit proposé connecte les deux. Il est peut-être possible de faire en sorte que GND et AGND ne soient pas connectées ensemble pour faire comme une masse flottante (pour charger plusieurs accus en séries par ex avec plusieurs circuits de charge). A voir pour ce point.

6.4. Schématique

6.4.1. Schéma du circuit complet

6.4.2. Vérification des erreurs

J'ai réalisé ce tableau des connexions pour ne pas oublier de connexion et composants sur le schéma. Un “-” signifie “sans objet”, “1” signifie “réalisé” et “o” signifie “à faire”. Les numéros des broches du circuit sont mis entre ().

Numéro piste Reliée à Sur schéma
Piste 1 C1 - C2 - INV1 - INV2 - INV3 - R1 - R4 - R5 - TC1+ - VCC(4) 1
Piste 2 ACCU1- - AGND(16) - C1 - C2 - C3 - C4 - GND(10) - HEATSINK - INV1 - INV2 - INV3 - Masse - NTC1 - R3 - TC1- - TC2- 1
Piste 3 EN(8) - INV1 1
Piste 4 IN(2) - IN(3) - ISNS(5) - R1 1
Piste 5 D1 - R4 1
Piste 6 D2 - R5 1
Piste 7 D1 - STAT1(14) 1
Piste 8 D2 - STAT2(15) 1
Piste 9 ACCU1+ - C4 - OUT(18) - OUT(19) - VSENSE(17) - TC2+ 1
Piste 10 APG/THM(7) - NTC1 - R2 - R3 - TC2Therm 1
Piste 11 C3 - C5- CR(12) - R2 1
Piste 12 C5 - INV3 - TMR SEL(13) 1
Piste 13 INV2 - VSEL(9) 1
Non connectées NC(1) - NC(6) - NC(11) - NC(20) -

Pour vérifier les connexions, j'ai imprimé le circuit et le tableau ci-dessus. J'ai ensuite demandé à ma fille (11ans) de vérifier avec mon aide les différentes connexions des composants. Nous avons trouvé quelques erreurs minimes. Il s'agit de colorier les pistes en couleur et de vérifier les composants reliés (un par un).
Voici un aperçu de cette vérification ce que cela donne :
schema_circuit_verif_couleurs.jpg

6.4.3. Nomenclature des composants électroniques

Avant de faire mes achats je dois regrouper dans un tableau la liste des composants (nomenclature). Les électroniciens appellent cela “BOM” (Bill of materials).
Dans le tableau ci-dessous un “-” pour le fabriquant veut dire que l'on peut trouver se composant n'importe où (composant générique). Un “-” pour le fournisseur veut dire qu'on peut le trouver chez n'importe quel fournisseur (composant courant).

Reférence Description Fabriquant Fournisseur Ref. Fournisseur
C1,C4Condensateur Tantale 10uF Tantale 16V---
C2Condensateur Céramique 0,1uF 16V---
C3Condensateur Céramique 0,22uF 16V---
C5Condensateur céramique 10pf 50V---
D1Diode électroluminescente rouge 20ma max---
D2Diode électroluminescente verte 20ma max---
IC1Circuit intégré “Battery charger” BQ24002 HTSSOP-20Texas instrumentFarnellBQ24002PWP
INV1Inverseur 2positions on-off unipolaire---
INV2Inverseur 2positions on-off unipolaire---
INV3Inverseur 3 postions on-off-on unipolaire---
NTC1Thermistance de type NTC 10k VishayFarnellNTCLE100E3103JB0
R1Résistance 0,1 Ω 1W---
R2Résistance 18.7 kΩ, 1/16 W, 1%---
R3Résistance 95.3 kΩ, 1/16 W, 1%---
R4,R5Résistance 511 Ω, 1/4 W---
TC1Connecteur terminal pour CI 2 pôles (bornier à vis) 3A---
TC2Connecteur terminal pour CI 3 pôles (bornier à vis) 3A---

