Alimentation 12V pour chargeur d’accus

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Modification d’une alimentation de PC de type AT ou ATX

Avec l’augmentation des capacités de nos batteries de propulsion, nous avons besoin de chargeurs de plus en plus puissants et par conséquent d’alimentations capables de fournir les ampères demandés. Le problème de ces « super » alimentations est bien évidement le prix. Il faut compter au mieux 120€ pour une alimentation 12V – 40A sans les frais de port.

Je vous propose ici une solution très économique qui ne vous coûtera presque rien si vous êtes déjà en possession d’une vieille alimentation de PC de type AT ou ATX. Sinon, ce type d’alimentation se trouve pour une vingtaine d’euros sur ebay.

Matériel

En plus du fer à souder et du matériel habituel du modéliste, il vous faut :

  • Une alimentation de PC de type AT ou ATX capable de débiter ce que vous souhaitez en ampère sous 12V,
  • des borniers diamètre 4mm pour fiches bananes du chargeur,
  • une résistance de 4,7ohm 10watt pour charger le 5V (pas toujours nécessaire),
  • une LED 5mm standard avec son support et sa résistance de 330ohm (option de visualisation du « Power Good »).
  • autre petit matériel tel que patins caoutchouc, gaine thermo, lettrages, etc.

Mise en garde : Attention à ne jamais toucher l’intérieur de l’alim quand le cordon 220V AC est branché. Une alimentation à découpage génère des tensions de 400V. De plus, méfiez-vous des gros condensateurs car ils restent chargés très longtemps après débranchement du cordon secteur.

Type d’alimentation de PC

Il existe au moins 3 types d’alimentations pour PC :

AT

Ancien standard PC qui a commencé à disparaitre après 1998. C’est une alimentation à découpage très basique dont l’interrupteur coupe directement l’alimentation secteur. Il faut « charger » le circuit de puissance du 5V pour assurer la régulation de l’ensemble des autres tensions.
Connecteur carte mère:

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ATX

Apparu dès 1998 et encore très répandu dans nos PC. C’est une alimentation à découpage plus intelligente. Lors de sa mise sous tension, elle ne démarre pas sa puissance directement. Elle ne délivre qu’un 5V de faible ampérage (standby). Le démarrage de la puissance se fait grâce à un signal délivré par la carte mère (Power ON). Le 5V nécessite encore (souvent) une charge pour assurer la mise en puissance.
Connecteur carte mère:

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ATX-2

Nouveau standard, Idem ATX + connecteurs PCI express et 12V additionnel pour la carte mère. Certaines alimentations sont dites « True Power » et ne nécessitent plus de charge sur le 5V car les canaux de tensions sont séparés.
Connecteur carte mère:

atx2_tableauatx2_connector

Lecture des caractéristiques : Voici la photo des caractéristiques affichées sur l’alimentation ATX que j’ai choisie. Nous pouvons y lire la présence de 2 canaux de +12V délivrant 18A chacun. Cette alimentation est donc en mesure de pouvoir débiter (en théorie) 36A sous 12V ce qui nous fait P=UxI ~430W. Largement suffisant pour mon besoin de charge de 2 accus lipo de 6s à 5A (P=UxI, 25Vx5Ax2, 250W).

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Modification de notre alimentation de PC

Voici l’alimentation ATX que j’avais en stock, une Antec BP500U de 500W. Seuls les 430W des 12V nous seront utiles.

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Matériel nécessaire à la modification. Une résistance de charge de 4.7ohm-50W (8W suffisent), une LED rouge avec sa résistance de 330ohm et son support, les borniers de 4mm.

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Après avoir débranché le cordon secteur, retirer les 4 vis de maintien du couvercle de l’alimentation. A cette étape, un bon coup de soufflette ne peut pas faire de mal.

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Repérer tous les câbles d’alimentation. Attention au respect de la norme couleur, vérifier par rapport à la couleur des fils et par rapport au brochage connecteur. Couper les fils dont vous n’avez pas besoin à quelques centimètres.

