Chargeur MLI pour accu NCHA26i-MH


1 La charge des accus en général
1.1 Aspects techniques des accus Ni-MH
1.2 La résistance interne des accus
2 Modes de charge et d'arrêt en Ni-MH
3 Les conséquences
3.1 Réduction des possibilités de 8 à 4 accus
3.2 Le mode d'arrêt de charge
3.3 L'inversion de l'écart de tension
3.4 La provision pour la température
3.5 La puissance disponible
3.6 Repenser la totalité
4 Le CHOIX du chargeur Ni-MH
4.1 Caractéristiques principales
4.2 La MLI ou PWM
4.3 Partie connectique et mesures
5 Détails Techniques
5.1 Points particuliers
5.2 Méthodes d'arrêt et Tension d'arrêt
5.3 Conversion A/D
5.4 Les mesures de tension des bacs
5.5 Le problème des tensions et de l'alim
5.6 Cas particulier des accus 9 Volts et autres valeurs
6 L'affichage
6.1Les exemples d'affichage
7 Le contrôle des tensions
8 La réalisation
8.1 Le schéma
8.2 Les CI
8.3 Le programme
8.4 Les particularités
8.5 Opérabilité
9 Quelle stratégie choisir ?
9.1 Le contrôle de la résistance interne
9.2 Le –dV/dT (DELTA)
9.3 Le contrôle de la charge en mAH
9.4 La température
9.5 Le difficile contrôle
10 La critique
11 Conclusions

 

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Avant propos

A la lumière de mes multiples essais et mises au point ainsi que des lectures indiquées ci-après, je casse au moins pour la cinquième fois ce projet principalement au niveau soft, car les règles d'arrêt de la charge des accus sont un peu délicates et véritablement pleines de surprises.
Le Hard (l'électronique seule) quant à lui évolue un peu, mais il manque de puissance, c'est un fait certain !
Il est ainsi et restera pour mon usage, mais vous devrez l'amender en fonction de ce qui sera dit ci-après.
J'ai beaucoup tâtonné à cause du manque d'informations précises sur les accus Ni-MH, mais surtout de détails et de véritables courbes de fin de charge, ceci afin de ne pas surcharger les accus.

Il m'a fallut effectuer de nombreux relevés  sur des accus différents pour bien évaluer le problème, vérifier les points essentiels, et j'ai dû revoir en dernier lieu la sécurité d'arrêt de la charge, non plus sur le temps mais sur les mAH engrangés (Avec un rendement bien entendu)
Dans la littérature qui m'a aidé, cette page du site Ni-Cd est une des plus intéressantes mais j'ai regretté le manque de relevés réels d'exemples que l'on ne peut trouver que chez les fabricants (Et encore c'est loin d'être du précis), ou chez ceux que je cherche encore et qui ont déjà effectué ces tracés.
Alors j'ai été obligé d'en réaliser un certain nombre, car il n'est pas possible de comprendre dans la finesse les réactions de ces accus, tant les caractéristiques entre deux éléments "identiques" peuvent être différentes.
D'autres pages du même site sont également très instructives.

Mais ce site de nos cousins Canadiens est aussi particulièrement intéressant :

L'élaboration de ce chargeur m'avait semblée assez simple au début, mais ce n'était qu'une apparence.
Je pensais avoir bien cerné les problèmes de ces accus, mais plusieurs enregistrements de la charge de simples accus, de type, de marque et de capacité différentes sont venus bouleverser ma vision de ceux-ci  (Mais aussi à cause d'une erreur de formule de conversion dans l'un des cas  (sur le tableur!))…

Aussi je suis obligé d'expliquer pourquoi ce que j'avais prévu ne fonctionnait que très imparfaitement.
C'est l'objet de la première partie où l'on verra que la charge standard à C/10 n'est certainement pas la plus facile à mettre en œuvre de façon correcte pour les accus Ni_MH.

Pourtant cette charge à C/10 est tout de même celle qui garantissait (à priori) le mieux la longévité des accus. Mais pour y arriver cela reviendrait à détecter quelque chose qui devrait varier très faiblement, et au milieu d'un certain bruit de fond. Il n'est donc pas question de tout recommencer, parce que je n'ai pas le temps.

J'ai réglé les problèmes au fur et à mesure de ma prise de connaissance des difficultés réelles de détection.
La mise au point du hard a été assez rapide, mais le problème majeur a été celui du bruit de fond.

La mise au point du logiciel a été très laborieuse, pour pouvoir utiliser tout de même ce chargeur, qui sera vraisemblablement meilleur que la petite bidouille "made in China", PRC, ou ce que vous voulez...

On verra également que d'un chargeur à priori limité, il s'est tout de même transformé en chargeur de qualité, mais qui manque essentiellement de puissance au niveau du courant possible puisqu'il est limité à 512 mA.

Cet article va donc décrire un chargeur original qui fonctionne avec plusieurs principes de détection de fin de charge en parallèle, y compris la possibilité de détecter des DELTA de tension très faibles par cumul des valeurs sous forme de moyenne glissante, associé à un contrôle de sécurité, non plus au niveau du temps mais au profit des mAH délivrés par le chargeur. (C'est plus précis, mais le revers de la médaille est qu'il faut donner la capacité ! et donc un paramètre de plus !).
(La réalité du paramétrage n'est pas dramatique non plus car il faut seulement donner dans la majorité des cas le courant de charge et la capacité...c'est tout ! )
Ce ne sont pas les seuls critères d'arrêt de charge, on le verra, et il y aura même une provision pour une mesure de la température.

NOTA1 :
La lettre C citée tout au long de cet article représente la capacité d'un accumulateur exprimée en mAH (milli Ampères Heures), ainsi pour un accu de 2500mAH une charge à C/10 (Dite charge "normale") sera une charge avec un courant de 250mA (durant 14 à 16 heures environ). Une charge à C/5 (C'est un courant plus fort) ce sera alors une charge à 500 mA (2500/5=500mA)

NOTA2 :
Par accu il faut comprendre bien naturellement les accumulateurs en général et dans cet article, sauf mention particulière, les accumulateurs Ni-MH (Nickel Métal Hydrure).

1 La charge des accus en généCHA10ral

Le chargeur d'accus de "grand papa" (ou du supermarché du coin) qui n'était qu'un transfo avec redresseur ne peut plus résoudre le problème de la charge des petits accumulateurs récents de façon correcte (De quelque type qu'ils soient).
Ceci simplement parce que les nouveaux accumulateurs Ni-MH sont beaucoup plus sensibles aux surcharges que leurs aînés Cd-Ni. Cette charge était une charge en courant (variable) avec une tension à peine plus élevée que la valeur de tension d'un élément !

Un procédé de charge souvent utilisé est le floating qui consiste à utiliser un régulateur de tension et de régler finement la tension. Ce principe s'applique principalement aux batteries plomb qui sont robustes. Ce principe trop simple nécessite pratiquement toujours une adaptation complémentaire, tant pour le chargeur lui-même que pour la batterie.
Ainsi l'adaptation presque incontournable consistera à limiter le courant de charge tant pour le chargeur lui-même que pour l'accu (Sans attendre que le transfo s'écroule suite à un courant initial trop important).
Une limitation de courant est une réaction de fait sur la tension délivrée pour ne pas dépasser la consigne de courant.
Par contre dès que le courant est inférieur à la consigne de courant maxi, cette fois c'est la tension qui pilote et reste figée à sa consigne prévue jusqu'à… la fin de charge qui deviendra alors une charge d'entretien dont le courant très faible compensera seulement les pertes internes. C'est aussi et surtout le mode de charge utilisé pour les batteries stationnaires (Accumulateurs Pb étanches)
La charge en floating à durée limitée est à priori aussi utilisée en deuxième partie de la charge des accus LIPO ou LI-ON.
(Beaucoup de personnes ne comprennent pas toujours cette petite subtilité courant/tension un peu difficile à appréhender, mais il suffit de penser à une alimentation de labo avec limitation de courant ! c'est pareil !)

L'autre façon de charger un accu est d'utiliser cette fois un courant constant et de déterminer par la tension ou la forme générale de la courbe, l'instant où il sera nécessaire d'arrêter. La tension "sera ce qu'elle est", et on ne pourra pas la maîtriser, car elle sera (partiellement) la conséquence du courant que l'on imposera.

L'arrêt de charge d'un accu (chargé en tension ou courant) peut aussi se faire très simplement en calculant le temps de charge à un courant donné et répondant à l'équivalent de la capacité… (Augmentée du rendement, soit environ 1.4 à 1.6 fois la charge indiquée sur l'accu Pour Ni-MH).
C'est la méthode indiquée en général sur les accusCHA25 eux-mêmes.

L'arrêt de charge pour accus Ni_MH, sur la base d'un temps est un procédé peu satisfaisant car on va appliquer le même temps pour un accu totalement déchargé ou seulement partiellement, car il n'est pas possible de connaître le niveau de décharge d'un accu avec exactitude, (à moins de le "vider" complètement). Ce procédé est une méthode trop simpliste et surtout une limite maximale.

Enfin il y a des méthodes plus fines dont ce chargeur est pourvu, et le dernier élément non mentionné est le contrôle de la tension… Mais cela n'est pas suffisant et est fortement impacté par le courant de charge, on le verra ci-après, mais aussi par le modèle d'accu, car "une" résistance interne intervient aussi lors de la charge.

(J'ai dit "une", car je pense que la résistance interne lors de la décharge n'est pas exactement identique à la résistance interne à la charge)

Les autres méthodes par contrôle des points d'inflexion sont les meilleures méthodes mais plus complexes et nécessitant toujours l'analyse des valeurs sur de longues durées.
J'ai finalement utilisé à contre cœur cette méthode, mais elle ne me semble pas toujours fiable à 100% au vu des relevés de courbes effectués.
Les variations sur les points d'inflexions sont très faibles et peuvent pCHA13arfois disparaître dans le bruit de fond, mais j'ai joué le jeu faute de mieux et après mise au point de la méthode de détection par moyenne glissante, cela semble bien fonctionner.

J'insiste sur ce principe de la charge à courant constant… Si le courant est ostensiblement verrouillé à une valeur de consigne et que les caractéristiques de l'accu évoluent, c'est la tension aux bornes qui va évoluer pour s'adapter au courant ! C'est peut être un phrase "bateau", mais c'est certainement la plus importante !

(On oppose à ce principe ci-dessus, la charge à tension constante (floating), où là, c'est le courant qui va varier. Il y a aussi des charges d'accus qui utilisent par obligation les deux principes)

1.1 Aspects techniques des accus Ni-MH

Les accus Ni-MH (Comme les Cd-Ni) délivrent des tensions relativement faibles par élément, et de l'ordre de 1.2V environ.
Aussi ils sont le plus souvent groupés par 2 éléments ou plus. Or les accus en série n'ont la capacité que de l'élément le plus faible. (Voir l'article précédent sur les mesures sur quelques accus Ni-MH). Ce point de groupement d'éléments est aussi d'une importance capitale et il avait impacté directement le chargeur au tout début.

C'est pour quoi je préconise d'utiliser toujours les mêmCHA11es accus pour le même appareil (décharge série identique) et cela implique aussi une charge identique, mais également un vieillissement identique.

Le groupement de marques et de capacités différentes, mais aussi de dates de production est donc totalement irréfléchi si l'on veut maintenir de bonnes capacités énergétiques en redistribution d'énergie.
Cela aura moins de conséquences directes sur le courant fourni mais surtout sur la durée réduite d'énergie pour une tension donnée et pour une utilisation spécifique.
On devrait en bonne logique étiqueter tous les accus que l'on a pour qu'ils restent groupés et ne puissent être mélangés…Je vais m'y efforcer !

(Ceci est aussi un appel aux fabricants pour créer une zone d'inscription manuelle sur les accus)

Pour l'exemple :

Déballage d'un blister neuf TRONIC LR14 de 4000 mAH
Tension des éléments 1.017 V et 0.974 V Cela indique bien les différences qui existent et prouve la nécessité de charger individuellement les accus.
Je dois ajouter ici que j'ai fait la même expérience avec des accus LR6, également différents au départ, mais qui après une charge se sont révélés assez proches ! Bref de quoi y perdre un peu son latin !

Les accus Ni-MH ne devraient pas en principe être chargés comme la majorité des accus à C/10, mais à C/5 et même parfois jusqu'à C/2 et même C (Pour certains seulement) !

(A ce sujet, les chargeurs ultra-rapides donnent l'impression d'être des "super chargeurs", il n'en est rien, car ils abîment plus rapidement les accus et ne concourent qu'au mal du siècle d'aller toujours plus vite... Patience et longueur de temps etc...etc... Tout cela n'est qu'une affaire commerciale ! favorisant les ventes par méconnaissance)

Cette charge à C/5 est dûe à l'impossibilité de détecter la fin de charge à des courants faibles, alors il n'y a pas d'autre solution que de charger à des courants plus importants que C/10. Ceci a été mon erreur majeure de départ, de penser uniquement à un courant de C/10. Il n'y a plus le passage à une pente négative après le petit palier au maximum de tension.

Il faut cependant prendre en compte que les charges rapides et ultra-rapides affectent la longévité des accus. Alors je pense (à ce jour) que la charge à C/10 d'accus Ni-MH est très délicate de mise en oeuvre et risque d'abréger encore plus la longévité d'un accu, que la charge à régime plus élevé de C/5.
La principale difficulté réside dans la détection de la fin de charge et de la CERTITUDE d'avoir emmagasiné la quantité d'énergie indiquée pour l'accu.
En corollaire, cette charge rapide affecte aussi la capacité qui devient moindre, mais peut augmenter le courant fourni, ce qui peut parfois être un avantage et une nécessité.

Ce site explique bien tout ceci :

Un ultime essai de charge d'accus de petit modèle AAA vient de me confirmer la nécessité de ne pas tabler sur un seuil de tension pour l'arrêt
En effet sur un pack de 4 accus AAA neufs, je viens d'en charger 2 à C/10 et je n'ai jamais pu atteindre mieux que 1.44 V sans passage à une pente négative !
Je pense avoir compris la raison de cette faible tension, car il s'agit de la tension mesurée par le PIC, or les fils de liaisons sont communs à la charge (courant élevé) mais aussi au "sense" qui mesure la tension.
On le verra ultérieurement, des chutes de tension allant jusqu'à plus de 100mV ne sont pas exceptionnelles
Est-ce la réalité ? Je ne l'affirme pas d'autant que je ne suis plus tout à fait certain de tous mes essais après cette constatation ???
Cela me conforte tout de même dans la nécessité d'avoir un contrôle sur la tension d'arrêt.

