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Building a fast and configurable off board charger for a Zero electric motorbike

Démarré par Gérard Tayeb, 2018, Juil, 10, 17:44:04

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Gérard Tayeb

Je suis en train d'équiper une Zero S 14.4 (une Gen2 de 2023) d'un système de charge. Ce sera une amélioration de ce que j'ai fait précédemment pour la FXS.
Ce sera également mieux que l'option Charge Tank de Zero qui a divers inconvénients: le prix, le poids trimbalé en permanence, la condamnation du "coffre de réservoir", la limitation de la puissance de charge sur certaines bornes (voir paragraphe suivant).
Certaines bornes refusent de donner à une Zero Gen2 équipée d'un Charge Tank les 6.5 kW prévus, et ne délivrent alors guère plus de 2 kW par phase (ou même disjonctent). La solution consisterait à dialoguer avec la borne en respectant les protocoles, mais pour l'instant je ne sais pas le faire. En attendant, je contourne le problème en utilisant les 3 phases et la possibilité de moduler la puissance de charge de mes chargeurs.
Tout sera amovible, dans une valise latérale. De sorte que quand je n'ai pas besoin des chargeurs, je peux mettre une autre valise vide, ou pas de valise du tout.

Les deux chargeurs externes utilisés sont :
  • Le chargeur 3.3 kW avec le contrôleur Thunderstruck déjà réalisé pour la FXS, avec puissance et tension de fin de charge configurables,
  • Une alimentation réglable 0-120V 0-25A qui peut délivrer 2.5 kW. Si elle résiste longtemps aux mauvais traitements que je vais lui faire subir, elle aura un rapport poids/puissance/prix intéressant: 2 kg, 2500 W, 157 € port compris. Et en plus on peut régler la tension (donc le SOC de fin de charge), et l'intensité (donc la puissance), et elle les affiche. Il s'agit d'un rectifier Huawei DELTA ESR-48/56A C. Les ailettes de ventilation sont crasseuses, donc il s'agit d'un appareil reconditionné ayant déjà beaucoup vécu. Le vendeur l'a bricolé pour augmenter la tension à 120V. Cette alimentation ne supporte pas d'être branchée à une source de tension (batterie ou autre chargeur en parallèle) de tension supérieure à la tension qu'elle délivre elle-même (et à fortiori si elle n'est pas elle-même reliée au secteur). Du coup, je suis en train de faire une protection de cette alimentation à base de MOSFET.
Cela fait donc une puissance de charge de 1.3+3.3+2.5 = 7.1 kW complètement modulable, et qui peut fonctionner aussi bien sur une borne de recharge que sur une ou plusieurs prises domestiques.

Gérard Tayeb

Je viens de terminer le câblage de mes chargeurs.
Ca marche comme prévu, et je viens de charger à 7.2 kW  :)
https://photos.app.goo.gl/FL1hodSWWaHFv36z7

Gérard Tayeb

Excellente surprise lors de l'inauguration de mon système de charge à l'occasion d'un circuit Marseille - Barcelonnette - Marseille (310 km aller, 269 km retour): toutes les bornes ont bien voulu donner à mes chargeurs toute la puissance qu'ils demandaient. Alors que depuis 08/2022 toutes les bornes "champignon" du reseau e-born que j'avais utilisées avaient refusé de me donner 3.3 kW sur une phase, cette fois je n'ai eu aucun problème. J'ai utilisé les bornes
Electric 55 Charging - 84160 Lourmarin
Syme05 - Place de la Fontaine - 05300 Ribiers
e-born - 83560 La Verdiere
Et j'ai chargé à 1.3 kW (chargeur interne) + 3.3 kW (mon ancien chargeur) + 2.8 kW (alimentation chinoise) = 7.4 kW, chacun des 3 chargeurs tirant sur une phase différente.
Que des bonnes surprises donc. Est-ce le fait de tirer sur les 3 phases simultanément qui fait que les bornes "champignon" du réseau e-born n'ont pas disjoncté? Ou bien ils les ont reprogrammées différemment? Ou bien celles-ci ne se comportent pas comme les 3 autres que j'avais testées auparavant et qui disjonctaient?
Et le chargeur chinois a délivré plus que les 2.5 kW qu'il était sensé fournir: 105 V et 26.8A, soit 2.8 kW  :D
Quelques photos: https://photos.app.goo.gl/FL1hodSWWaHFv36z7

Gérard Tayeb

Le projet de chargeurs avance lentement car j'ai peu de temps à y consacrer et que ma solution de charge actuelle à 7.5 kW me dépanne déjà bien.
Mais je viens de profiter d'une promo pour acheter 4 alimentations réglables 0-120V 0-25A. Donc normalement le projet va redémarrer.