7. Réalisation du prototype - partie électronique

7.1. Approvisionnement des composants pour le soudage du circuit cms

7.1.1. Le circuit BQ24002

La première étape pour moi est de me procurer le circuit. Je suis allé chez mon fournisseur habituel : Farnell Les frais de port sont assez élevés (6,9 euro ht quand même, d'ailleurs je pense que si ça continue …) pour les petites commandes mais je n'ai jamais été déçu par le sérieux de ce distributeur (rapidité, origine sérieuse des composants, etc…).
Voici la page où j'ai commandé le circuit…

Voici donc ce que j'ai reçu au niveau de ma commande : un petit étui avec les circuits à l'intérieur. J'en ai commandé trois pour les loupés éventuels.
Note importante : il est bien pour assurer la sécurité électrique du circuit de se décharger par un moyen ou un autre de l'électricité statique.

7.1.2. Le kit de soudage cms

En même temps que la commande du circuit, je me suis mis à rechercher un Pcb 1) de conversion avec un fournisseur correct. Une plaquette de conversion permet de résoudre le problème des fournisseurs qui ne vendent plus les version DIP des circuits intégrés.
Au niveau de votre moteur de recherche habituel, il faut saisir “LeFormatCms to dip” (ex : ssop-20 to dip).
Le format “ssop-20 to dip” n'est pas le plus évident à trouver. Le site de Banggood en a bien mais pas pour cette conversion là.
J'en ai trouvé ailleurs, en particulier en France et je mettrai bientôt la liste ci-dessous.
Liste des fournisseurs de plaque de conversion à insérer ici

J'ai trouvé mon bonheur chez un fabricant canadien ProtoAdvantage. Il s'agit d'un fournisseur spécialisé dans les Pcb de conversion mais aussi dans le soudage des circuits intégrés dessus. J'ai donc (re)découvert la technique du masquage avec Stencil. Elektor a d'ailleurs fait un ouvrage spécialisé sur cette technique de soudage des CMS 2) . J'ai dû saisir “ssop-20” sur le moteur de recherche interne de Protoadvantage (et non “ssop 20” ou “ssop20”) pour trouver le kit spécialisé permettant de débuter avec la technique du stencil.
Voici la page concernant ce kit :

Le kit est à environ 20 euro, il faut ajouter les frais de port de 5,52 euros. J'ai commandé aussi un module de conversion vierge en cas d'erreur, je me suis bien dit qu'il y aurait des ratés.
Note : je n'ai pas payé de frais de douane 3) .
Le kit reçu en moins de deux semaines contient donc les éléments suivants :

On y distingue :

  • Une seringue contenant de la soudure grise basse température de fusion en pâte.
  • Un stencil (plaque métallique servant de masque). Voici le datasheet du stencil.
  • Deux circuits de conversion.
  • Des broches spéciales à angle droit.
  • Un circuit écarteur en époxy (couleur naturelle blanc jaunâtre).
  • Un tampon tissus alcoolisé (alcool isopropylique à 70%).
  • Une raclette ni trop souple, ni trop dure (j'insiste, une carte de crédit me semble trop dure).
  • Une micro notice cartonnée pour le montage du circuit
  • Une autre pour le montage des broches (pins)

7.2. Soudage du circuit SSOP

e vais décrire dans la documentation suivante comment obtenir un circuit soudé convenablement.
Le but est d'obtenir un circuit cms sur un plaquette de type “Dip” (SSOP to DIP). On appelle cela une plaquette de conversion de format. En effet, une fois ce travail fait, il sera plus aisé de mettre les composants additionnels traversants (pas des cms) autour.
Voici en image ce qu'il faut obtenir :