Ce contrôle ne sera plus une condition d'arrêt par seuil, dit de fin de charge mais seulement une condition beaucoup plus haute en tension qui indiquera alors une résistance interne trop élevée et donc un accu "très malade". (Hors Service)

Cet arrêt sur tension atteinte (Résistance interne élevée) restera un arrêt de deuxième niveau, car le premier critère devrait être la détection d'un DELTA négatif de la tension.
Enfin, en dernière condition d'arrêt pour éviter toute surcharge, la détection de capacité atteinte limitera une surcharge trop importante dans le cas où le DELTA négatif de tension ne fonctionnerait pas (Ce qui peut arriver, car certains accus ont une courbe absolument plate).

1.2 La résistance interne des accus

Celle-ci reste assez mystérieuse, principalement lors de la charge, car si elle semble plus logiquement mesurable lors de la décharge, elle existe tout autant lors de la charge et n'est peut-être pas exactement identique !CHA12?

Voyons en premier lieu la résistance interne à la DÉCHARGE. Celle-ci est mesurable facilement suivant le principe du schéma rappelé ci contre. Il serait utile de vérifier que cette résistance n'est certainement pas constante, tant en instantané au gré du courant demandé, qu'au gré de la capacité restante, mais aussi au final au gré du nombre de cycles charge/décharge réalisés (Aspect usure des accus).

Cette vision est un peu simpliste du point de vue des explications, car lorsque l'on coupe le courant, (lors de la décharge), la tension évolue lentement en remontant.
Il est donc délicat de déterminer le point précis de retour en l'absence de courant puisque la tension n'est pas constante.
Bien entendu je ne peux me permettre toutes ces mesures très longues et je ne peux que donner une indication ponctuelle.
Ainsi un vieil accu chargé récemment et présentant une tension de 1.2V s'écroule presque instantanément sur une décharge modeste. Mais il ressuscite très rapidement pour retrouver une tension voisine des 1.2V.

Pour la charge, c'est un peu différent, mais aussi plus simple à mettre en évidence, car la charge est réalisée par un courant constant et non une tension.
Lors de la CHARGE on va trouver aux bornes de l'accu une tension assez supérieure à la tension intrinsèque de l'accu (cette dernière tension mesurée à vide) à cause de cette résistance interne.
J'ai lu (et constaté) que la résistance interne d'un élément déchargé est assez élevée, aussi sur une charge à courant constant  de bonne amplitude, la tension va immédiatement grimper vers des valeurs relativement importantes.

Ainsi sur une détection de tension, il est certain que l'accu serait déclaré instantanément mauvais (Résistance interne trop élevée). C'est ce point qui m'a obligé à opter pour la méthode du DELTA négatif, mais aussi à mettre en place une montée progressive du courant en début de charge grâce à la MLI

Cette parade a été mise en place (grâce à la MLI) qui consiste à lancer très progressivement le courant dans la série d'accus sur une durée d'une à deux minutes.
Cette mise en fonctionnement progressive évite de déclarer un accu ayant une résistance interne trop élevée et évite le stress de l'accu face à un courant nominal important et brutal.
Cela est utile pour la santé de l'accu, surtout lorsque celui-ci n'a pas servi depuis longtemps ou est fortement déchargé.

Pour mesurer la résistance interne à la charge, j'ai décidé de prendre la tension lors de la charge, puis de couper le courant de charge pour mesurer IMMÉDIATEMENT la tension à vide (puis de reprendre la charge).
La différence des tensions avec et sans courant de charge va donner la valeur approchée de la résistance interne à la charge, suivant la bonne vieille loi d'Ohm, pour le seul instant considéré et pour le niveau de charge de l'accu ainsi que pour "cet accu précis" !

La aussi il faudrait faire toute une série de mesures et seuls les fabricants ont vraiment cette possibilité de décliner en long et en large toutes ces mesures, mais c'est du domaine des secrets de fabrication et peu d'éléments très techniques filtrent.
On ne trouve que du commerce pur et dur, sans aucune information technique un tant soit peu exhaustive. Triste commerce !

Les ordres de grandeurs de résistance interne que j'ai pu mesurer lors de la charge sont les suivants pour un accu en bonne santé type R6 : aux alentours du 1/10 d'ohm.
Pour un accu de même type et presque "foutu", de l'ordre de 2.5 ohms

J'ajouterai que suivant les procédés chimiques légèrement différents en fonction des marques, il me parait difficile d'établir des règles très précises, aussi toutes ces mesures sont à multiplier et sont donc irréalisables à l'échelle amateur surtout par le volume de données à collecter et analyser, l'état des différents accumulateurs, mais aussi par la diversité de réalisation industrielle des procédés chimiques, ainsi que par l'obsolescence rapide de tous les produits, matériels, marques et procédés.
Le point certainement le plus rédhibitoire pour moi est le temps nécessaire pour mener à bien tous ces essais et mesures…Ce sont toujours des heures, voire des dizaines d'heures et des jours entiers !

La résistance interne d'accus bien déchargés est assez élevée et même un courant de C/10 peut permettre d'atteindre tout de suite une tension de fin de charge vers 1.8V. Ce point gênant dans un chargeur standard est donc traité ici par le "soft start" MLI.
J'ai constaté durant le "soft start" une légère augmentation de la tension, puis une stabilisation et légère diminution avant de reprendre la progression vers la tension finale "normale". Le but est donc atteint, (et en plus "ça fait plaisir aux accus" !)

Il est possible de traiter la charge sur résistance interne élevée (due à la décharge profonde) de deux façons différentes, soit par un temps sans contrôle de tension (Et éliminer la décision d'arrêt de charge), soit par une montée progressive du courant de charge sur 1 à 2 minutes pour passer le cap fatidique d'un arrêt prématuré et protéger l'accu. C'est cette dernière méthode que j'ai choisie mais également sans contrôle de tension !

Ce paragraphe est important car des accus avec résistance interne élevée sont tout à fait habituels. Le cas extrême au niveau chargeur est l'absence d'un accu (Ou d'un mauvais contact, ce qui arrive très souvent ! Voir aussi § 5.1 points particuliers).
Dans ce cas tout se passe comme si on voyait artificiellement une tension très élevée aux bornes, l'ampli OP tentant de faire monter en vain le courant pour obtenir la consigne.
On s'arrête alors simplement par détection de tension maxi dépassée avec déclaration de résistance interne élevée.

On contrôlera donc à la fin de la rampe du courant MLI que la tension aux bornes d'un accu n'est pas supérieure à 1.85V.
Cette limite de 1.85 V pourrait quelquefois être franchie, non à l'issue du démarrage d'une charge d'accus particulièrement usagés ayant une résistance interne élevée, mais en fin de charge d'accus très usagés.
Le cas de mauvais contacts produira également cette détection.
Cette limite peut également arriver sur des charges à courant trop élevé (ET résistance interne élevée aussi).

2 Modes de charge et d'arrêt en Ni-MH

Sans plagier les différents articles référencés, il faut charger les accus à courant constant et s'arrêter soit sur un niveau de tension trop élevé, mais principalement sur une petite diminution de la tension de charge (DELTA négatif) tout à la fin de la période de charge uniquement, à la condition d'une charge à la valeur d'au moins C/5.

Il y a un premier point d'inflexion (Point ou la tangente à une courbe coupe la courbe) au moment où la courbe de charge monte plus rapidement en tension puis s'inverse en se stabilisant assez rapidement. C'est un des points. (Ce premier point est le point d'inflexion est le point où la variation positive de la pente s'inverse pour devenir négative... ATTENTION j'ai dit la variation).
Cependant, j'ai pu vérifier qu'à ce stade, la charge fournie par le chargeur est loin de la valeur de la capacité de l'accu. (Voir diagramme ci dessous)

(P.S. ne pas tenir compte des valeurs de tension barrées sur le graphe, c'est une erreur de calculs)

Par opposition il y a un deuxième point d'infleCHA0xion au moment où la tension diminue, (Après le palier à niveau de tension constant, mais il n'est "visible" qu'à de forts courants de charge).

La première constatation est de voir qu'au premier point d'inflexion on n'a pas atteint le niveau de charge d'un élément de type R6 (Voir les courbes ci-contre).

Pour s'assurer du niveau de charge, la droite représentant la charge apportée est superposée, et on constate effectivement que la charge finale n'est atteinte qu'au moment où la tension baisse légèrement.

Dans la valeur de charge il faut tenir compte d'un rendement de 1.4 environ. C'est à dire environ 1700MAH/1.4#1200mAH. Cela correspond donc au 2ème point d'inflexion sans ambiguïté. (Point où la variation de pente est toujours négative, mais où la valeur devient aussi négative

Il me semble donc évident qu'il faille bien atteindre le palier et que le meilleur endroit pour être sûr d'avoir bien chargé (Mais sans surcharge) est d'attendre que la pente de la courbe devienne négative (L'angle de la pente négative est situé dans le quadrant 4 (sous l'axe des x)).
Ce 2ème point d'inflexion est très peu marqué et on ne peut le détecter de façon fiable qu'en utilisant des procédés cumulatifs de mesures.

NOTA : J'ai oublié d'insister sur un point important dans l'aspect de détection d'un delta, qui est de dire que le courant doit absolument être très constant pour que l'interprétation de variation de tension soit bien attribuée à la fin de charge et non à une variation du courant !!! 

La première constatation est de voir qu'au premier point d'inflexion on n'a pas atteint le niveau de charge d'un élément de type R6 (Voir les courbes ci-dessus).

Pour s'assurer du niveau de charge, la droite représentant la charge apportée est superposée, et on constate effectivement que la charge finale n'est atteinte qu'au moment où la tension baisse légèrement.

Alors, et c'est là une erreur importante de ma part, qui est d'avoir prévu l'ensemble pour un courant maxi de 512 mA ce qui à C/10, me semblait très bien au départ et me permettait donc de charger des accus jusqu'à 5000 mAH.
On peut toujours charger à un régime plus faible des éléments de capacité supérieure mais ça prend plus de temps et la détection devient difficile, voire impossible sur DELTA !

Mais alors quels principes retenir ?

Eh bien pour avoir cette petite chute de tension après le maximum, on doit charger au moins à C/5 pour espérer voir une pente négative.
(Noter que je ne parle pas de valeur absolue de tension, puisque tout peut se décaler de plusieurs dizaines de mV ou plus)
D'après le site Cd-Ni il y aurait une petite dizaine de mV de "plongée" de la tension après le maxi, si j'ai bien lu, mais en ce qui me concerne avec ma résolution de 2 mV, je suis plus proche des 4 à 6 mV à un courant de C/5, (pour les éléments que j'ai essayé….!)

Alors reprendre tout, y compris le transfo, c'est un travail trop important !

La charge à C/5 ou plus permet donc (dans la plus grande majorité des cas) d'avoir la pente qui passe distinctement en négatif après le maximum, au 2 ème point d'inflexion. La détection est alors possible. On ne retrouve pas non plus l'inconvénient de "mémoire" du mode de charge à faible courant, et cette fois l'accu aura de meilleures performances en décharge rapide à courant élevé.
Cependant il y a toujours un revers à la médaille, car cette charge plus rapide altérera la longévité de l'accu, et limitera un peu sa capacité, car le travail de fond de l'accumulation ne se réalise que partiellement à cause d'un temps plus court.

3 Les conséquences

Par rapport au projet initial où tous les circuits sont réalisés et au temps passé, il faut sauver les meubles, mais j'aurai appris pas mal sur le sujet des accus Ni-MH…

La première conséquence est que je chargerai toujours le plus possible vers des courants "moyennement élevés", et de préférence à des courants proches de C/5 si c'est possible, en recherchant cette diminution de la tension -dv/dt. Le transformateur restera tel quel et l'ensemble hardware ne bougera que très peu.

En deuxième point, on a vu que la (Nouvelle) résolution de 2 mV était suffisante.
La charge de tous les accus quels qu'ils soient devrait toujours être réalisée de façon unitaire.
(C'est facile à dire mais sur une batterie d'accus de sécurité (Stationnaires au plomb) de 240 V= par exemple, je vois mal un chargeur pour chaque élément, alors qu'il y en a une centaine… !)

Dans notre petit cas d'accus Ni-MH, ce n'est pas si dramatique que cela, car il y a moins d'éléments, mais c'est peut être aussi une bonne raison car dans ce cas précis, la faiblesse d'un élément se voit immédiatement et met directement une application en péril, car si sur 3.6V, on perd 1.2 V, en pourcentage c'est énorme !
Alors avec les nombreux essais du chargeur et lors de la mise au point du programme (L'ancien programme) j'ai pu me rendre compte de la différence entre accus, pourtant issus d'un même blister.

(La réalité peut être certainement pire, car ce n'est pas un seul accu qui sera en cause mais la totalité, car la résistance interne élevée d'un seul pourrait sur une demande importante de courant faire basculer une application. (Exemple appareil photo qui a du mal lors du chargement moteur de l'objectif, ou comme les cellules photovoltaïques qui sont en série et masquées par l'ombre d'une cheminée par exemple)

Pour l'exemple :
Déballage d'un blister neuf TRONIC LR14 de 4000mAH
Tension des éléments 1.017 V et 0.974 V Cela indique bien les différences qui existent et prouve la nécessité de charger individuellement les accus.

Je dois ajouter ici que j'ai fait la même expérience avec des accus LR6, différents au départ, mais qui après une charge se sont révélés assez proches à quelques mV près ! Bref de quoi y perdre un peu son latin !

On voit bien que ce n'est pas si simple que ça en a l'air…

Aussi, je vais donc abandonner définitivement la charge d'accus sans un CONTRÔLE UNITAIRE. Cela est surtout vrai pour les éléments simples, (car pour les accus Ni-MH de 9V il n'est pas question de les démonter, mais on verra le paragraphe qui leurs est consacré !!!)

En d'autres termes et hors accus de 9V genre 6F22, le contrôle de tension se fera sur chaque élément et la tension limite acceptée en mesure sera de 2.048V. Nous aurons donc à amplifier 2.44 fois plus pour obtenir les 2 mV par pas du convertisseur A/N.
Ce point devient donc compatible (en précision) avec la charge à C/5 (DELTA négatif très faible) mais ne sera applicable que pour les modèles les plus petits (R6 ou Accu_LR6_ENCORE_AGRAA maxi), car mon alimentation reste tout de même trop faible et trop aléatoire sur les alimentations du 4052 et LM358.

Les courbes données en exemple ci-contre ont été réalisées à un courant de C/3 et on voit que l'écart de tension négative est très faible et de 4 mV environ (+- 4mV). (Ancienne résolution)
On remarquera aussi que la charge est un PHÉNOMÈNE LENT et que la tension monte très lentement.

"On hésite" alternativement d'un pas à un autre du convertisseur, lorsque les valeuCHA6rs sont proches d'une frontière de résolution, ce qui est parfaitement normal et dû aussi au bruit de fond.
On verra également que ce fait est extrêmement important et qu'il est possible de mettre à profit STATISTIQUEMENT ces "hésitations" pour confirmer la tendance sur un écart de temps (ou un nombre de mesures) et assurer ainsi une détection fiable.

Le modèle actuel a été longtemps sur une plaque de bois pour la mise au point. Le hard ne va plus évoluer beaucoup, car le principe même reste bon.
Il y aura lieu de modifier seulement quelques points mineurs notamment au niveau du bruit de fond.