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Isoler les fils coupés avec de la gaine thermo. Réserver un fil de masse (noir) et un fil +5V (rouge) pour la résistance de charge. Réserver 2 autres fils de masse (noir) pour le « Power On » et la Led de « Power Good ».

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Fixer la résistance de charge (4,7ohm) sur une plaque d’aluminium et la souder entre le +5V (rouge) et la masse (noir). Mettre du frein filet sur la visserie pour éviter le desserrage.

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Souder le fil « Power On » (vert) sur la masse (noir). Vous pouvez aussi mettre un interrupteur 2 positions pour allumer et éteindre votre alimentation. Dans ce cas, elle reste en veille quand vous ne l’utilisez pas (conso de 2W).

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Faire les découpes sur le couvercle et positionner la LED et les borniers. Vous pouvez aussi ajouter les lettrages et des patins de caoutchouc sous le boîtier.

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Borniers : Souder les +12V (jaunes) sur les borniers rouges et les masses (noir) sur les borniers noirs. Bien que l’alimentation possède 2 canaux de +12V, les borniers sont câblés en parallèle pour bénéficier de la pleine puissance sur les 2 sorties.
LED Power Good : Souder la résistance de 330ohm entre un fil de masse (noir) et la cathode (patte courte, coté méplat) de la led puis l’anode (pattes longue) de la led sur le fil « Power Good » (gris).

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L’alimentation de PC est maintenant transformée en alimentation de chargeur robuste et capable de fournir 36A sous 12V ce qui est suffisant pour la plupart des chargeurs actuels. Si vous avez besoin de plus d’ampérage, rien ne vous empêche de faire la transformation d’une alimentation de PC plus puissante. Une grosse alimentation de PC est capable de délivrer plus de 30A par canal 12V. De quoi satisfaire les plus gourmands d’entre nous à petit prix.

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Augmentation de la tension de sortie : Il est possible d’augmenter, dans des proportions raisonnables, la tension de sortie de l’alimentation pour éviter un écroulement trop important de celle-ci en pleine charge. Repérer le potentiomètre de réglage de la tension de référence du 5V et le tourner dans le sens des aiguilles d’une montre. Attention, dans certains cas, l’alimentation peut se mettre en sécurité (coupure de la puissance), il faut alors revenir légèrement en arrière. On peut vérifier au multimètre le résultat. Généralement, on obtient une tension de sortie entre 13V et 13,5V.

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Une autre réalisation: Un interrupteur pour la ventilation (charge accus indoor), des poignées pour le transport.

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Système anti-flash pour ESC

Pourquoi une étincelle ?

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Nos engins électriques consomment de plus en plus de watts et les tensions d’alimentations s’envolent. Hors, à partir de 14v, la tension est suffisante pour amorcer un arc électrique à la connexion des connecteurs d’alimentation. Le phénomène est très net à partir de 22v, 6S lipo, où le bruit de claquement et la dégradation des connecteurs sont impressionnants. Au delà de l’aspect visuel et de l’augmentation de la résistance des connecteurs, l’électronique de l’ESC (Electronic Speed Controller) souffre de ce pic de courant qui accélère son vieillissement.

Ce phénomène est donc directement lié à deux facteurs : la tension et la charge rapide des condensateurs présents dans le circuit électrique.

Comment la supprimer ?

Le but est donc de ralentir la charge des condensateurs pour limiter le courant au moment du branchement des connecteurs. Pour cela, nous utiliserons une résistance de pré-charge en série que nous court-circuiterons au bout d’une seconde.

Attention: Tous les ESC ne supportent pas cette méthode, certains intègrent nativement une résistance de pré-charge.