7.2.1. Réalisation du pad thermique

Le circuit contient un pad sous son ventre pour l'évacuation de la chaleur par des pistes en cuivre latérale.
Un document consultable sur le site de Texas Instrument est présent ici : http://www.ti.com/lit/an/slma002g/slma002g.pdf
Comme on peut le voir sur ce document page 4, il est bien que la piste en cuivre sur le PCB soit large en dessous et parte sur les côtés pour évacuer la chaleur.
On trouve à la page 5 le plan du stencil à faire réaliser (je n'ai pas trouvé ce type de stencil à vendre). Cela dit, vu la largeur du pad, il est facile d'utiliser un stencil SSOP-20 et de déposer la pâte sur le pad ensuite avec la seringue.
Je n'ai pas jusqu'à aujourd'hui trouvé de plaquette de conversion HTTSOP-20 vers DIP. Il me faudra donc soi trouver une astuce, soi réaliser moi même mon PCB.
Note : la patte 10 du circuit est reliée au pad en interne.
Voici une photo grossie du pad thermique sous le circuit minuscule : La première astuce que j'ai essayée est de coller un bout d'aluminium (alimentaire) avec de la colle cyanoacrylate (superglue) pour remplacer la piste large inexistante sur le circuit fourni par Protoadvantage :
Il faut appuyer sur l'alu sans mettre de la colle partout.
J'ai réalisé cette opération avant de mettre la pâte. Cela n'a pas été une bonne idée. Je montre ci-dessous tout de même le résultat du collage : J'ai dû appuyer sur l'alu avec le stencil pour le rendre bien plat. Comme on peut le constater, le résultat est bof bof avec des pliures qui ne me plaisent guère … J'ai dû rectifier la largeur de la bande d'alu au scalpel car elle était un peu proche des empreintes des pattes :

7.2.2. Découpage du stencil

Le stencil 4) livré avec la plaquette était trop grand en taille par rapport à celle-ci. J'ai donc pour une question pratique décidé de le découper : Note : le découpage ne peut se faire qu'avec une cisaille à tôle bien affûtée. L'option “ciseaux” ne fonctionne pas car il s'agit d'un acier dur.

7.2.3. Nettoyage du circuit

Pour permettre une bonne adhérence de la pâte à souder, j'ai passé un coup de chiffon alcool (isopropylique à 75%).

7.2.4. Scotchage du stencil

Une fois le stencil découpé à la bonne taille pour le PCB, je l'aligne parfaitement (avec ma loupe élairante) et je scotche le tout en ne bougeant pas. Les pistes en cuivre doivent donner un effet “jaune” au travers du stencil.

Je rectifie en la diminuant la largeur du scotch au scalpel pour que la pâte glisse bien (les rainures sont un peu trop rapprochées du bord du scotch) :

7.2.5. Dépôt de la pâte

Je dépose ensuite la pâte avec la seringue, il faut une pâte fondant à basse température (moins de 200°) :

La première dépose a été une vraie catastrophe. Je n'avais pas déposé assez de pâte sur les pistes et il ne faut pas faire “glisser” la pâte en plusieurs fois. De plus, la couche d'alu a certainement fait que l'épaisseur était trop importante et la pâte est passée sous le stencil en reliant toutes les pattes.
Voilà le mauvais travail de départ, il y a vraiment trop de pâte sur les pistes : Cela dit, il parait que le passage au four permet à la pâte de soudure de séparer les pattes les unes des autres (je n'ai pas testé !).
J'ai donc du procéder à un nettoyage à l'alcool de rigueur (plusieurs fois de suite en cas d'échec !!!).

Note importante : je recommande d'acheter une bouteille d'alcool isopropylique (70%) avant de faire le travail (ça vaut moins de 5 euro).
J'ai recommencé sur une plaquette vierge car même en ayant enlevé le bandeau d'alu, il restait des traces de colle cyanocrylate. Je gratterai la colle plus tard pour récupérer ma plaquette.

Mes recommandations sont les suivantes :

  • Faire le trajet une seule fois avec la spatule en n'appuyant pas trop, sinon, la pâte passe en dessous.
  • Le stencil doit être bien à plat.

Une fois la spatule passée, on obtient ceci (décoller le stencil avec la pointe du scalpel) : Une fois cette opération réalisée, il faudra nettoyer le stencil et la spatule avec le tampon d'alcool car la soudure a tendance à sécher. Dans le cas contraire,le stencil pourrait être obstrué.