Voici le schéma initial. Il permettait de (mal) charger 8 accus par groupe de 2. Il est abandonné en ce sens pour ne charger correctement que 4 accus et unitairement.

CHA1

(Cette possibilité de charge à courant constant de 8 accus subsiste tout de même à condition de mesurer la tension d'un seul accu par Bac en plaçant au besoin un accu fictif quand il n'y a qu'un seul accu).

Je l'indique pour information, mais je ne conseille pas de le faire, car ce n'est pas une bonne solution.
Dans ce cas ce n'est même pas la peine de fabriquer le chargeur, car il vaut mieux l'acheter tout fait au super marché du coin en "Made in China".
Bien évidemment faire une "machine à charger" est assez facile, mais réaliser un bon chargeur ne mettant pas les accus en surcharge l'est un peu moins.

En ce sens j'ai donc réduit les possibilités à seulement 4 accus R6 à charger individuellement en gardant tout de même la charge d'un accu de 9V, mais celle-ci est moins précise, car les mesures de tensions sont faites par différence logicielle et les erreurs sont cumulées. (Les niveaux de tensions sont également plus élevés notamment au niveau du 20V de capacité du pont diviseur et accentuent encore cette imprécision)
Cette réduction à 4 est seulement le fait de l'augmentation du gain de mesure de tension. On atteint alors une résolution de tension à 2 mV (Si vous deviez maintenir 2 accus par bac il faudra un fil supplémentaire de mesure de tension au point milieu)
La charge par 2 accus est moins précise aussi, car un accu est obligé de "suivre son frère", pour le courant, mais fait "ce qu'il veut" au niveau de la tension !!!

Que dire des modélistes qui par sécurité utilisent des accus toujours soudés à cause des mauvais contacts…
Ils ont parfaitement raison sur l'aspect sécurité, car les Bacs du commerce ne sont qu'une source permanente de mauvais contacts. Mais alors comment faire pour charger sans dessoudage et en contrôlant chaque accu individuellement…? On en dira quelques mots après....
Je crois qu'il faut rétablir l'équilibre des propos en disant tout de même que des accus amovibles unitairement sont d'une grande facilité, mais que là aussi il y a le revers des mauvais contacts. Aussi suivant les utilisations, certains choix sont toujours différents de ce que l'on peut penser et c'est normal.

3.1 Réduction des possibilités de 8 à 4 accus

Ce point est directement issu de mon article précédent sur les accus Ni-MH et de la mise au point de l'ensemble du chargeur (Hard et soft) ci-dessus.
En effet on ne peut pas charger correctement des accus en série sans les contrôler individuellement. Il était donc un peu stupide de mesurer la tension aux bornes de 2 accus, car on n'a pas la vision précise des accus mais de la MOYENNE des deux.

J'avais prévu avant ce schéma ci-dessus, de mesurer la tension sur un seul accu, car j'avais été embêté par le bruit de fond du montage et de la charge.

Avec Riri (C'est mon copain), on avait pensé que c'était pénible d'avoir encore un 3ème fil de plus sur un bac à accu de 2 éléments. Ce n'était pas faux ! On avait alors réglé le problème du bruit avec de bonnes capas sur l'ampli OP U2A. Cela avait été insuffisant et le problème a largement été réglé par la capa C8 de 56 nF en contre-réaction.
(Le bruit étant ce qu'il est, le fait de mesurer une tension plus élevée était utile pour "séparer le bon grain de l'ivraie"...)

Du coup il suffit seulement de changer les bacs par des "monoplace" !
Cette réduction du nombre d'accus permet d'avoir une seule tension en cause et par précaution et résolution on amplifiera de 2.4414 ce qui donnera une résolution de 2 mV par pas  (Par accu, en remplacement de 4 mV, (ou par Bac maintenant)).

Le principe de mesure de la tension reste inchangé (ou presque, on verra les quelques modifs par la suite)
Le fait de réduire à 4 accus les possibilités est véritablement une chance que j'ai un peu forcée, car autrement au niveau connectique, j'étais obligé de reprendre le circuit imprimé des relais !

3.2 Le mode d'arrêt de charge

Ce chargeur AVAIT initialement été pensé en chargeur C/10 avec arrêt sur un SEUIL de tension finale, ce qui n'était pas complètement faux en théorie.
Par contre en rédigeant le texte d'accompagnement, j'ai tout de même voulu voir ce problème des points d'inflexion, car il y en a au moins un et certainement deux. (Mais le deuxième est très loin dans l'abîme d'un accu qui partirait pour son dernier voyage…).

Chose très curieuse, pour la première fois, je trouvais des valeurs de tension extrêmement faibles, (Mesures correctes mais erreurs de coefficient lors de la transformation en mV des pas sur Open Office) et il s'agit pourtant d'un accu Ni-MH dûment inscrit comme tel ! (C'est la courbe précédente !)

Cela était grave pour le principe, (On ne peut pas prévoir à l'avance la tension finale) même si le programme était prévu pour pouvoir changer la tension finale à atteindre (Au début). La réalité est que la tension était tout à fait "normale" car l'enregistrement était fait au datalogger avec une résolution de 4.8828 mV alors que j'avais pris comme coefficient ma résolution de 4 mV.

Cette erreur m'a été bénéfique, car j'ai repensé alors l'ensemble en faisant quelques modifs hard et en adjoignant l'arrêt principal sur baisse de la tension en fin de charge (DELTA). Je voulais voir ce fameux petit delta V négatif, car je ne l'avais jamais vu vraiment, et j'aime bien être sûr de mes bases de réflexion. Alors c'est là que j'ai pu voir et mesurer que ce delta V est de l'ordre de 4 à 6 mV dans les premiers instants et sur certains modèles seulement.

Or le site Cd-Ni indique 8 à 10 mV et ma précision de 4mV m'a paru insuffisante. C'est donc aussi pour cela que j'ai dû revoir également le gain de l'ampli OP de mesure de tension et de doubler l'amplification pour avoir une précision meilleure, de 2 mV par pas, ce qui me semble alors acceptable pour détecter le passage à une pente négative.
Il ne faut pas se leurrer non plus, car ce n'est pas une seule mesure qui va décider de l'arrêt mais toute une collection, pour sortir la tendance véritable du signal utile qui reste très faible.
(Voir les valeurs "DELTA Prec et Actu" sur le graphe suivant.)

3.3 L'inversion de l'écart deICHA14 tension

On peut dire aussi la détection de pente négative ou DELTA négatif ou simplement DELTA

Cette mesure ne peut être le fait d'une seule mesure surtout si les valeurs de charge restent plus faibles que C/5, car le bruit de fond est du même ordre de grandeur.
Aussi il faut extraire la TENDANCE d'un signal qui bouge "un peu", surtout aux approches des changements de pas, et faire un cumul des mesures puis une MOYENNE sur une durée qui devra "englober suffisamment" de valeurs a tendance  négative.
Pour préciser un peu, cette durée est figée à 5 minutes pour des accus R6. Cette valeur est issue de ma seule expérience et parait tout à fait correcte.

Dans la réalité des faits, on ne fera pas de véritable moyenne mais un CUMUL sur 24 bits des mesures faites toutes les secondes sans faire la division car on ne traite pas des nombres réels mais des entiers non signés et c'est plus simple ainsi.

(Ce cumul sera en "pas" pour les accus de 1.2V (R6), mais en mV pour les accus de 9V)

La règle mathématique est donc de calculer une moyenne (cumul) glissant(e) toutes les 2 à 6 minutes (5 pour l'instant). La mesure de tension devra donc être régulière dans le temps pour être représentative, aussi, un cycle d'une mesure par seconde est adopté.

Un contrôle de l'écart actuel et précédent est donc réalisé toutes les 5 minutes pour un nombre de mesures dans ce cas précis de 300…(Une mesure toutes les secondes 300= 5x60). Ce contrôle pour raisons de facilités est géré au nombre précis de mesures et non sur un temps véritable.

Pour ne pas se compliquer la vie, les valeurs maxi pour 1024 pas et 10 minutes ne dépassent pas 24 bits, aussi on fera simplement la différence du cumul actuel (0 à -5 minutes) avec le cumul précédent (-5 à -10 minutes avant).
Le premier critère est d'avoir une valeur négative (Actuel-Précédent). Vient ensuite la valeur absolue de cet écart négatif.

L'écart (négatif) de décision d'arrêt sera mis en constante (Non modifiable hors programme, car trop délicat à trouver une valeur "acceptable") et celui-ci témoignera d'une diminution significative. Encore faut-il s'assurer que cette diminution est en dehors du bruit de fond, et donc cette valeur absolue sera importante pour déterminer cette commande d'arrêt !
Important aussi car je suppose qu'après cette inflexion on tend vers une stabilisation de la tension ? (Je n'ai pas véritablement continué les essais sur des durées importantes après cette diminution, car c'est destructeur, mais c'est aussi à creuser d'avantage !)

On comprend parfaitement à l'analyse du graphique que cette baisse peut être assez rapide (de l'ordre d'une à quelques minutes à C/5), mais d'un très faible niveau et un ajustement  à 5 minutes représente un bon compromis (L'instant de baisse peut arriver à n'importe quel moment de la période de cumul sur 5 minutes, et suivant l'instant, le risque d'une mauvaise détection pourrait se produire !)

3.4 La provision pour la température

Vérification faite, l'entrée ENB* du 4052 ne sert à rien, et elle peut être simplement validée à la masse, car aucun courant de l'accu ne circule lorsqu'un accu reste en place, aussi bien chargeur sous tension, que chargeur hors tension.
(Cette entrée avait été utilisée pour bloquer tout courant de fuite au travers du 4052 lors d'un accu chargé et laissé en place dans le chargeur).

Aussi j'ai récupéré RC3 pour le buzzer et gardé RA3/AN3 pour une éventuelle mesure analogique de température avec une simple thermistance.
Il me semble que de prévoir cette possibilité d'arrêt de secours n'est pas inintéressante, aussi je préfère être prudent et prévoir pour ne pas utiliser, mais au moins on y aura pensé !
Avoir toujours quelques I/O de disponibles est toujours une règle en automatismes mais avec PIC c'est un peu plus serré, aussi 1 à 2 c'est bien !!!
(Voir les schémas définitifs  ci-après au §8)

3.5 La puissance disponible

Cette puissance disponible actuelle est exactement aux limites des accus R6 (2700mAH/5=540mA), et je ne pourrais même pas charger des accus R14 (4000 mAH) à C/5 (800 mA).

Changer le mode de charge en prenant des valeurs de courant largement plus importantes pose le problème de ce transformateur actuel déjà un peu faible, et pour pouvoir charger des accus R14 de 4000 mAH à C/3, il faudrait donc au moins 1.3 ampères
La tension redressée à vide (Avec seulement la visu) est à 15 volts. Elle passe à 12.71V à 500 mA du courant de charge.

Si on garde le transfo  actuel, (Et le radiateur initial) on sera limité à la charge d'accus de 2500 mAH à C/5 seulement.
Attention cependant à C/5 la détection du -dv/dt est faible, alors j'aimerais tout de même pouvoir charger à C/3 pour être sûr de détecter ou avoir une petite réserve de puissance.

(Regardez les chargeurs du commerce… leur seul critère de "qualité" est la durée de charge ultra courte, ce qui est mis en avant comme un critère de "qualité" ! Non c'est totalement faux, car c'est pour mieux détecter le –dv/dt avec des charges de C/5 à C/2 voire moins !)
Donc ce transfo ne convient pas vraiment. Le radiateur est aussi un peu trop juste (47°C)
Pour charger UN SEUL ACCU, la puissance perdue est importante et je crois qu'il faut peut-être aussi repenser le "sujet énergie", car il est difficile d'accepter de perdre les ¾ de l'énergie.

Au niveau puissance perdue, il faut aussi considérer la résistance de mesure du courant qui fait 4.8828 ohms, et qui "pompe" jusqu'à 1.28 watts pour 2.5V maxi ! C'est avec le transfo un point bloquant nécessitant de reprendre également cette partie.

Cette puissance est décidément limite, et pour une version plus puissante, il faudrait diminuer cette résistance à une valeur beaucoup plus faible qui nécessitera d'amplifier cette fois, au lieu de faire une mesure directe.
Je ne peux malheureusement pas faire cette modification de puissance sans modifier de façon importante les circuits, aussi je jette l'éponge sur cette limite de 512 mA qui restera ! Désolé pour vous, mais vous avez l'essentiel pour aboutir à un chargeur meilleur que celui là.

J'ai trouvé quelques accus R6 à 2700 mAH (Très certainement "kitsch") mais je pense qu'à l'avenir il pourrait y en avoir un peu plus, et même plus encore. Ces accus ne pourront pas être chargé à C/5 mais à peine moins.
(Après observation des rayons de supermarché, je me suis aperçu qu'il y a pour une même marque différentes capacités dont le prix monte avec la capacité ! Il fallait s'y attendre !)

Cette limitation de puissance permet pratiquement la charge des accus R6 Ni-MH disponibles à ce jour (R6 de 2500 mAH pour un courant C/5 de 500 mA).
Les modèles AAA à peine plus petits (900 mAH) sont quant à eux largement couverts puisqu'un courant de 180 mA (C/5) permet de les charger.
Les modèles R14 de 4000 mAH ne pourront probablement être chargés que sur la détection de capacité atteinte, car l'inversion de pente finale pourrait ne pas être perceptible à 512 mA.

A 512 mA de débit pour un seul élément de 1.2V, la température du radiateur (34x80x15 mm) du 2N3055 est de 47°C ce qui me semble acceptable, mais il ne faudrait pas aller au delà.

On notera ce détail important, qu'aux courants élevés, les chutes de tension dans les "petits fils" des bacs à pile du commerce sont loin d'être négligeables et sont de plusieurs dizaines de millivolts voire plus d'une centaine, ce qui fait que l'on peut déclarer une résistance interne élevée à tort ! (Surtout sur les éléments de forte capacité)

Ce dernier détail est important car il souligne que les tensions sont faibles et les écarts dus aux pertes doivent être réduits au minimum.
Je ne parle même pas des mauvais contacts en tous genre, des boutons pressions des accus de 9V,  et de certains bacs à pile qui ont tendance à serrer latéralement les accus, (ce qui empêche les accus de "sortir se promener". (Il suffit de couper les bandes de plastique qui serrent)), mais qui a aussi le grand désavantage de ne pas mettre bien en contact le pôle positif des accus, car le ressort du pôle négatif n'a pas la force pour pousser l'accu sur le pôle +.

Encore une précision pour ceux qui feraient un modèle plus puissant sur la base de celui-ci, il me semble utile de doubler les fils de bac au niveau du bac lui-même pour créer un "sense" qui ira directement vers la mesure de tension (Sans passer par le circuit de charge). Cela évitera les chutes de tension dues au courant de charge et mesurera véritablement la tension accu.
(La connectique sera alors doublée dans ce cas avec la partie puissance et la partie mesure !)