Le schéma

Dans cet exemple, une résistance est montée en parallèle sur un deuxième connecteur de puissance placé sur un des câbles d’alimentation de l’ESC. Cela permet de mettre la résistance en série avec l’ESC pour pré-charger les condensateurs, puis de la court-circuiter au bout d’une seconde (ou plus) pour une utilisation normale.

1°_ Débrancher le connecteur de shunt de la résistance de pré-charge.

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2°_ Brancher le pack d’accus à l’aide des connecteurs de puissances.

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3°_ Brancher le connecteur de shunt de la résistance de pré-charge au bout d’une seconde (ou plus).

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Résolution de problèmes

Problème Solution
L’ESC a du mal à s’initialiser ou ne s’initialise pas du tout Diminuer la valeur de résistance
Un claquement persiste lors de la mise en court-circuit de la résistance après une seconde de charge Diminuer la valeur de résistance
Un claquement persiste malgré la résistance lors du branchement de la batterie Augmenter la valeur de résistance

Les batteries

Les batteries

NiMh
LiPo
LiFe

Les batteries NiMh

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Ce sont des batteries Nikel/Metalhydride, dont le voltage est comparable aux batteries Nikel/Cadium (NiCd), soit 1,2 Volt par élément (1,4 volt en pleine charge). A poids égal, la capacité de ces batteries est très différente; en effet, la capacité des NiMh est 4 x supérieure à celle des NiCd. Les NiMh ont aussi l’avantage de ne pas avoir d’effet de mémoire.

L’effet mémoire est le défaut qu’ont les NiCd de garder « l’impression » que leur capacité est limitée dans la zone où ils ont étés exploités le plus souvent. Si un NiCd de 1000 mA/h est exploité jusqu’à une décharge où il lui reste 400mA/h de capacité (non exploitée), après un certain nombre de recharges et de décharges de cette +/- même capacité, la batterie se comporte COMME s’il n’avait jamais été prévu qu’avec une capacité de 1000-400 mA/h soit = à 600 mA/h.
C’est une sorte de cristallisation de l’électrolyte non utilisé. Ce qui fait qu’après un certain temps, la batterie ne permet plus QUE de tirer 600 mA/h.

Ces batteries se chargent sans trop de précautions, avec un chargeur peu coûteux. Elles sont beaucoup utilisées pour les accus de réception, puisque 4 éléments permettent d’obtenir une tension stable de 4,8 Volt. Idem pour des batteries d’émission avec 6 ou 8 éléments.

Les batteries LiPo

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Les Lipo sont des batteries Litium/Polymère qui comme les Li-Ion sont constitués de produits à base chimique. Ils sont encore plus légers que les NiMh pour une même capacité, les Li-Po peuvent facilement débiter beaucoup de courant, mais un peu moins que les NiMh. Pourtant, ils sont +/- 2 x plus coûteux. Ils n’ont pas d’effet mémoire. Chaque élément (appelé « cellule ») a une tension de 3,6 volt (pour les Li-Ion) et 3,7 volt (pour les LiPo). Soit 7,4 volt pour un LiPo de 2 cellules et 11,1 volt pour un LiPo de 3 cellules. Tensions qui montent en charge à plus de 8,2 et 12,3 V.

Ils doivent se décharger à travers un contrôleur « intelligent » qui ne permettra pas de tirer sur cette batterie une valeur supérieure à un minimum de « sécurité ». Les Lipos se détruisent s’ils sont exploités jusqu’à être « à plat ». Il doit toujours leur rester un MINIMUM de charge sous peine de devoir être remplacés parce qu’ils ne savent plus être rechargés.
Si un LiPo est dit d’une capacité de 3000 mA, cela veut dire qu’il peut fournir 3000 miliAmpère pendant une heure. Soit, 3 Ampère pendant une heure, ou 1,5 A pendant 2 heures, ou 1 Ampère pendant 3 heures, ou même 30 Ampère pendant 1/10ème d’heure soit 6 minutes. Le courant demandé au Lipo doit pouvoir être fourni, sinon, il chauffe, et la tension (en volt) va chuter. Il y aura donc une perte de puissance et un risque de destruction de la batterie. Cette valeur de courant est indiquée sur le LiPo en nombre de « C » (Ex: 15C ou 20C, etc..). Cela signifie que la batterie peut débiter en instantané 15x (ou 20x) son courant « de capacité ». Pour reprendre l’exemple du Lipo de 3000 mA/h, il peut débiter un courant de 3000 mA x 15 (pour un 15C) soit 45 Ampères. Cette notion de nC est valable pour tous les types de batteries.