Le résultat à obtenir est que toutes les empreintes soit “juste” pleines de pâte, mais pas trop, bien séparées, comme ceci :

Cette expérience m'a appris que s'il y a un morceau d'alu à mettre pour faire le pad thermique, il doit se mettre après l'application de la pâte. La colle cyanoacrylate est à éviter (se propage) et je vais donc essayer de faire un pad avec de l'alu autocollant (en espérant qu'il ne soit pas trop épais).
Expérience à faire pour pad alu autocollant
Pour le moment je tente de réaliser la soudure sans pad thermique (on verra bien si ça pète !!).

7.2.6. Enfournage

J'ai pris un simple four de cuisine pour l'enfournage. Je contrôle la température à l'aide d'une sonde reliée à mon multimètre (Fluke 116). La sonde passe par le dessus de l'ouverture de la vitre du four (fil rigide). J'ai dû maintenir à la main le fil de la sonde pendant l'opération de façon à ce qu'elle soit à côté du circuit.

Le temps de montée en température doit être à peu près respecté tout comme le temps de descente. J'utilise la minuterie de mon téléphone portable.
Voici la courbe idéale donnée sur le site de Protoadvantage dans ce document d'application : http://www.proto-advantage.com/store/datasheets/AN0001.pdf Au niveau de la descente de température, comme la température de mon four ne descendait pas assez vite, j'ai ouvert la vitre à intervalles réguliers. Il doit bien sûr exister des fours spécialisés ou des fours de cuisine programmables.

Je n'ai pas tout à faire respecté la courbe mais cela à bien fonctionné.

Il est bien de ne pas dépasser les 180°C. Étant donné que je commence à maîtriser la fabrication des résistances de chauffage avec du fil résistif, j'envisage pourquoi pas de construire plus tard un mini four basse tension spécialisé (encore un nouveau projet).

Au niveau du résultat, les soudures doivent être bien brillantes et les pattes bien séparées.

7.2.7. Nettoyage

Après le passage au four, il subsiste des microbilles de soudure fondue, on les voit un peu sur cette image :

Il faut passer un coton tige imbibé d'alcool isopropylique à 70% pour nettoyer le tout. Il faut enlever un maximum de traces de soudure en dehors des pistes :

Après le nettoyage, le résultat est vraiment satisfaisant :

7.2.8. Tests électrique

J'utilise pointes de touche fines et mon multimètre en fonction détecteur de continuité pour faire le test électrique.

Voici la procédure de test

  1. Il est bien de faire un test en les petites empreintes côté recto et les grosses côté verso (ceci prouve la continuité de la soudure).
  2. Il faut aussi vérifier qu'il n'y a pas de contact entre les broches (le faire sur le verso).
  3. Bien sûr, certaines broches sont reliées en interne sur le circuit (regarder le datasheet) et donc le testeur de continuité bipe. Ici, les broches 2 et 3 puis 17 et 18 sont reliées en interne.

7.2.9. Alignement des broches et soudage

L'alignement des broches se fait avec l'écarteur (la plaque époxy blanche) livré avec le kit comme ceci :

Il faut ensuite souder deux broches extérieures aux extrémités (en diagonale). Les soudages extérieurs des broches peuvent se faire ensuite : Note : il ne faut pas hésiter à faire refondre les soudures des deux premières pattes soudées au début pour que la soudure prenne une belle forme brillante.

Après, le soudage des broches intérieures peut se faire. Le fer à souder doit avoir une extrémité de panne assez longue pour pouvoir se glisser entre les pattes. J'ai choisi un embout assez carré pour faire le contact vertical :

Chouette, l'opération de soudage difficile est terminée. Je suis satisfait du résultat hormis le fait qu'il n'y ait pas de pad sur cette version.
Il me reste maintenant à procéder à un essai pour faire le pad thermique.

7.3. Commande des autres composants

En plus des composants que j'avais à la maison, j'ai donc commandé les composants sur Farnell qui a un stock énorme (et qui livre à 0 frais de port à partir de 30 € HT).
J'en ai profité pour commander de la pâte à souder et du fil à souder basse température.