Pour imager la valeur du DELTA de tension de fin de charge celui-ci est au moins 10 fois plus faible que la chute de tension dans les fils de raccordement de bacs !

3.6 Repenser la totalité

Comme le concept du montage permettrait (peut-être) de charger des accus LIPO ou Li-on, je crois qu'il ne faut pas être trop juste en puissance, et donc je pense que l'on est au stade où il faut repenser la totalité pour passer au moins à 2 ampères, sans pour autant casser le principe qui reste correct !

Le fait d'augmenter les courants implique aussi de reprendre la résistance de mesure du courant car là aussi la puissance dissipée serait catastrophique ! (Une valeur de 0.1 ohm à 2 A, dissiperait 0.4 W et serait acceptable (comparée à plus de 16 Watts environ !))
Il faudra alors amplifier la tension aux bornes résultant de ce courant ! Bref on casse, mais le principe général reste bon.
Cette reprise permettra aussi de valider la MLI sur 5V et non sur 2.5V, et ainsi de multiplier la précision pour des courants plus élevés. De même l'AOP recevra alors des écarts de tension de 5 volts ce qui augmentera la précision de la régulation. Cette augmentation de la tension MLI donnera de fait aussi une immunité au bruit meilleure.

Le principe devrait permettre de charger les accus LIPO en réglant le courant durant la première phase de charge, puis en ajustant le courant pour une tension précise durant la deuxième phase.
Enfin un léger courant "d'entretien" serait également tout à fait possible en fin de charge.

Le point le plus délicat est de vérifier si l'ajustage du courant par pas de 1/1024 permettrait de régler la tension avec la précision requise ?
(De toutes façons l'asservissement en tension dans ce contexte d'aucune modification de fond serait nécessairement réalisé par le programme, et par le réglage du courant).

(Dans le cas d'une impossibilité d'atteindre des tensions très précises, il faudrait cette fois prévoir une commutation de l'asservissement en basculant en asservissement de tension cette fois).

Dans cette dernière application, il est certain que le réglage de la tension par le courant nécessitera à cause des tensions très précises, une résolution du courant à 1/1024 pas et il est préférable de faire quelques essais préalables.
Il s'agira alors d'un asservissement par programme !
On devrait donc pouvoir peut-être utiliser le hard modifié en puissance pour charger ces accus. Il restera le problème de l'équilibrage des éléments pour lequel je n'ai pas encore réfléchi car je ne connais pas bien ce sujet pour la partie pratique.

4 Le CHOIX du chargeur Ni-MH

Ces accus Ni-MH étant les plus courants à ce jour, j'ai donc décidé de me lancer dans la conception d'un modèle à la fois généraliste et ménageant la longévité de ces accus.
Le choix de la mise en série des accus pour un courant de charge identique permet de n'avoir qu'un seul générateur de puissance. C'est une économie de matériel non négligeable ainsi qu'une simplification.
La commande d'arrêt est faite en faible puissance et donc meilleur marché. Dans cette optique, le courant unique est contrôlé et commandé une seule fois.
La structure de base du chargeur découle directement de ce principe. (Avoir 4 générateurs de puissance programmables représenterait un coût élevé et n'apporterait rien de plus techniquement)

Le principe retenu avec l'aide d'un micro contrôleur permettra, avec un matériel pratiquement identique de réaliser d'autres types de chargeur, simplement par modification du programme.
L'électronique développée est adaptable DANS LE PRINCIPE à beaucoup de cas, avec peu de modifications de hard. (Je pense aux accus LIPO)
Pour les rebelles aux micros, l'électronique pourrait être très simplifiée avec l'abandon du micro contrôleur, mais bien entendu l'arrêt en fin de charge ne pourrait pas être obtenu autrement qu'avec un détecteur de pente ou sur un temps prédéfini.
Ce principe de base de la commande du générateur de courant est simple, mais n'est pas de mon cru mais du copain "Riri" qui a toujours d'excellentes idées. Il faut dire que c'est un homme de métier et d'une grande expérience. Ça aide !
Ce chargeur est donc prévu pour 4 accus en série avec un contrôle individuel.

4.1 Caractéristiques principales

- charge de 1 à 4 accumulateurs Ni-MH de type R6, AAA (ou R14).
- Contrôle de charge individuel (4 accus maxi)
- Charge d'un seul accu 6F22 de 9V.
- Charge possible de groupes d'accus de tension diverses (accus soudés)
- Chargeur à courant constant paramétrable de 0 à 512 mA par pas de 1 mA
- Arrêt de charge individuel sur résistance interne élevée par contrôle de tension à 2 mV de précision
- Rampe de courant à la mise en marche pour permettre de passer le cap de résistance interne élevée.
- Rampe de courant spécifique pour accu de 9V
- Affichage du courant mesuré, de la tension de chaque bac d'accu et des mAH fournis à chaque bac
- Arrêt indépendant de chaque bac d'accus sur DELTA, (d) Résistance interne max (r) ou capacité atteinte (c) avec signal Buzzer.
- Indication visuelle du type de fin de charge (C ou d), de résistance interne élevée (r) avec affectation visuelle des valeurs aux bacs,
- Protection contre les courts-circuits d'accus
- Détermination automatique de présence accu 1.2V ou de mode 9V. (9V prioritaire)
- Courants par défaut R6 et 9V différents et en proportions (200 mA et 30 mA respectivement)
- Paramétrage initial possible de la tension maxi par éléments ainsi que celle des accus 9V.
- Paramétrage du courant de charge au mA près
- Voyant LED du courant réel dans le circuit de charge.
- Commutation des relais de charge de bac à courant nul pour la longévité des contacts.
- Ce chargeur est de fait aussi un générateur de courant programmable.
- Piloté par micro-contrôleur PIC 16F886
- Lors de l'arrêt complet de charge (Tous les accus chargés) rappel du courant initial en visu et des tensions individuelles de fin de charge.
- Les mAH chargés représentent également la signature individuelle de chaque accu.

4.2 La MLI ou PWM

Ce principe apporte la possibilité de charger en série plusieurs éléments Ni-MH à un courant paramétrable très finement. Des relais permettent d'isoler de la charge un seul accu arrivé à pleine charge sans perturber ceux qui restent.
La MLI est générée par un PIC et chaque élément d'accu est mesuré individuellement en tension par ce même PIC et le convertisseur A/N.

La MLI permet, outre de traiter la valeur du courant de sortie avec une bonne précision, mais aussi de faire varier progressivement le courant lors de la mise en charge initiale d'accus et d'éviter de les "stresser" par un courant intense et brutal.

Les accus Ni-MH fortement déchargés présentent le plus souvent une résistance interne élevée au départ, ce qui fait que la tension aux bornes peut "grimper" pratiquement au-delà du seuil de détection, surtout si le courant est important. La rampe progressive du courant de charge sur 2 minutes permet de franchir facilement ce cap sans problèmes de dépassement de seuil et d'assurer une bonne longévité à l'accu.

La MLI permet aussi de couper le courant (Sans contacts) avant d'enclencher ou de déclencher les relais, les relais n'assurant alors que le rôle d'aiguillage..

Cette MLI est une façon simple d'obtenir un courant stable, précis, mais facilement modifiable.
Le courant de charge est introduit en comparaison d'un AOP (U2B) qui régulera automatiquement ce courant suivant la mesure de tension aux bornes de la résistance de mesure du courant (R7,R8 etc…)

4.3 Partie connectique et mesures

Cette partie qui n'a rien de simple, doit permettre de ne pas tout détruire en cas d'inversion des polarités ou de mise en place à n'importe quel instant d'un accu.
La mesure de tension des accus en charge se fera pour 4 groupes de bacs comprenant un seul accu.

J'avais rencontré des problèmes de bruit lors des mesures sur accus (Voir l'article). On verra que ce sujet qui est maintenant bien traité (Sur U2A) a été réellement très ennuyeux.
Je viens également de l'appliquer au comparateur U2B avec encore une importante diminution de ce bruit.
Je ne suis pas absolument certain de cela mais je pense que le phénomène de charge est aussi un phénomène bruyant au niveau électrique, car les recombinaisons diverses (gazeuses ?) devraient en être la cause avec un passage plus ou moins aléatoire et difficile des électrons ?
(Je pense que le bruit évoqué lors de l'article précédent a aussi une large part due à la régulation).

(Je n'ai pas trouvé de véritables explications physiques simples au niveau de la charge mais seulement des graphiques de principe)
Pour éviter toute commutation délicate et des fuites de courant en cas d'accus laissés en place, chargeur hors tension ou sous tension, des incontournables relais assureront la connexion ou le saut de chaque groupe d'accus pour qu'en cas d'absence cela permette le passage du courant de charge, mais sans court-circuiter potentiellement le ou les éléments en place ! (Accu toujours hors circuit au repos des relais)
De simples relais 5V 1RT sont utilisés, ce qui permet d'utiliser ce que vous avez sous la main. (A voir si  des relais bistables à double commande auraient la faculté de passer 1 ou 2 ampères ? Cela éviterait ces consommations toujours importantes des bobines).

La présence ou non d'accus sera déterminée une fois pour toutes par la mesure de la tension au bornes d'un bac non connecté (Relais impérativement au repos et courant MLI à 0). Les bacs pourront être remplis dans le désordre et autoriser ainsi divers bacs affectés à un seul type R6, AAA, voire R14 etc.

Bien évidemment, la régulation du COURANT ne s'occupe pas du tout de la tension des accus, ainsi que déjà évoqué, ainsi vous pourriez avoir un ou plusieurs bacs de 2 accus à la seule condition de ne mesurer la tension que sur un seul des accus. (Je ne le conseille pas pour les raisons déjà exposées)

Les accus 9V sont supposés être à 7 éléments de base, soit une tension de l'ordre de 10.3 V à pleine charge (Exceptionnellement parfois 8 éléments).

La tension pour les accus de 9V sera mesurée par une entrée ANA directe (Avec un pont diviseur) connectée à la sortie du transistor de puissance, (Juste après le dispositif d'affichage analogique par la LED). Ainsi on aura même pas besoin de sélectionner le type d'accu.
La seule contrainte est de ne pas pouvoir charger simultanément des éléments de 1.25V et de 9V. (1 seul élément de 9V est accepté).
Les accus de 9V sont traités de façon spéciale due au montage lui-même et la méthode différentielle des tensions par programme n'est pas la meilleure en précision, mais elle permet néanmoins avec un matériel limité de pouvoir également charger ces accus et de détecter le –dv/dt.
Cela économise un multiplexeur et d'autres I/O !

L'inversion du sens des accus ne fera pas de dégâts, mais fera une décharge sur 4.88 ohms avec ou non des bacs d'accus en série en sens opposé ou direct suivant le sens. Une éventuelle inversion est donc non destructrice.
Attention cependant car la tension représentant le courant est inversée… Aussi, en cas d'inversion, il est nécessaire de mettre des diodes pour protéger le PIC (Diode D2 par exemple)

Pour la limitation de courant inverse des bacs d'accus, la résistance de mesure du courant suffira. La tension accu sera négative par la diode en direct cette fois, soit moins de 0.7 V ce qui est accepté sans problème par le LM358.
Des circuits résistances / diodes permettent de limiter le courant inverse tant dans la diode ajoutée que dans les circuits d'entrée d'un port de PIC.

Si vous conjuguez toutes ces possibilités, il est nécessaire d'indiquer que des courts-circuits sont toujours possibles, et le court circuit de l'ensemble des accus ne fournira au maximum qu'un courant de 512 mA. La tension issue de la mesure du courant ne dépassera donc jamais 2.5 Volts. (0512*4.8828=2.4999936 V !) soit # 1.3 Watts.

La mesure de la tension d'un bac est une mesure DIFFÉRENTIELLE analogique pour garder la meilleure précision. La tension est obtenue directement aux bornes d'un bac. Ce principe améliore la précision puisqu'une petite amplification de 2.44 permettra une mise à l'échelle de 2 mV par pas. (Des dépassements au dessus de 1.5 V (Par accu) sont possibles en cas de charges ultra rapides, mais aussi en cas de résistance interne élevée, aussi la tension maximale à mesurer a été fixée à 2.048V ce qui explique le gain et le choix d'une nouvelle valeur du pas à 2 mV de résolution pour 1024 pas).

La sortie de l'AOP de mesure de tensions (U2A) sera limitée à 5V par une résistance et une diode Schottky 1N5819, ce qui évitera de faire conduire la diode d'entrée du PIC par sécurité. Sans cette protection, les dépassements seraient à supporter par le PIC, et ce n'est ni souhaitable ni acceptable.

Pour un accu de 9V, le courant suit le même chemin à travers tous les relais au repos, mais la tension est mesurée cette fois par une entrée analogique en direct au sommet des bacs d'accus. Il faut donc réaliser une soustraction par programme de la tension correspondant au courant, à la tension totale.

Cette méthode permet aussi de reconnaître le type d'accu (1.5V ou 9V), À la seule condition qu'il reste un minimum de tension). Cela reste cependant moins précis que la méthode de mesure de chaque bac.
La présence d'un accu de 9V doit être détectée dès le départ (À la mise sous tension chargeur).

Un "strap" amovible sera réalisé par un court-circuit sur bouton pression identique à ceux d'un accu 9V (et placé en lieu et place) pour permettre la charge des accus R6.

Le programme de charge vérifie les tensions en l'absence de courant MLI et en déduit ce qui a été installé. Lors du fonctionnement pour charge d'accu 9V, la mesure de tension est assurée par un simple pont diviseur découplé pour raison de bruit, car les tensions sont suffisantes pour être traitées en direct par le convertisseur A/D. (Maxi de tension de 20 Volts -pont diviseur-)

D'aucuns me le reprocheront, mais la sécurité du montage, la simplicité, les possibilités de charge et des erreurs humaines d'inversions de polarité sont à ce prix. Peut-être que d'autres auront des idées plus intéressantes ?

On notera qu'il est possible de faire la charge d'un nombre plus élevé d'accus avec le hard actuel (jusqu'à 8 au maximum, mais suivant des règles différentes et non souhaitables).

Au fur et à mesure du nombre d'accus en place, les tensions augmentent tout le long de la chaîne et l'ampli OP de mesure voit ses 2 entrées progresser en tension et la limite absolue pour le multiplexeur analogique à switchs CMOS est de 18V.