Je suis maintenant à peu près convaincu que ce qui fait disjoncter certaines bornes, c'est un courant trop élevé dans le fil de neutre. Ca expliquait que sur la FXS avec 700W sur une phase et 3300W sur une autre phase ça disjonctait (environ 14A dans le neutre). Par contre avec la S et 1400W sur PH1, 3300W sur PH2, 2800W sur PH3, ça ne fait que 9A dans le neutre et ça fonctionne.
Voici un calculateur pour faire ce genre de calculs :
https://www.dropbox.com/scl/fi/6t57afstp3pw0ixzu9boe/chargers.xlsx?rlkey=56xocru4gt8biqxgg1wv2qi74&dl=0

En mettant les 4 chargeurs dans une valise latérale en alu, je compte arriver à une puissance de charge entièrement réglable qui pourrait monter à 12 kW en cas de besoin. La limite sera l'échauffement de la batterie qu'il faudra surveiller, ainsi que le courant de charge maximum toléré par la moto (fusible de 100A sur le port auxiliaire, et limite probable également imposée par l'électronique)... Il semble donc recommandé de limiter à 90A la charge sur le port auxiliaire, et de baisser la puissance de charge en fin de charge.

Gérard Tayeb

Une petite avancée a été provoquée ce printemps par une sollicitation pour faire une virée au Mont Ventoux, ce qui faisait 380 kms pour ma part.
Pour ne plus avoir à charger avec tout éparpillé par terre, j'ai bricolé en vitesse une fixation d'une de mes valises alu, et j'y ai attaché mes deux chargeurs.
J'ai ajouté des photos à cet album https://photos.app.goo.gl/vn9oXgZ3edbstt6t5

La solution que je vise devrait utiliser 4 chargeurs chinois dans la valise alu. Je viens de trouver des diodes idéales qui semblent convenir parfaitement pour protéger ces chargeurs. Je les testerai bientôt.

Gérard Tayeb

On me demande comment se fait la régulation de mes chargeurs.

Le chargeur 3.3 kW est programmable via le module Thunderstruck (voir plus haut dans ce sujet). On peut programmer tranquillement à la maison 4 courbes de charge différentes pour lesquelles on peut régler: intensité de charge (donc la puissance), tension finale (donc le SOC final), décroissance du courant en fin de charge. Sur le terrain, un commutateur à 4 positions permet de choisir parmi les 4 courbes de charge.

Pour les chargeurs chinois qui fonctionnent en alimentation stabilisée, et qui assurent une charge de type CC/CV dont on règle par des potentiomètres le courant et la tension, c'est encore plus simple. La tension fixe le SOC final (116 V pour 100%, 109 V pour 80%, etc...), et le courant contrôle la puissance de charge. Si on en utilise plusieurs en parallèle, on peut utiliser des tensions différentes pour qu'en fin de charge les chargeurs s'arrêtent progressivement afin de faire décroître le courant en fin de charge.

Gérard Tayeb

Pour répondre également à une autre question et éviter de me répéter, voici une petite synthèse sur les problèmes de charge avec certaines bornes qui refusent de délivrer la puissance qu'on leur demande.