7.4. Réception des composants et contrôle qualité

Une fois la commande reçue, j'ai procédé à une inscription des informations supplémentaire sur les étiquettes et ai collé les infos découpées dans le bon de livraison (Farnell met un bandeau pour chaque composant et cela facilite les commandes à nouveau).

J'ai ensuite vérifié les valeurs des composants (condensateurs, résistances) y compris le fonctionnement des inverseurs unipolaires et autres interrupteurs. Cette vérification du type “démarche qualité” est indispensable pour éviter les ennuis futurs.

7.5. Soudage des autres composants

Pour le soudage, j'ai imprimé un petit dossier de quatre pages (à partir du pdf du wiki) comprenant

  • le schéma
  • la nomenclature des composants
  • la liste des pistes avec les composants
  • la liste des composants achetés

J'ai colorié au fur et à mesure les pistes réalisées et connectées aux composants soudés, cela évite les oublis de connexions.
Pour le reste, j'utilise des plaques à pastilles doubles face.

Je trouve que les pastilles sur celles que j'ai sont un peu éloignées et je ferai le prochain proto sur des plaques à pastilles plus rapprochées et un meilleur plan de masse (idée de http://philippe.demerliac.free.fr/ et améliorée par https://easyeda.com/Lanvernazal/LanverBoard-1b2a21683da24c7d8034899b312a25ab, merci à vous deux).
Pour le soudage de la plaque du circuit intégré, j'ai un peu travaillé sans filet et aurait dû mettre cela sur un support pour CI 8 broches. Ce sera pour la prochaine fois. Je dois noter aussi que j'ai pris de la soudure basse température (183°C et fer à 250°C) pour souder les broches du circuit sur la plaque à pastilles. Pour le reste des composants, j'ai utilisé mon fer à 350°C avec de la soudure standard (1mm). Je n'ai pas eu de problème particulier pour le soudage.
Voici ce que donne le circuit une fois soudé côté recto :

Côté verso, voici ce que ça donne :

Au niveau du support d'accu, j'ai soudé des plots de 1mm partie femelle sur les trois broches de sorties.

On peut aussi voir sur la photo précédente la thermistance qui sera mise au fond du logement, je ne sais pas pour le moment si cette position est adéquate car elle longe la partie plastique de l'accu et on peut donc supposer qu'il n'y a pas une bonne retransmission de la chaleur à cet endroit. L'idéal serait sur la partie métallique arrière de l'accu (pôle -).
J'ai ensuite inséré les plots amovibles (1mm) dans les plots femelle.

Ces plots seront vissés dans le bornier à vis.

7.6. Vérifications visuelles et électriques

Dans ce fatras de connexions, j'ai d'abord procédé à une vérification visuelle à la loupe éclairante pour vérifier des courts-circuits éventuels et autres problèmes.
Ensuite, j'ai procédé, tout comme pour le circuit SSOP à une vérification électrique (test de continuité avec bip) avec les pointes de touches de mon multimètre. J'ai mis sur le schéma déjà colorié des points sur chaque piste vérifiée. Au départ, j'avais mis de V mais c'est un peu gros…

Note : j'ai cru trouver un court-circuit entre la piste 1 et la 4 mais ceci était dû au fait que la résistance de 0,1Ω était très faible.

7.7. Phase de test

7.7.1. Phase de conditionnement

La phase de conditionnement permet de préparer les accus très déchargés, y compris ceux qu'on pense irrécupérrables. La charge se fait à courant constant faible (60mA environ) pendant 22,5 minutes. La diode rouge est allumée et la tension augmente jusqu'à un seuil (défini par les composants externes) aux alentours des 3V.
Si la tension est trop faible ou trop forte à la fin des 22,5 minutes, la diode rouge clignote et il faut réarmer (éteindre et rallumer) avec l'interrupteur relié à “Enable”. Voici ce que ça donne en visuel :

Note : si l'accu est assez chargé (tension trop élevée) avant cette phase, cette phase n'a pas lieu d'être.