C'est pour cette raison qu'un 4052 a été nécessaire, car il n'était pas possible d'attaquer directement les entrées ANA du PIC à cause des tensions > 5V mais surtout non référencées directement à la masse.
(La méthode différentielle par programme tout au long de la chaîne des accus est mauvaise en précision et est bruyante, aussi elle n'est utilisée que pour les accus de 9V)

5 Détails Techniques

5.1 Points particuliers

La Charge d'accumulateurs Ni-MH se réalise en série et ils peuvent être chargés à n'importe quel courant compris entre 0 mA et 512mA avec une résolution de 1 mA
L'Arrêt d'un accu est automatique, sur DELTA U négatif de l'ordre de 10% sur 300 mesures (5 minutes), ou sur résistance interne élevée (tension >1.855V), voire sur capacité atteinte qui représente la limite absolue au cas ou les autres conditions échouent.
La mesure de la tension pour les accus de 9V se réalise par une entrée ANA différente et pour la totalité de l'accu de 9V. (Éléments unitaires non accessibles, et tension développée par la résistance de mesure du courant incluse puis soustraite par programme)

Pour les Bacs, la précision en tension est de 2 mV pour une Étendue de Mesure (EM) de 2.048V ou 1024 pas. (Amplification de 2.441406)
Pour les accus de "9V" L' EM est de 20V pour 1024 pas.

La mesure de la tension d'un élément comporte en référence inférieure, au minimum la tension correspondant au courant, augmentée jusqu'à 3 fois 1.5V (2 accus).
Ce sera donc une méthode différentielle directement réalisée par l'amplificateur AOP U2A de gain 2.441406. La précision sur la tension est donc très bonne à +- 2mV.

Je n'ai pas constaté d'incidence suite à l'introduction du 4052 (Switchs CMOS) qui du fait des faibles "Ron" ne perturbe visiblement pas cette mesure de tension.
On notera les résistances de 20K qui sont destinées à limiter le courant dans le cas où le chargeur est hors tension et que des accus chargés restent en place. (Merci Riri !)
Ces résistances de 20K associées aux résistances R4 et R9 de 11.9488K (et les RON) font intégralement partie du montage de l'ampli OP U2A qui est monté en soustracteur.

(Ces valeurs très précises sont obtenues par le tri des composants et parfois des mises en //. Lors de la modification avec augmentation par 2 du gain, j'ai été obligé de passer par des potentiomètres pour ne pas tout massacrer le CI ! )

On a intérêt à mettre des résistances standard et triées pour identité de valeur (Pour les 8 x 20K) et à ajuster les 2 (ou 4 autres) sur l'Ampli OP lui même.

Les tensions et le courant seront affichés alternativement toutes les 1.6 secondes. Les afficheurs sont des modèles à LED de récupération (HDSP-5501), mais alimentés "normalement" en impulsions au courant nominal des afficheurs LED (20mA par segment et déjà très bien visibles).
Un régulateur LP2950 a été abandonné au profit d'un 7805T à cause des afficheurs !

L'arrêt de charge sur niveau de tension trop élevé (Résistance interne trop importante) sera renseigné par la lettre "petit r" en tête d'affichage, en lieu et place du "petit u" de la tension et le bac concerné est codifié par les points décimaux des digits unités et dizaines.
La fin de charge peut aussi faire apparaître un "C" au niveau tension du bac si il y a eu coupure due à la capacité dépassée. (Seul le bac en cause est impacté, mais tous les accus étant identiques, c'est l'ensemble qui sera coupé)
Enfin un petit "d" comme DELTA apparaîtra au niveau de la tension sur le bac ayant détecté un delta de tension négatif.
Les 3 possibilités d'arrêt fonctionnent en // et s'appliquent à un seul bac, mais suivant ce que l'on désire on pourra jouer sur la tension par élément (ULIE) pour favoriser la méthode par niveau de tension finale, (Résistance interne).
La détection de capacité atteinte doit être considérée comme une sécurité. Ce choix est en nombre de mAH de l'accu (Affichés sur les accus). Ce nombre de mAH est multiplié en interne par un rendement de 1.5.
Lors de l'arrêt de charge, les dernières valeurs de tension et mAH sont figées et affichées jusqu'à la prochaine réinitialisation.
Le courant de charge étant coupé, on indiquera alors par un double "ii" en tête de l'affichage du courant, que ce dernier n'est plus réel mais le reflet de la valeur initiale entrée. (Le courant en cours de charge étant indiqué avec un "i".)

Un dernier point vraiment pénible est représenté par les mauvais contacts des bacs à piles, aussi juste avant de lancer le courant MLI, j'ai ajouté la vision réelle des accus en place. Il est donc possible de "bouger" ceux qui ne font pas bien contact pour qu'ils participent à la charge (Faute de quoi ils ne seraient pas chargés !)
Je n'ai pas constaté après avoir "bougé un accu récalcitrant à un nouveau mauvais contact... ?

5.2 Méthodes d'arrêt et Tension d'arrêt

Ainsi que je l'avais déjà indiqué, lors du développement, je n'étais pas certain du mode d'arrêt de charge que je choisirais.

Plus le courant de charge est élevé plus la tension s'élève au bornes de l'accu. Ceci veut simplement dire que la tension d'arrêt ne peut être en adéquation que pour un niveau de charge précis (C/10 par exemple) et pour un type et une marque d'accus bien précise.
En effet certains accus ont des tensions sensiblement différentes et ce qui fonctionnerait correctement pour certains accus, ne marcherait pas pour d'autres. (Les accus seraient chargés incomplètement ou au contraire mis en surcharge)
Or j'ai choisi d'être libre de décider de la valeur du courant de charge indépendamment de la capacité de l'accu, ce qui me semble une conception plus large.
Il y a donc un revers à cette liberté qui est que la charge avec arrêt sur seuil de tension risque de ne pas être suffisante si on charge à des valeurs plus élevées (À cause de la chute de tension dans la résistance interne, mais aussi des différences entre accus).

Que faire devant cet amoncellement de questions ?

J'ai donc été obligé d'aller dans la direction que je considérais comme  accessoire et plus délicate à mettre en oeuvre : Traiter la détection de fin de charge par DELTA négatif par la méthode de la moyenne glissante qui va assurer une bonne précision.
Cette détection DELTA devrait normalement être la seule à fonctionner dans l'ordre des causes d'arrêt. La résistance interne (tension aux bornes), est un cas particulier d'accus hors service. Enfin, la capacité dépassée, interviendra comme dernier rempart. 
Ces critères d'arrêt n'ont pas de réelle priorité car ils sont balayés tous les trois à chaque mesure !.

On notera une particularité, qui a son importance… :
Lors d'une détection de DELTA négatif sur un accu parmi plusieurs en place, il n'y a pas nécessité d'arrêter la totalité des accus, car ce qui est vrai pour l'un ne l'est pas au même instant pour un autre, pour de multiples raisons (accus de marque différente, de charge résiduelle initiale différente…).

On ne devrait cependant pas tolérer, pour le principe, des accus de capacité différente lors d'une même charge, car la fonction d'arrêt sur capacité s'appliquerait au seul modèle indiqué..

Une quatrième possibilité devrait intervenir aussi, mais n'est pas développée pour l'instant, qui est la température d'un élément. A voir aussi dans quel ordre cette sélectivité pourrait intervenir ! A voir aussi si un radiateur commun à l'ensemble des bacs serait souhaitable ou non ?
En ce qui concerne la température des accus lors d'une charge, j'ai pu vérifier que des accus identiques ne se comportent pas du tout de la même façon en température finale. Certains restent impassibles et d'autres au contraire deviennent très chauds ! Pour quelles raisons ? !

5.3 Conversion A/D

Ce point m'a donné quelques petits soucis car le programme fonctionnait parfaitement pour les accus de 9V et pas du tout pour les autres.
La différence essentielle est le passage par le 4052 et la présence des résistances d'entrée sur chaque entrée et retour de tension de bac. Ces résistances sont importantes pour limiter le courant, lors d'accus restant en place sur le chargeur non alimenté.
Mais…ces résistances avec les différentes capacités des filtres d'entrée conduisent à des valeurs de constantes de temps particulièrement importantes de plusieurs centaines de µS. Il faut donc en tenir compte au niveau du temps d'acquisition pour charger le condensateur interne au convertisseur A/D.
Alors tout s'explique car en mode manuel (Avec délai de touche clavier) impeccable ! Au simulateur impeccable; mais au réel c'était "la cata" !
Voici donc les valeurs de tensions données par le convertisseur A/D et les temps d'attente pour atteindre une asymptote à 674 pas qui représentent une valeur de mesure en référence (Valeur arbitraire sans véritable obligation et seulement pour l'essai).
Les mesures de pas du convertisseur donnent pour une conversion finale à 674 pas suivant les délais d'acquisition donnent :

15µs   donnent  1 à 2 pas
100µs  donnent  50 pas
5ms  donnent  657 pas
10ms  donnent  673 pas
40 ms donnent  674 pas
100 ms donnent  674 pas
200ms donnent  674 pas

J'ai jugé que 10ms est la limite extrême basse et qu'une sécurité de 10 fois n'est pas excessive, car de toutes façons on a le temps ! Alors 80 à 100 ms est un délai d'acquisition qui me parait sûr, (d'autant que l'on n'est pas encore à 1024 pas).
C'est donc "un certain temps" non négligeable entre deux mesures. (Ce temps n'impacte pas les valeurs de charge en mAH)

En réalité, les mesures de tensions des bacs seront réalisées toutes les secondes pour constituer un échantillon récurent stable et permettre le calcul de la moyenne glissante par bac.
Faire des mesures plus rapprochées ne donnerait rien de plus car les phénomènes de charge sont particulièrement lents et rien de significatif ne peut arriver en dessous d'une minute.

5.4 Les mesures de tension des bacs

C'est un point délicat car des entrées peuvent être en l'air; aussi il est nécessaire de faire "la carte" des accus en place AVANT de commuter les relais et de lancer la MLI.
Il ne sera pas possible de modifier les emplacements en cours de fonctionnement sans perturber.

Ce point est important car dans ce dédale de connexions de bacs, je n'avais pas tout appréhendé.
Les entrées en l'air dont le fil chaud d'un élément est porté à un potentiel entraînent nécessairement la détection de présence d'un accu.
C'est la raison pour laquelle une "carte mémoire" de présence des accus est nécessaire, pour ne plus faire de mesures de tension sur des EMPLACEMENTS VIDES d'accus. (STAT_BACn)

Les accus initialement en place seront seuls "visités" par le programme et les relais correspondants seront collés. A partir de cet instant et si il n'y a pas d'accu, les tensions mesurées seraient "n'importe quoi", et en principe toujours hors limites.
(L'ajout d'accus en cours de fonctionnement sera simplement ignoré).
Il faut remarquer que lors de ces recherches aucun relais ne doit être actif, car dans cette situation, vous remarquerez que les PLUS de tous les éventuels accus sont rappelés à la masse par la résistance de courant (Sans courant).
On mesure donc une tension sur le MOINS des bacs, avec parfois aucun accu en place. C'est un fil en l'air qui est vu comme zéro, mais qui reste sensible à tout champ électrique proche.
(La dernière modification du programme permet de s'assurer que tous les accus en place seront bien chargés et qu'il n'y a pas de mauvais contacts).

5.5 Le problème des tensions et de l'alim

Charger en série des accus est un gage de constance de mAH  distribués à chaque élément, puisque tous les accus recevront le même courant et donc des mAH identiques de charge (Au début du moins).
Une petite précision s'impose pour confirmer et infirmer à la fois ce qui vient d'être dit : Même courant oui, mais pas rigoureusement même énergie (La tension n'est pas obligatoirement tout à fait la même !) 

Cependant la mise en place d'un accu, peut poser des problèmes de commutation et j'ai volontairement banni toutes les solutions qui présentent un risque de court-circuit des accus. C'est la raison pour laquelle il n'y a ni interrupteur ni switch sur chaque bac.
Avec les valeurs de tensions indiquées, on aurait la possibilité d'aller jusqu'à 8 accus, bien que le transfo utilisé ne soit "pas terrible". De plus je perds jusqu'à 2.5 V dans la résistance de mesure, mais aussi pratiquement 2V pour le circuit de contrôle du courant de charge avec la LED.
Cependant, vu les dernières limitations à 4 accus, cette tension d'alimentation est juste suffisante pour les accus 9V.

Pour le montage actuel, vous pourriez vous contenter d'un transfo 12V standard, car les tensions devraient être suffisantes (Pour un courant nominal de 500 mA). Voir aussi pour l'alim de l'AOP et du 40252, mais les accus 9V ne passeront peut-être pas si la tension du transfo s'écroule ou est trop faible ?

Un bon radiateur sera nécessaire au 2N3055 pour dissiper la totalité de la puissance à 512mA dans le cas de la charge d'un seul accu ou d'un court-circuit.

5.6 Cas particulier des accus 9 Volts et autres valeurs

Le cas de ces accus 9V genre 6F22 ou HR22 est particulier et rentre dans le discours général des accus en série qu'il vaut mieux charger unitairementICHA15 et non tous ensemble…Mais dans ce cas précis ce sera impossible, et pour cause !

Voyons déjà comment une pile de 9V est constituée, ça donne une idée de ce que pourrait être un accu 9V à la différence principale que le nombre d'éléments sera de 7 et que la structure sera certainement différente, mais je n'ai pas encore démonté d'accu !
L'exemple est surtout là pour montrer les différences entre éléments, où j'ai reporté en face de chaque pile, la valeur  de la tension au repos.

Ceci est également vrai pour d'autres groupements d'accus qui pourraient être soudés comme certains copains le font, et que je trouve très utile pour se protéger des mauvais contacts des bacs d'accus, mais aussi garantir que les mêmes accus seront chargés et déchargés toujours en même temps.
Cette façon de faire est contraignante mais salutaire à la longévité de ces packs.
Mais le fond du sujet reste. La meilleure manière de présenter le sujet est de le faire en images en présentant les courbes de charge et décharge d'un CHA27accu 9 Volts de marque "lambda"

Lors de la CHARGE d'un accu 6F22, on peut constater parfois l'absence d'un premier palier, mais cela ne me tracasse pas vraiment, et je ne chercherai pas ce qui est peut-être une particularité des très petits éléments ???

Ce qui me surprend le plus lors de la charge est cette turbulence en fin de charge. Alors après grossissement de l'échelle, je suis prêCHA28t à parier ma chemise que ces différentes montées/descentes sont les petits overshoots et pente négative de fin charge de chaque petit élément composant cet accu. (Graphes ci-contre)

Cette particularité m'a piqué au vif sur ma connaissance du sujet et en conformité avec mes mesures décrites dans l'article précédent, j'ai effectué cette fois une DÉCHARGE de ce même accu…
Alors à la lumière de cette vérification, il n'y a plus de doutes, il s'agissait bien lors de la charge de la fin du cycle de charge, car lors de la décharge, je constate plusieurs aberrations qui correspondent aussi à chaque élément unitaire. (Courbe ci-dessous)

On peut presque, à l'allure de la courbe, compter le nombre d'éléments, et sur des points CHA29particulièrement à angle vif, on peut penser qu'il y a au minimum 2 éléments parfaitement identiques.
Pour les autres "accidents", l'allure régulière fait simplement penser à un seul élément.

Que dire de ces accus qui vont à l'encontre de ce que je préconise ?