Pour les Lipo, il n’y a pas d’indication sur la tension, ont considère 3,7V pour une cellule, donc avec 3 éléments ils donnent 11,1 V alors que les NiMh ont des éléments de 1,2 Volt. Les Lipo sont noté en puissance, c’est-à-dire en capacité de décharge (exprimé en miliampère par heure). Le terme /h n’est pas souvent renseigné sur l’emballage, mais il existe bel et bien.
En Li-Ion et LiPo, ne pas confondre le nombre d’éléments (cellules) et le nombre de C (capacité de décharge). Le prix est en fonction du courant maximum qu’ils veulent bien « restituer ».
Ex 1 : Un Lipo renseigné en 2000 mA 2S1P 20C/30C, possède 2 cellules de 2000mA en série (7,4v), il peut tenir 20C en continu et 30C max pendant 10 secondes. Cela signifie qu’il peut donner en permanence 20 x 2000mA soit 40A en continu et 30 x 2000mA soit 60 A pendant 10 secondes.
Ex 2 : Un Lipo renseigné en 4000 mA 3S2P 20C/30C, possède 3 cellules de 2000mA en série (11,1v) avec 3 autres cellules de même capacité en parallèle, il peut tenir 20C en continu et 30C max pendant 10 secondes. Cela signifie qu’il peut donner en permanence 20 x 2 x 2000mA soit 80A en continu et 30 x 2x 2000mA soit 120A pendant 10 secondes.

La charge doit se faire avec un chargeur spécial qui respecte leur caractéristiques de charge, et qui « surveille » la charge de chaque cellule séparément pour maintenir leur équilibre. Le courant de charge est aussi exprimé en nombre de « C ». Par défaut, ces batteries se rechargent à 1C soit à 2,2A pour un 2200mA. La durée de charge à 1C sera de 1 heure théorique. A noter que de plus en plus, ces batteries sont capables de se charger en 2C voir en 5C pour les dernières générations. Le temps de charge théorique tombe alors à 12min.

Les batteries LiFe

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Les LFP, LIFE, LiFePo4, ou A123 sont des batteries de nouvelle génération développées pour l’industrie automobile et apparues chez nous en 2009.
LiFePo: Lithium Fer Phosphate. Il s’agit de batterie n’utilisant pas ou peu d’éléments chimiques. Elles sont beaucoup plus stables que les Lipo et peuvent être endommagées sans exploser ou prendre feu car en cas de problème, tous les éléments sont munis d’une valve de décompression qui libère le gaz qui alimente la batterie. Le seul risque est de voir une petite fumée grise s’échapper de la valve.

Une batterie LIFE à presque tous les avantages d’une LIPO sans les inconvénients:
Le taux de décharge maximum va de 20C à plus de 40C. Il n’y a pas d’effet tampon ou mémoire, on peut les vider à fond et les recharger à fond sans attendre leur refroidissement. Pas besoin de les stocker chargées. Le taux de charge est couramment de 3C. Un autre des ses intérêts est le nombre de cycles. Cette batterie à une durée de vie exceptionnelle. Elle peut supporter jusqu’à 1000 cycles de charges/décharges.

Les inconvénients paraissent bien maigres aux vues des avantages énumérés plus hauts. Cependant, il faudra prévoir un chargeur spécifique, un prix plus élevé que les Lipo et un poids plus important.