7.7.2. Phase de charge à courant constant

Le but de la phase de charge est de charger à un courant assez fort et constant (ex : 1A) jusqu'à monter la tension de charge un peu sous les 4,1 ou 4,2 volts (selon le réglage de l'inverseur unipolaire). La diode rouge est allumée pendant cette phase.
Le courant de charge est déterminé par la résistance d'entrée (shunt) qui pour moi est de 0,1 ohm. La tension d'alimentation a aussi une influence. Si on diminue la résistance de shunt ou si on augmente la tension d'alimentation, le courant est plus élevé et vice-versa.
Cette phase peut être assez longue. On voit ici la puissance consommée sur mon alim de labo. Le courant est un peu plus de 1A.

7.7.3. Phase de charge à tension constante

Une fois la tension de charge montée un peu sous la valeur maxi réglée (4,1V ou 4,2), la tension monte progressivement jusqu'au max et le courant diminue progressivement.

7.7.4. Charge à 90%

Une fois l'accu chargé à 90%, la LED rouge s'éteint et la LED verte s'allume :

Le courant de bascule pour la LED verte était aux alentours de 200mA pour moi. A partir de cet instant, un temps de 22,5 minutes s'écoule, la tension monte progressivement jusqu'au max (il ne s'agit donc pas d'une charge à tension complètement constante !!) et le courant se coupe. C'est la fin complète de la charge.

7.7.5. Fin de la charge / autres possibilités

En réalité, le circuit suit un organigramme assez complet concernant la charge. J'ai beaucoup simplifié car tout un tas d'évènements peuvent survenir (enlèvement de l'accu en cours par ex., surchauffe du Circuit BQ, surchauffe de l'accu). Le circuit offre aussi la possibilité de faire une charge d'entretien (si la tension de la pile baisse trop par ex.) et redémarre automatiquement. Le temps de charge max peut être programmé à 3h, 4,5h ou 6h pour des raisons de sécurité. Le courant se coupe alors quoiqu'il arrive.

7.7.6. Remarques concernant la charge

  • Le circuit arrive à charger des accus que je pensais hs (sous 2,2V) et c'est une très bonne chose pour le recyclage.
  • La température de l'accu monte faiblement, il reste à peine tiède.
  • Malgré l'absence de connexion au pad thermique sous le circuit, le fait d'avoir mis le circuit sur un support provoque sans doute une absorption de la chaleur par inertie thermique du support.
  • En cas de batterie absente, la LED rouge est sensée s'allumer (voir tableau des LED dans le datasheet). Or pour moi, elle passe au vert. Comme le datasheet paraît contradictoire, il semble qu'il s'agit d'une erreur. Il faut donc à mon avis lire sous le tableau “(1) If thermistor is used, then the Green LED is on”.
  • J'ai fait une erreur en voulant monitorer le courant avec mon multimètre limité à 400mA et tout un tas de résultats curieux sont arrivés. On peut donc monitorer le courant à condition de ne pas le limiter et à condition que la résistance de l'appareil de mesure soit très faible (en mode Ampèremètre donc).
  • Le circuit BQ24002 consomme en lui même très peu, je suis à 10mA en mode veille, ce qui est plus que correct. En mode charge, il redistribue l'énergie de façon très efficace (j'ai descendu la tension d'alim à 5V finalement) même s'il s'agit d'un circuit linéaire (et pas basé sur une régulation à découpage).

8. Réalisation du boîtier

Le boîtier est maintenant terminé, j'ai fait ça en bois avec un morceau de PMMA (plexi) de récupération.
Les accus se chargent maintenant les uns après les autres et le projet est terminé.

Note : j'ai connectée l'entrée d'alimentation à une prise USB coupé et reliée à un chargeur Blitzwolf 6 sorties (2,4A par sortie). Tout fonctionne correctement.