Il faut cette fois relativiser le sujet pour plusieurs raisons :

- Chaque élément individuel est vraisemblablement issu d'un même processus, et on peut raisonnablement penser que tous les éléments ont des caractéristiques proches, car issus d'un même processus industriel.

- Chaque élément est indissociable de son voisin et subit les mêmes charges et décharges, ce qui a tendance à tous les faire vieillir de manière identique et donc les performances d'un seul élément, ne devraient pas diverger énormément de l'ensemble. (Ceci est également vrai pour les accus soudés, mais dès le début de vie)

Ainsi, les accus composés de plusieurs éléments parfaitement SOLIDAIRES ne sont pas trop problématiques par rapport à la charge/décharge, et restent cependant une moins mauvaise solution en regard d'accus composés d'élément discrets AMOVIBLES.

Sur ce montage, la charge d'accus de toutes tensions sera possible sur l'emplacement 9 Volts, puisque c'est le courant qui "pilote", et la seule limite est seulement d'une dizaine de Volts. L'arrêt de charge se fera sur détection de la pente négative ou sur atteinte de la capacité. La précision ne sera pas la meilleure ainsi que déjà évoqué, et une entrée spécifique en lieu et place d'un accu R6 avec modif de la résistance pour le gain serait très souhaitable.

Enfin dernière petite précision et de taille, par rapport aux courbes de charge. On a vu que la pente n'est pas la somme des pentes des 7 ou 8 éléments, mais seulement d'une seule, voire de quelques unes, seulement à un instant donné.
La détection de variation négative n'est donc pas plus facile, au contraire, car le niveau général de tension est plus élevé, et dans le cas particulier de ce montage, la différence programmée des tensions (Total - tension correspondant au courant réalisé par programme) ne favorise pas la précision. La multiplicité des baisses -dv/dt est également un problème Cornélien.
(Ce problème est également vrai pour les accus soudés)

En effet, quelle baisse de tension choisir (quand il y en a… plusieurs?).
La première, la dernière ou au milieu ? Dans le cas du milieu ou de la dernière peut-on prévoir qu'elle sera la dernière ?
Les problèmes liés aux accus multiples ne sont pas si simples qu'ils en ont l'air et dans ce cas précis je pense que la première décroissance sera la bonne, car il ne me semble pas possible de PRÉVOIR les suivantes, ni de savoir si une décroissance est liée à un ou plusieurs éléments.
(Plusieurs éléments peuvent se décaler légèrement pour donner une décroissance de type d'un seul élément, mais dilué dans le temps).
Les dernières courbes relevées font apparaître un décalage du temps entre des baisses de tension aux extrêmes, d'au moins 1 heure 30' de charge dans le dernier exemple (27/10/2012). Cela est loin d'être négligeable ! Que doit-on penser de la charge de l'ensemble ?
Alors il me vient tout de suite cette question que je crois pertinente…. Comment les chargeurs du commerce dits "intelligents" traitent ces questions très réelles ?
Le mieux est certainement de questionner les vendeurs,… Mais d'avance je ne les blâme pas !!! Ils ne sont pas des gens d'études. Mais les fabricants pourraient répondre à ce genre de questions techniques.

6 L'affichage

L'affichage avec de simples afficheurs LED pose quelques petits problèmes, et notamment par l'aspect de la mobilisation d'un nombre important d'I/O pour commander l'affichage, mais aussi du courant consommé !
Cette solution avec décodage 7 segments par le PIC a cependant été maintenue pour pouvoir ajouter quelques sigles mnémoniques de guidage et d'information. (Pas de 74LS47 CD4028 ou similaire)

Ceci permettra de conserver la possibilité d'un affichage pseudo-symbolique Alphanumérique sommaire pour des indications diverses. (ICHA, ACU9, r, C, d…etc…)
C'est donc le PIC qui assure la décodification des segments et la sélection des anodes. Cet ensemble est totalement géré en séquence  interrupt du timer 0, mais les zones alternatives d'affichage sont bien entendu préchargées dans le programme interruptible, pour ne pas mobiliser le blocage des  interrupts trop longtemps.

Un tel affichage consomme certes largement plus d'énergie qu'un modèle LCD (20 fois plus au bas mot), et est très peu pratique, mais me permet d'utiliser mes fonds de tiroirs lorsque le fonctionnement secteur est incontournable.

L'affichage avec des séquences variables sera le reflet du nombre de bacs à charger.
La partie accu 9V est totalement indépendante des autres accus car elle est finalement ajoutée juste en limite des tensions, et cela aurait été dommage de ne pas pouvoir charger les accus 9V de mes appareils de mesures !
La charge des accus 9V est également réalisée en détection par DELTA négatif de tension.

En ce qui concerne les autres accus, j'ai voulu quelque chose de très automatique (Pour les non initiés et les maladroits dont je fais parfois partie).
En ce sens l'affichage donne en premier lieu l'unique courant mesuré signalé par "i"  (qui peut être très légèrement différent de la valeur analogique à cause des opérations mathématiques dans le PIC avec troncature et de quelques petites divergences de "dessous les fagots"…)
Bref pas de quoi fouetter un âne pour cela !
Ensuite on affiche par bac la tension d'un élément en Volts, puis la quantité d'électricité en mAH déjà engrangée dans cet accu. Vous devriez retrouver de l'ordre de 1.3 à 1.5 fois la capacité affichée sur la batterie (Pour une batterie totalement vidée).
Les tensions sont toujours exprimées en Volts par éléments. L'affichage ne comporte que deux chiffres après le point décimal, faute de place, mais les calculs sont à 3 décimales. (Seules les tensions sont affichées avec un point DÉCIMAL sur le chiffre des CENTAINES, ce qui permet en plus de mieux différentier ce qui est affiché).
Les mAH sont limités à 9999 toujours à cause des 4 digits.

Comme il y a 4 accus potentiellement en place, comment comprendre ce qui se passe et lier les différentes valeurs qui passent toutes les 1.6 secondes….(9 valeurs possiblesCHA23 au total)

Le cycle commence toujours par le courant, et un petit "i" est affiché en digit des milliers UNE SEULE FOIS par balayage des bacs d'accus en place. Vient ensuite un petit "u" comme "tension" qui indique, dans l'ordre des Numéros de bacs d'accus en place, la tension en charge mesurée.
(Les bacs non utilisés ne sont pas affichés)

Pour un même bac, une deuxième valeur à la suite de la tension, indique la charge en mAH déjà fournie à l'accu (Toujours présente sans discrimination particulière et sur 4 digits).
A la suite, tension du bac suivant, mAH correspondants etc…
Ce groupe tension et mAH est indissociable de chaque bac. C'est déjà un premier point de repérage des valeurs à affecter à un bac.
Enfin pour compléter cette affectation des valeurs à un bac, on utilise pour la tension et les mAH, les points décimaux des afficheurs unités et dizaines comme marqueurs codés en binaires…

Ainsi :
00 bac 0
01 bac 1
10 bac 2
11 bac 3
Avec la valeur 0 pour extinction du point décimal et 1 pour l'allumage. L'ordre est Dizaines -Unités  (évidemment)
(Ceci pour tension et mAH pour rappel)
Les bacs inutilisés sont exclus de la progression de bac 0 vers 3.

La fréquence de rafraîchissement est de 5ms, car en dessous de cette valeur il y a scintillement, mais l'ensemble du temps système est basé sur 10ms.

Les afficheurs LED sont à anode commune et alimentés en 5V par le 7805 ! C'est un peu luxueux mais il me fallait du 5V pour le PIC ! Alors dissiper l'énergie dans le 7805 ou dans une résistance…

La gestion de l'affichage est intégralement réalisée en interrupt en totale indépendance des mesures. Chaque mesure est prête à être affichée dès que son tour arrivera et seul un court transfert mémoire de 4 octets réalise cette opération dans la séquence de réponse aux interrupts.
Les commutations de digits, et de segments sont traitées en interrupts et sont issues d'un ensemble de 4x2=8 images des segments préalablement calculées dans le programme général (et interruptible) puis basculées sur le digit en cause à l'instant "t".
De très rares aberrations d'affichage peuvent apparaître suivant les instants des interruptions relativement au programme, mais c'est si peu fréquent que je n'ai même pas bloqué ces changements de valeurs en mode interruptible.
En effet la mise à jour des mAH est réalisée toutes les 2 secondes, l'affichage est réalisé toutes les 1.6 secondes et le rythme de mesure des tensions est calibré toutes les secondes !

6.1 Les exemples d'affichCHA23age

Cette première photo indique le courant MLI en cours d'une charge. Un "petit i" caractérise cet affichage. la valeur est en mA. C'est la première visu d'un cycle d'affichage.

CHA3

La photo suivante concerne la tension mesurée aux bornes d'un accu. C'est le deuxième affichage qui a lieu après le courant MLI. On remarquera le point décimal sur le digit des centaines.

CHA24
L'affichage suivant est simplement constitué de 4 chiffres qui représentent la capacité fournie à l'accu par le chargeur. (Ce sont des mAH)

(Le groupe Tension et charge fournie, est répété autant de fois qu'il y a d'accus)

Viennent ensuite d'autres types d'affichages (Ci-dessous) et dans l'ordre de gauche à droite, le courant Soft-start lors de la phase de démarrage, le courant initial lors de l'arrêt total du chargeur lorsque tous les accus sont chargés, puis on trouve enfin, les différents types d'arrêts , DELTA, CAPACITE, résistance Interne.

Les 3 cas d'arrêt sont affichés seulement sur la tension correspondante à un accu spécifique. (On distingue le point décimal sur le digit des centaines, qui caractérise cette mesure.

CHA22.CHA21.CHA18.CHA20.CHA19.

7 Le contrôle des tensions

La tension représentant la valeur du COURANT fait l'objet d'une entrée distincte dans le convertisseur A/D (IANA0). Elle est heureusement référencée à la masse et c'était très facile de procéder ainsi.
Sa valeur ne dépassera pas 2.5V pour 512 mA. Cette valeur est donnée à la fois au PIC pour contrôler ce courant, mais surtout à l'ampli OP d'asservissement U2B.
(C'est aussi la raison pour laquelle la sortie MLI est ramenée à un maximum de 2.5 volts)

Les tensions de chaque élément des bacs d'accus au nombre de 4 font l'objet d'une seule entrée ANA sur le PIC, mais sélectionnée par 2 lignes logiques 0/15V sur le MUX 4052. Non seulement on gagne en simplicité mais aussi en exactitude, puisque ce sera le même ampli AOP qui fera les mesures de différence relativement à la masse, avec un bon nombre d'éléments communs.
La tension totale (Après la cathode de la LED D4), fait l'objet d'une entrée séparée sur le PIC avec un simple pont diviseur avec intégration et protection.
La mesure de cette tension n'a d'intérêt que pour la charge des éléments de 9V mais aussi pour déterminer le type d'accus qui sera utilisé (9V 6F22 ou R6:1.2V) lors de la mise sous tension du chargeur.

En résumé il y a donc 3 entrées ANA dont 2 directes (Courant, et tension totale pour accu 9V) et une commune aux 4 groupes d'accus par multiplexage. Ceci économise les entrées ANA mais est beaucoup plus simple et précis que d'utiliser des entrées ANA dont la tension devrait être adaptée car trop élevée pour les 3 derniers bacs mais surtout non référencée à la masse.
Le revers de la médaille est la nécessité d'avoir 2 entrées logiques de sélection, mais c'est incontournable  !
L'ENB* du 4052 (RC3) avait été prévue pour isoler totalement les bacs et éviter une décharge éventuelle, mais vérification faite, il n'y a aucun courant mesurable au repos, chargeur sous tension ou non.
Cette sortie PIC RC3 a donc été récupérée au profit du Buzzer précédemment sur RA3/AN3.

RA3/AN3 est donc maintenant disponible pour toute utilisation et je pense à la température moyenne des éléments qui pourrait être mesurée par l'intermédiaire d'un couplage cuivre et refléter ainsi une valeur moyenne de l'ensemble d'accus en place…(L'iCHA5ntérêt réel dans cette application reste à évaluer)
On remarquera cependant que la détection de température est couramment utilisée dans le domaine grand public pour les accus des ordinateurs portables, mais ce sont toujours des accus non amovibles et ayant toute la régulation de charge incorporée.
 
Photo d'un ensemble d'accus Li-On pour PC Toshiba NB100 où l'on voit clairement qu'un pack d'accus n'est pas seulement constitué des accus mais d'une électronique non négligeable et fortement intégrée où l'on distingue deux  éléments de mesure de la température, (Certainement des thermistances).

8 La réalisation

Enfin la partie que vous attendez, et pour commencer le schéma de principe simplifié …!

CHA7

 La sortie MLI attaque un pont diviseur qui fait également office d'intégrateur des impulsions MLI. La fréquence est seulement de 488 Hz pour pouvoir bénéficier d'une résolution de 10 bits. En conséquence le condensateur est de 2.2 µF + 0.1µF pour les transitoires à front raide qui pourraient ne pas être intégrées. L'AOP commande directement le transistor ballast 2N3055.

Sur l'émetteur on trouve le circuit LED qui témoigne réellement du courant MLI. Ce courant parcours la chaîne de 4 accus dont un seul est représenté pour la clarté.

Lors de la charge le relais est collé et le courant MLI se reboucle par la résistance de mesure du courant. Cette tension est alors injectée à la fois sur l'entrée moins de l'AOP d'asservissement, mais aussi pour vérification sur une entrée spécifique du PIC.
Cette entrée "Courant" sera également exploitée pour le calcul de la tension réelle des accus 9V, car il faudra la soustraire de la tension totale.

Les deux entrées select sont issues du PIC (après changement de niveau, correspondant à l'alim du CMOS)

8.1 Le scCHARGE7Ahéma

Le schéma complet est un peu touffu comme d'habitude, à cause d'une CAO très ancienne sous DOS, et pour retrouver le "fil conducteur", il est préférable de "garder en mémoire" le schéma de principe simplifié.

Pour suivre le texte, il est préférable de tirer le schéma complet sur papier pour bien faire le lien.

Le chargeur est articulé autour d'un PIC 16F886 qui permet les différentes I/O tant logiques qu'analogiques, et surtout la MLI.

Au niveau de l'alimentation de l'ampli OP, les composants D1, D3, R30, R18, C1, sont destinés à filtrer "au mieux" cette unique tension de base, mais c'est une mauvaise "bidouille", et il est préférable d'avoir une tension un peu plus élevée et de mettre une régulation + 17.5 V pour le 4052 et même de monter un peu plus par exemple à +20 ou 24 V pour l'alimentation de l'AOP. (Ces alimentations devant être régulées bien entendu, ce qui explique ma "bidouille" pour ne pas trop casser le montage)
La tension nécessaire au courant de charge MLI pourra être portée sans risques à 19.5 volts maximum pour ne pas atteindre la limite du pont et du 4052.
Toutes ces tensions indiquées correspondent à une charge de 4 accus seulement, aussi, je cite ces valeurs qui sont ma réalisation, mais des valeurs plus faibles conviennent aussi car il y a maintenant seulement 4 accus, mais attention aux accus 9V si vous les CHA31voulez aussi ….

J'aurais aimé trouver un moyen simple de faire une LED variant en intensité lumineuse en proportion réelle du courant, mais je n'ai fait que mon misérable montage à 3 diodes et une résistance, qui peut "bouffer" presque 2V et qui ne représente visuellement qu'imparfaitement la réalité du courant ! Variation exponentielle inverse ?

Vous noterez aussi que j'ai remplacé une des 3 diodes par une Schottky 1N5819 ce qui me diminue un peu la tension  perdue. (Avec 2 diodes de ce type, on n'allumerait plus la LED !) LED Rouge bien entendu pour la tension directe la plus faible, et LED haute luminosité !

Le schéma des afficheurs n'offre aucune difficulté et il est rappelé ci dessus. Le circuit comporte l'unique switch de paramétrage ainsi que la LED témoins de charge.

8.2 LeICHA17s ICHA16CICHA15I

Il y a en tout 3 circuits imprimés distincts. Un pour l'affichage qui sera en face avant, un pour le circuit principal avec le PIC et un autre pour la platine à relais et le multiplexeur 4052.
Seul le schéma a été tenu à jour des dernières modifs, mais les CI ne le sont pas, je les donne seulement pour des idées d'implantation, car les modifs ne sont pas reportées.

De gauche à droite le circuit d'affichage, le circuit principal et le circuit des relais. Attention, ces circuits ne sont pas tenus à jour des schémas.

8.3 Le programme

Il est écrit en assembleur non relogeable et après une "mise au point délicate" il fonctionne correctement.
La partie accu 9V est totalement séparée de la partie R6, mais utilise des sous-programmes communs.

Certains paramètres sont différents entre ces deux types, et notamment des valeurs par défaut de courant de charge (ICHA) et de capacité par défaut (CAPA).
Il y a aussi les valeurs de seuil de tension pour la résistance interne qui est assez différente entre 9V et élément R6, ainsi que quelques autres comme les délais de la rampe de montée en courant etc…

En 9V
on travaille sur des valeurs de tension, alors que pour les autres éléments, on travaille directement sur des nombres de pas.

La lecture des entrées ANA d'accu R6  réclame des délais importants à cause des constantes de temps dues aux résistances d'entrées et aux divers condensateurs nécessaires pour éliminer le bruit.
Chaque mesure au niveau des tensions réclame un temps d'acquisition de 100ms, ce qui induit un écart de temps minimum de cette valeur entre les différents bacs.
Au début, le programme  vérifie bac par bac si il y a une tension, tous relais étant au repos et en l'absence de tout courant MLI .
Toute tension supérieure à 100 mV déterminera la présence d'un accu.
Après cette étape de reconnaissance ("image mémoire" des bacs ayant des accus) le courant MLI est engagé lentement, "soft start" en progression par 500µA en 120 secondes maxi. (Nombre pair de pas à concurrence de 1024)

8.4 Les particularités

Les bacs d'accus sont malheureusement des "nids à mauvais contacts" et je n'ai pas de véritable solution, si ce n'est de tenir en parfait état ces éléments. Des mauvais contacts seront vus comme absence d'accu, ou résistance interne élevée, (suivant l'instant où apparaîtra le problème, et il faudra y faire attention.
La dernière modif programme permet une nette amélioration.

La soudure des éléments a déjà été évoquée et n'est ni bonne ni mauvaise. Elle est possible sur l'emplacement 9V, mais si elle devait perdurer, elle devrait être traitée différemment au niveau mesure de tension, car la différence devrait être réalisée comme pour les éléments R6 pour obtenir toute la précision, comme déjà indiqué.

Cela implique un gain paramétrable ou une position spécifique. Bref on rentre dans un autre domaine particulier, qu'il faut repenser, car certains groupements vont de 3 à 7 voire 8 accus soudés.

8.5 Opérabilité

- Pour la charge d'un accu de 9V retirer le cavalier du faux accu de 9V avant la MST et placer l'accu à charger en lieu et place et faire la mise sous tension seulement après.
- Pour un accu 9V à 8 éléments lors de la MST maintenir le switch appuyé et donner la tension de déclaration de résistance interne élevée par élément (ULIE).
- Pour les accus R6 ou R14 si vous désirez modifier la tension correspondante à une résistance interne élevée par élément, procédez de même et faire la MST avec le switch appuyé. Le chargeur indique "ULIE". (U LImite par Élément) Valider.
- Sinon Mettre sous tension le chargeur. Il affiche ICHA (I charge). Valider la valeur par défaut indiquée en fonction du type d'accu 1.2V ou 9V, ou modifier par un appui court qui fera progresser de 1. Un appui long fera progresser de 10.

En l'absence d'appui durant 10 secondes toute valeur affichée est prise en compte.

- La demande suivante (CAPA) concerne la sécurité de capacité maxi qui devra être entrée identique à la valeur indiquée sur l'accu. (Un rendement de 1.5 sera appliqué par le programme)
La progression de valeur sera cette fois par 10 ou par 100 suivant l'appui court  ou long.
- Vient ensuite la dernière modif qui visualise les accus R6 en place avec clignotement des visus pour rectifier au besoin les mauvais contacts et valider la charge sur tous les accus placés.
-Chaque accu arrivé à un seuil de tension donnera un bip et un caractère "r" sur la tension du bac avec le numéro de BAC de 0 à 3.
Il y aura coupure du courant MLI d'abord, puis coupure du relais et de nouveau lancement du courant MLI interrompu SI d'autres bacs sont en charge et bip de 2 secondes.
On visualise aussi la tension d'arrêt (Supérieure au seuil) et les mAH chargés. Un "r" accompagne la tension d'arrêt.
-Chaque accu ayant donné un DELTA négatif sera coupé avec le caractère "d" sur la tension pour indiquer l'arrêt de charge sur DELTA suivant le même scénario que précédemment.
-A la fin de charge de TOUS les accus, un appui sur le switch réinitialise le chargeur dans le mode précédent.
- Chaque bac ayant reçu sa capacité (Avec le rendement) et étant encore en charge sera coupé à cette issue. C'est l'arrêt automatique de dernier recours qui protégera les accus d'une surcharge importante.

Ce site d'un fabricant donne quelques informations parcimonieuses, mais les courbes indiquées ne sont que des exemples symboliques, car on ne présente même pas la variation de pente négative. C'est un peu de "l'information grand public un tantinet averti".

9 Quelle stratégie choisir ?

Le choix du mode d'arrêt est maintenant fait, mais si voulez choisir d'autres critères… La réalité n'est pas dans un choix particulier, mais plus dans la multitude des critères d'arrêt.
En effet pour éviter de surcharger ces accus, ce n'est pas un seul critère qui devra être utilisé mais un ensemble pour que si l'un ne fonctionne pas, l'autre puisse rattraper le loupé. Ce sont tous les cas qui doivent être mixés, car suivant les courants de charge, certaines détections, notamment le DELTA ne fonctionnera peut-être pas de façon sûre.

9.1 Le contrôle de la résistance interne

C'est un contrôle de la tension aux bornes de l'accu. Si la tension est trop élevée, cela indique que l'accu a vieilli et surtout que sa résistance interne est très élevée.
La tension sera d'autant plus élevée que le courant de charge sera important.
Cette résistance interne est particulièrement élevée lorsque l'on met en charge un accu pratiquement vide.
Cette détection se produira le plus souvent au tout début de la charge, mais ce cas est plus rare du fait du "Soft-start MLI" (Démarrage en douceur de la MLI).
La résistance interne diminue principalement au début de la charge. Aussi le "soft-start", permet de limiter cet inconvénient et de ne pas déclarer un accu "foutu" alors qu'il est seulement presque totalement vide.
Cette résistance interne peut aussi se manifester au cours de la charge, et dans ce cas, cela indique un accu à bout de souffle.
(La déclaration de résistance interne élevée repose seulement sur la valeur de la tension aux bornes de l'accu.)

9.2 Le –dV/dT (DECHA9LTA)

Le -dv/dt représente la VARIATION négative de la tension à partir du maximum (Pente négative). Cette méthode qui semble assez facile, ne l'est pas vraiment, car il faut des courants au moins égaux ou supérieurs à C/5 et sans certitude de pouvoir détecter cette très petite diminution de tension.

Un premier exemple d'accus R6 ci contre, avec une fin de charge assez bien marquée. La chute brutale est une coupure manuelle du courant de charge (Il faut dépasser le DELTA pour véritablement le voir)
CHA8
Dans ce deuxième exemple, j'ai réalisé une charge à C/5 sur un petit accu 900 mAH de type AAA et la variation reste imperceptible, puisque l'on ne quitte pas les trois niveaux du convertisseur A/D. 
Même l'appréciation visuelle de fin de charge reste ambiguë.

La première courbe représente la totalité de la charge et la courbe suivante uniquement l'expansion de la fin de courbe pour mieux déceler les différences. Il y a eu 27000 mesures au total durant cette charge !

On remarque que vers la fin, il y a plus de pics de valeur inférieure que vers le haut. C'est ainsi que l'on va détecter une moyenne, (qui ne sera autre qu'un cumul pour raison de facilités), mais qui va permettre d'élaborer une tendance dont la valeur absolue représentera au final l'écart cumulé sur 300 mesures.

Même si ces mesures sont par exemple uniquement 1454mV, 1452 et 1450mV, on va pouvoir en tirer par la récurrence plus importante de 1450mV, une valeur qui va indiquer la plus forte proportion de valeurs inférieures et donc de DELTA négatif.
La précision est ainsi accrue par la multiplicité des mesures bien que les valeurs d'excursion soient stables entre plusieurs valeurs fixes (3 ici).

C'est là  toute la "substance" utile des moyennes (cumuls) glissant(e)s.

Vous pouvez également comparer avec le trait vertical bleu représentant la capacité chargée que c'est à partir de la charge complète que les pics dirigés vers le bas sont les plus nombreux, et c'est bien la confirmation de la fin de charge.

Une détection en moyenne glissante ou en écart de cumuls glissants est nécessaire pour détecter avec une bonne certitude cette faible diminution de tension, (parfois même inexistante).
C'est pour augmenter ce petit écart qu'il est nécessaire d'augmenter le courant de charge à C/5 au minimum pour une meilleure détection.
Mais alors dans ce cas on attaque la longévité des accus ! Oui mais l'accu ne sera pas surchargé et sa longévité sera préservée ! Alors ???

9.3 Le contrôle de la charge en mAH

C'est la dernière sécurité qui arrêtera le chargeur lorsque l'acquisition des mAH correspondra à ce qui aura été entré en paramètres,  amendé par le rendement bien entendu (Ici 1.5 réalisé par le chargeur). Au pire on aura donc l'arrêt sur ce dernier critère.

Le contrôle des mAH est à mon sens, mieux que le contrôle du temps, car le courant intervient dans le produit et cela évite les discordances entre temps et capacité…
De plus l'indication des mAH de fin de charge lorsque l'arrêt est fait sur une autre détection, permet de voir si l'accu reste "en bonne santé" et de réaliser des comparaisons avec les charges précédentes.
Cette indication de la charge en mAH effectuée sur un accu me parait très utile, car elle représente finalement la signature d'un élément. Cette valeur devrait accompagner le suivi d'un élément et permettra de mettre en évidence une détérioration des caractéristiques.

9.4 La température

Bien que je n'aie pas retenu ce critère, il me semble tout de même intéressant. La température (élevée) n'est pas toujours présente à la fin de la charge, mais c'est tout de même une indication, car j'ai pu observer une stabilisation à 30°C en fin de charge pour une ambiante de 20° dans un cas.

Mais le plus gênant dans l'affaire est qu'il faut mesurer cette température et que sur un chargeur mobile, cela n'est vraiment pas pratique de placer encore un capteur sur chaque élément, d'autant que cette mesure de température devra être bien réalisée (Avec un bon contact thermique qui implique un gel thermique ou autre produit thermique...Pas très facile à manipuler après).
Il faudrait aussi dans cette solution évaluer la température ambiante et évaluer les pertes thermiques pour déclarer que la charge est à son terme.

Mais alors pour les accus qui ne s'élèvent pas en température en fin de charge ? Il y a comme indiqué une petite augmentation d'une dizaine de degrés, ce qui serait parfaitement détectable.

A cause d'une intendance problématique, cette solution s'applique plus facilement sur du matériel à demeure comme ce pack batterie d'un petit PC portable, (Photo plus haut) mais ne peut pas s'appliquer facilement sur un chargeur portatif d'éléments discrets.

Je n'ai pas retenu de fait le contrôle de température à cause de la difficulté pratique de mise en œuvre, mais l'électronique actuelle peut accepter UNE sonde de température très facilement. (Pour un ensemble il faudrait un diffuseur thermique au besoin)

9.5  Les longs et délicats contrôles

J'avais pris le datalogger pour vérifier en faisant une mesure toutes les secondes au début de mes essais, mais avec des fichiers de 10 à 40 000 points, c'est lourd à manipuler et j'ai repris une mesure toutes les 5 secondes.
Cela est une erreur conséquente, car on s'est privé toutes les 5 secondes de 5 mesures qui auraient pu faire basculer d'un côté ou de l'autre.
Puis je me suis aperçu que mesurer avec une bonne précision serait de se placer au niveau de l'entrée ANA du PIC. Chose faite, mais le datalogger ne peut réagir à la même µs, bien que j'aie utilisé RA3 comme synchro. Alors, même les mesures (Amplifiées par l'AOP) sur le PIC donnent des résultats qui ne sont pas la réalité absolue.
De plus à ce niveau cela complique un peu les choses par le fait que c'eCHA30st une entrée déjà multiplexée et qu'en cas de relevés sur plusieurs accus, on va constituer une sorte de signal modulé dont les extrêmes représentent 2 accus différents. Au delà de 2 cela devient plus compliqué en représentation...
(On notera que si l'on veut avoir la trace de plusieurs accus, il n'y a pas d'autre solution avec le matériel simple utilisé.)

La seule mesure aux bornes de l'accu est moins précise mais peut être tout aussi valable, car dans ce cas la sélection du mux n'a pas disparu et la mesure reste très proche de l'instant réel capté par le PIC.
Ce contrôle du bon fonctionnement de l'ensemble des détections est une opération longue qui ne peut pas être faite en 5 minutes, mais sur de nombreux jours.
En effet, il ne faut pas décharger les accus trop rapidement pour ne pas les "blesser" (j'insiste sur le mot, car il serait possible de les mettre "pratiquement" en court-circuit pour 1 heure de temps et de recommencer un cycle d'essais…)
Erreur ! Le temps de "récupération" d'un accu doit être pris en compte ! Malheureusement je parle de ce que je ne connais pas, mais dont je constate la réalité sans pouvoir quantifier le phénomène.