J'ai tout de même passé un coup de peinture et renforcé la liaison USB, voici donc l'image du prototype version 1 :

9. Améliorations possibles

  • Comme j'avais commandé une série de composants en trois exemplaires (il me reste deux séries), je vais donc faire deux autres chargeurs.
  • Je vais réaliser le prochain PCB sous EasyEda, ce qui me facilitera la tâche de soudage (c'était un peu long !).
  • Au niveau de la broche EN (enable), je vais mettre un bouton poussoir plutôt qu'un inverseur unipolaire, c'est plus simple pour réarmer.
  • Je vais mettre l'inverseur unipolaire sur l'arrivée générale de courant du circuit (sortie du port USB), le circuit sera donc totalement éteint.

Faire un don

Si vous estimez que la documentation de ce projet vous a rendu service ou que vous voulez encourager mes travaux, vous pouvez me faire un don en cliquant sur le lien paypal ci-dessous. Je peux mettre un lien vers votre site si vous le souhaitez (renvoi de service).

Versions de ce document

Version : 1.2 Faire la vérification orthographique

Version : 1.1 — par yannickadmin 2018/05/10 23:31

  • Ajout de la photo du boîtier terminé et peint.
  • Modification du plan et de la largeur de certaines images.

Version : 1.0 — par yannickadmin 2018/05/09 17:54

  • Ajout des informations concernant les temps de charges et la suite des expérimentations.
  • Correction diverses et bilan de l'expérience.
  • Ajout des info. concernant la réalisation du boîtier.
  • Améliorations possibles du proto.

Version : 0.9 — par yannickadmin 2018/05/08 11:22

  • Ajout des informations concernant les temps de charges et les premières expérimentations.
  • Ajout des info. concernant quelques anomalies trouvées sur le circuit.

Version : 0.8 — par yannickadmin 2018/05/07 12:48

  • Ajout des informations concernant le soudage des composants externes et du circuit général.
  • Réorganisation du plan du document (j'ai fait passer la phase de soudage du SSOP.
  • Ajout des info. concernant les phases de charge et le fonctionnement du circuit (à compléter car l'expérience est en cours).

Version : 0.7 — par yannickadmin 2018/05/04 23:47

  • Ajout d'une numérotation au sommaire du wiki
  • Déplacement du wiki hébergé par framasoft vers le site de hardhackers.com pour une meilleure gestion.

Version : 0.6 — par yannickadmin 2018/04/27 19:52

  • Commande des composants chez Farnell et ajout du listing de commande sur le wiki (pour référence de composants)
  • Ajout de la nomenclature des composants
  • Modification du schéma à cause d'une petite erreur faite précédemment–> nouveau schéma version 0.5

Version : 0.5 — par yannickadmin 2018/04/26 18:41

  • Modification du schéma (un oubli de noeuds de connexion).
  • Amélioration de la liste du tableau des connexions : j'ai maintenant répertorié les différentes pistes pour faire les vérifications diverses.
  • Vérification (ok) des différentes pistes et composants présents sur le schéma.

Version : 0.4 — par yannickadmin 2018/04/25 17:43

  • Ajout du schéma électronique général
  • Ajout de la liste de connexions

Version : 0.3 — par yannickadmin 2018/04/23 23:08

  • Explications concernant fonctionnement du circuit, rôle des différentes broches et réglages.

Version : 0.2 — par yannickadmin 2018/04/22 19:21

  • Schéma du brochage du circuit
  • Explication sommaire du rôle de chaque pin
  • Alimentation du circuit

Version : 0.1 — par yannickadmin 2018/04/20 10:45

  • Version de base.
1)
Plaquette en époxy avec des pistes de circuit imprimé où vont être soudés les composants
2)
Composants montés en surface par opposition aux composants traversants
3)
Le tarif étant raisonnable, ça passe. De plus, je crois que les importations sont maintenant facilités avec le Canada grâce à un traité de libre échange
4)
Pochoir en français
projets_chargeur_accu_individuel_li_ion.txt · Dernière modification: 2018/05/11 11:41 par yannickadmin