Dans ce même ordre d'idées, deux charges espacées de plusieurs heures, prenons l'exemple de 2 fois 1000 mAH ne sont pas équivalentes à 2000 mAH, et de loin ! Je n'ai pas creusé ce sujet, mais j'ai constaté de très grands écarts (Je donne une estimation non vérifiée de ¼ à 1/3 en plus)

Enfin pour les dernières mesures sur 9V, j'ai repris simplement un pont diviseur 1/3 pour attaquer le datalogger. (Il faut retrancher (dans le tableur) la tension correspondante au courant)
Pour les mesures sur éléments uniques, je me branche directement sur l'entrée ANA, car cela représente finalement mieux la réalité que voit le PIC, et j'ai utilisé une synchro par RA3 pour être en bonne adéquation de temps entre datalogger et chargeur. (Finalement RA3/AN3 sert à la MAP)

10 La critique

La Toussaint est proche et c'est l'époque des regrets
Tout est parti du transfo que j'avais dans mes tiroirs …!  14 Volts, alors on fera avec !

Vous reviendrez à ce paragraphe après avoir compulsé le schéma et vu que l'alim de l'AOP unique et seulement tirée du +15V/+17V=  sans régulation car le transfo était trop juste !  (Pas bien du tout !)
Cela n'est pas très bon et même carrément mauvais, car une tension de ronflette apparaît dès que l'on tire du courant et proportionnellement à celui-ci, car l'alim n'a pas la réelle puissance suffisante.

Cela est amplifié et donne des valeurs fausses de tension au convertisseur A/D, UNIQUEMENT pour les entrées EN L'AIR (Bacs sans accus).
Cela implique que la recherche des bacs avec accu ne peut se faire sereinement que lorsque l'on ne tire aucun courant.
Cela implique aussi (Et c'est une conséquence importante) l'impossibilité véritable de surveiller DURANT LA CHARGE si un autre emplacement d'accu a été chargé ou retiré. (Sans couper le courant de charge).
Cela signifie également l'impossibilité d'ajouter un accu à charger durant la charge d'autres accus déjà en place.

Alors comme je ne pense pas qu'il soit souhaitable de couper ou réduire le courant des accus présents et dûment recensés, j'ai préféré faire la mise en place définitive juste avant le choix du courant de charge (Carte ou image mémoire des accus en place)

On est également "serré" aussi par l'alim du 4052 qui ne peut dépasser 18 Volts (limite absolue), par contre le LM358 supporte 32V
Il aurait donc fallu faire une alim 17.5 volts pour le 4052 et peut-être un peu plus pour le LM358 qui ne craint rien.
Mais j'avoue avoir déclaré forfait car ce ne serait plus un chargeur mais une usine à gaz. Et pourquoi pas un transfo spécial ? (Ce point a beaucoup moins d'impact maintenant du fait que le nombre d'accus est passé à seulement 4)
Non je crois qu'au niveau amateur il faut savoir parfois renoncer, et c'est ainsi que j'ai pris le risque de traiter ainsi le sujet quitte à réduire le nombre de possibilités. Dans l'immédiat ce sera le programme qui va régler ce problème sans entacher la fonction de charge proprement dite.

Un autre regret important est de perdre beaucoup d'énergie lors de la charge d'un accu unique, mais c'est aussi le principe qui veut cela ! Alors comme il n'est pas encore nécessaire de "prolonger Fessenheim" pour que je recharge mes accus, j'ai fait l'impasse et je m'arrangerai pour avoir plusieurs accus à piloter pour éviter de "chauffer les oiseaux".

Le deuxième point important est une réalité que j'ai déjà évoquée dans l'article sur les mesures sur les accus Ni-MH, mais ma conviction s'est accentuée au fil de mes différents essais et élaboration du programme.
J'en suis venu à penser qu'une véritable charge d'accus (Quels qu'ils soient) ne peut être réellement bien réalisée que par éléments unitaires et pas même par groupe de 2, comme je l'indiquais dans l'article précédent.
J'ai véritablement "viré ma cuti" en observant les charges et décharges lors de la mise au point.
 
Serait-ce une pensée parallèle due aux accus LIPO de modélisme de mon autre copain Joé ? Non je ne crois pas !
Le fait est que je me suis véritablement rendu compte que même 2 accus chargés au "TOP" ne sont pas nécessairement identiques.
En effet une des raisons est que la décharge de 2 accus en série n'est pas obligatoirement identique. L'un peut prendre le dessus sur l'autre, et leur niveau de décharge s'en ressentir (Réfléchir en termes d'énergie W=UIt).
Un deuxième point, un peu comme ci-dessus, est que le niveau de décharge d'accus varie pour des accus identiques, mais encore plus pour des accus à peine différents. Alors charger par groupe de 2 accus est une solution qui n'est pas très bonne sur le fond, puisqu'au moins l'un des deux sera en surcharge et va donc se détériorer plus rapidement, et même les caractéristiques d'accus parfaitement identiques sont divergentes (ou le deviendront).

Faut-il charger de façon unitaire les accus ? 
OUI et je vais même aller plus loin en étendant cette façon de faire à tous les types d'accus (Plomb, Ni-Cd, Ni-MH, Li-Ion, LIPO, etc…etc…).

(On ne pourra pas me reprocher d'être particulièrement clair sur ce point !)

Alors faut il recommencer ce chargeur ? Pour moi, c'est exclu ainsi que déjà évoqué, mais pour vous, si vous partez du PRINCIPE général de celui-ci, OUI, sinon il faut s'adapter au mieux, et c'est ce que je fais.

Dans cette configuration vous pourrez charger unitairement 4 accus Ni-MH mais aussi un accu de 6F22 de 9V.!

Alors à vous de voir si vous voulez faire mieux en termes de possibilités, de puissance et d'énergie perdue ou vous contenter de l'existant.
Mais pour le nombre d'accus à charger, attention on monte vite sur un nombre très important de difficultés diverses : Tensions élevées, limites de tension de certains circuits, I/O disponibles….

Pour faire mieux il faudra prendre nécessairement un afficheur LCD, un transfo avec tension à peine plus élevée (ou délivrant un bon courant nominal mini de 1 A et mieux de 2 à 3 A). Il faudra aussi ajouter une ou des régulations de tension pour le(s) multiplexeur(s) et les amplis OP etc…Inventer un circuit très proche du courant réel à afficher sur une LED ou s'en passer véritablement ! (J'y renonce !)
(Je tiens particulièrement à cette LED, car elle représente le courant réel, et les causes d'absence de courant sont nombreuses. Une représentation visuelle issue du PIC ne me semble pas une solution assez fiable).

Vous pourrez aussi vous rabattre sur des circuits intégrés spécialisés mais vous perdrez alors votre âme, car "une bonne bidouille maison" vaut souvent mieux, et vous pourrez toujours intervenir en cas de panne, car le jour où le circuit spécialisé ne sera plus fabriqué…Ce sera poubelle !

Allez dernière amélioration, perdre 2.5 volts (1.25 Watts à seulement 500 mA) pour la mesure du courant est un peu dommage, alors il faut amplifier et mettre une résistance de 0.1 à 0.5 ohms pour limiter la puissance dissipée et amplifier en conséquence pour obtenir 5 volts sur l'entrée PIC mais attention il faut un AOP "common rail" car on part de zéro (ou alors avec une petite alim négative ou placer une diode en dessous…Encore une usine à gaz ?).
Ce circuit amplificateur "du courant" pourrait aussi être doublé pour obtenir une "image courant LED" représentant réellement l'intensité physique de charge par une intensité lumineuse proportionnelle (Sans perturber la mesure directe du courant)

Vous aurez compris que j'ai fait au plus simple tout en ayant des performances acceptables. Il ne faut pas oublier que c'est une réalisation particulière et non industrielle. La MLI est quelque chose qui marche bien et qui est facile de mise en œuvre, et c'était une application utile d'essai de ce principe (Sans être inquiété par les temps de recouvrements avant/arrière avec des moteurs en demi pont ou pont etc…).

Ceux qui souhaitent un générateur de courant programmable de puissance ? Eh bien il est là ! Il n'y a plus qu'à le programmer spécifiquement.

Je regrette aussi de ne pas avoir toute la documentation technique concernant le comportement électrique de ces accus Ni-MH, et sans ces indications précises, il est difficile de construire quelque chose de rigoureusement adapté sans avoir appréhendé les phénomènes physico-chimiques qui peuvent expliquer quelques comportements électriques bizarres.
J'espère qu'un fabricant soucieux de son image comblera mes lacunes sur les implications électriques issues directement des réactions chimiques des accus Ni_MH.

11 Conclusions

Un grand Merci au copain Riri qui m'a conseillé fort utilement sur la partie asservissement du courant et protection des entrées.

Pour la fonction de base, la structure est bien adaptée, et seul le programme et la puissance devront être revisités pour s'adapter à des types d'accus différents ou de puissance supérieure.
Naturellement le courant initial pourra/devra être augmenté, et cette fois les 1024 pas pourront avantageusement être utilisés sur l'EM de 5V, pour piloter des courants de quelques Ampères.

Le transistor ballast et son radiateur devront être revus suivant les tensions et puissances en cause.
Mais cela me parait tout à fait possible, y compris la charge à tension constante, en agissant cette fois sur la MLI pour que la tension aux bornes soit en parfait accord avec les spécifications de tension.
Alors les modélistes devraient trouver une solution maison aux chargeurs du commerce, mais il faudra programmer le PIC !

Les relais (Omron 5V) sont presque incontournables pour la sécurité et pour éviter la décharge des éléments par des courants de fuite, (Chargeur sous tension, mais également hors tension).
Ces relais devraient durer aussi longtemps que l'électronique puisqu'ils n'interrompent jamais un courant mais assurent seulement le passage lorsque les contacts sont déjà fermés. (Pas d'étincelles)

Je pense qu'avec 4 circuits intégrés, y compris le PIC, il n'était guère possible de faire plus simple, bien que ce soit déjà un tantinet compliqué.

Un ULN 2804 est impératif pour atteindre les tensions élevées de commande du 4052. On fera bien attention de NE PAS mettre le commun des diodes de ce circuit ULN2804 (Pin 10), ni au +5 ni au +15/+17 car cela court-circuiterait les alims ! (On laisse simplement la pin 10 en l'air et comme il n'y a pas de selfs il n'y a pas besoin de diodes de protection !)

Si le coeur vous en dit, allez y ! Sur demande, je pourrai vous envoyer le binaire seulement (.HEX).

La mise au point a été longue et assez laborieuse pour les multiples raisons évoquées, mais je suis satisfait de l'aboutissement et content d'avoir enfin un chargeur correct.
Ce qui m'a manqué pour réaliser pleinement cette maquette, est la connaissance véritable de tous les points particuliers ayant incidence électrique, liés au fonctionnement de ces accus.

Les informations techniques précises des fabricants sont pratiquement inexistantes ou du domaine banal et j'ai finalement découvert bien des problèmes lors de mes essais hard et soft.

L'enseignement le plus important je crois, à tirer de ce montage, et de cet article, est que la charge unitaire des éléments d'accumulateurs me semble une nécessité, tant les caractéristiques d'éléments, même identiques, sont différentes.
Ce point n'empêche pas bien entendu la règle des groupements déjà conseillée, mais vient en complément pour obtenir les performances d'énergie restituée, les meilleures.

Je dois dire également que de tels articles sont une charge importante de travail, de rédaction et surtout de vérification de ce que l'on écrit. Alors il est vrai que parfois l'ordre de présentation souffre un peu au détriment de la réalité des faits et observations, et de quelques "redites" incontournables mais souvent nécessaires, car ces articles restent denses.

Un autre élément intervient aussi pour noircir l'ordre et la méthode, qui est la consignation des points d'essais ou de mesures dans l'article en cours de développement pour ne rien oublier de ce qui a été source de problèmes.

Je n'ai trouvé que le site ci-après pour avoir un semblant de spécifications à peine moins bateau que celles figurant sur les blisters.
Les autres spécifications sont en caractères Japonais et ce n'est pas ma tasse de thé !
http://www.saftbatteries.com/doc/Documents/rechargeable/Cube407/datasheet.4e60bedb-6dde-41a8-af95-d7a3a65196fb.pdf

La seule chose que je remarque est que les chargeurs "traditionnels" sont plus des chargeurs avec une tension à peine plus élevée que celle d'un élément, dont le courant est le plus souvent limité par une résistance série.
Il est donc impossible à de tels chargeurs de monter en courant, car ils ne peuvent pas monter en tension et donc créer un courant suffisant.
Cela se traduit donc le plus souvent par la mise au rebut de ces accus qui ne "tiennent plus la charge" (En réalité n'ayant pas pu être correctement chargés !).

La réalité est simplement qu'ils ont un peu vieilli, mais qu'ils sont juste un peu défraîchis et qu'ils pourraient encore assurer quelques services avec un chargeur "qui saurait les motiver" !

Je n'ai pas prévu de régime de maintien de la charge acquise, car ces accus, selon ce que j'ai pu vérifier, ont peu d'autodécharge. On serait de plus obligé d'attendre la fin de charge de tous les bacs pour démarrer cette charge d'entretien.
La charge d'entretien me semble véritablement utile sur des périodes de plusieurs mois, mais pas à ce stade d'une charge complète ponctuelle.

En ce qui concerne les chargeurs dits "intelligents", j'aimerais que les points litigieux évoqués soient précisés dans les notices, et notamment la résolution pour la mesure des seuils de détection DELTA, de résistance interne…. Ce serait bien !
J'ai aussi une grande inquiétude sur les chargeurs qui savent tout faire, et qui n'ont besoin d'aucune information lors de la charge… Pour moi ce n'est pas possible techniquement et les suppositions hasardeuses sur les capacités basées sCHA32ur la résistance interne ne sont pas crédibles.
(A me contredire si le cœur vous en dit !)

Je veux encore bien qu'un chargeur "très intelligent" reconnaisse la capacité d'un accu par le simple fait que l'emplacement physique ne puisse correspondre qu'à une dimension d'accu, mais l'ennui est que dans une même dimension, on peut avoir cet exemple réel de valeurs en dimension R6 : 600, 1200, 1600, 2100, 2500, 2700 mAH. 

Mon chargeur "ne sachant pas lire" ne peut donc pas savoir "à qui il a affaire", et est donc incapable de déterminer quel courant choisir, tout autant que de positionner des limites de sécurité correspondantes.

Le chargeur présenté pouvant monter jusqu'à plus de 12 volts au total permet de franchir toutes les barrières de résistance interne sans surcharger pour autant la partie chimique des accus. (??? On ne peut pas en dire autant de la résistance interne qui produira tout de même un peu de chaleur, et que cette résistance est pour une bonne partie liée au processus chimique parfaitement inconnu pour moi !).
Ce chargeur tel qu'il est décrit devra être amélioré, mais les bases en sont bonnes. A chacun d'y trouver ce qu'il cherche et d'y apporter ce qui a été conseillé pour en faire faire le chargeur parfait !

Ginette, arrête de charger la mule…!

 

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