Observations:
1) Quand je charge ma FXS avec 0.6 kW sur une phase et 3.3 kW sur une autre phase, parfois ça passe, parfois la borne disjoncte.
2) Quand dans les conditions précédentes la borne disjoncte, si je réduis le chargeur externe à 2.2 kW au lieu de 3.3 kW, la borne ne disjoncte plus.
3) Sur ces mêmes bornes qui disjonctent, si je charge ma Zero S avec 1.3 kW sur une phase, 3.3 kW sur une autre phase, 2.8 kW sur la 3ème phase, je n'ai aucun problème.
4) Ceux qui ont des Charge Tank 6 kW sur des Zero S ou DS de génération 2 ont fréquemment des problèmes sur les bornes triphasées. Cette configuration est sensée charger à 6 kW sur une prise monophasée. Parfois les bornes réduisent la puissance vers 2 kW, parfois elles disjonctent.
5) A l'inverse, les Zero Gen3 plus récentes chargent correctement en triphasé, mais leur puissance de charge chute en monophasé.

Explications:
Les bornes triphasées sont conçues pour délivrer leur puissance de manière équilibrée sur les 3 phases.
C'est apparemment le cas des Zero Gen3 qui ont plusieurs chargeurs distribués sur plusieurs phases. En contrepartie, si on charge ces Zero Gen3 en monophasé, seule une partie des chargeurs est utilisée. Sauf si on se bricole un câble spécial qui distribue la seule phase sur les divers chargeurs ;-)
Dans le cas des anciennes Zero S ou DS de génération 2 le Charge Tank et son câble standard T2 (côté borne) vers T1 (côté moto) alimente le Charge Tank avec la phase L1. C'est bien adapté aux bornes de recharge monophasées qu'on peut installer chez soi et qui délivrent 7 kW. Mais c'est inadapté pour des recharges rapides sur des bornes publiques qui fonctionnent toutes en triphasé (du moins en France). Certaines bornes acceptent la charge à la puissance de 6 kW demandée par la Zero, certaines réduisent automatiquement la puissance à environ 2 kW, et certaines bornes disjonctent!
Bref, les remèdes sont
- de sélectionner les gentilles bornes. Mais il faut les trouver... En déplacement on est toujours coincé à un moment ou un autre.
- ou d'équilibrer sur les 3 phases avec 3 chargeurs

Pour ceux qui ont une Zero S ou DS d'avant 2024 avec Charge Tank (6 kW sur les Zero relativement récentes; 3 kW sur les anciennes, 2016 par exemple), un kit  Metron (Type 2 upgrade kit for ZERO S, DS and DSR motorcycles with Type 1 charge tank) permet d'alimenter le Charge Tank de 6 kW sur une phase et le chargeur interne de 1.3 kW sur une autre phase. L'idéal serait à mon sens de se fabriquer ou de se faire fabriquer un câble T2 triphasé en entrée, et une sortie triple: prise type 1 pour le Charge Tank sur la phase L1, prise C13 pour le chargeur interne sur la phase L2, prise domestique sur la phase L3 pour un chargeur externe supplémentaire à connecter sur le port Anderson. C'est exactement ce que j'ai fait plus haut, mais en utilisant des prises T1, C14 et domestique (au lieu de 3 prises domestiques comme je l'ai fait).
Je connais une personne (Florent) qui a fait la manip avec le kit Metron (séparer le chargeur interne et le Charge Tank sur 2 phases distinctes). Et en ce qui concerne l'ajout d'un chargeur externe sur le port Anderson je sais comment faire.
La question est de savoir comment se comporteraient les bornes car avec 6 / 1.3 / 2.5 kW par exemple sur chacune des 3 phases, il reste un fort déséquilibre dû au Charge Tank de 6 kW sur une des phases, et si on fait tout ça pour se retrouver au final avec des bornes qui disjonctent on a perdu son temps...
Du coup, ceux qui ont un vieux Charge Tank de 3 kW sont avantagés car en combinant sur les 3 phases le CT de 3kW, le chargeur interne de 1.3kW plus un chargeur externe de 2.5kW par exemple, ils ont une config à 6.8 kW très similaire à la mienne, relativement bien équilibrée sur les 3 phases, et que les bornes devraient accepter sans difficulté.

Voir aussi ce sujet: "Charge Tank qui ne charge pas à 6 kW : solutions", https://www.vehiculeselectriques.fr/viewtopic.php?t=16510
Voir aussi https://grok.com/share/c2hhcmQtNA%3D%3D_6b3e01be-cef0-4c97-b6f4-4b679e2fb0a0
Voir aussi https://grok.com/share/c2hhcmQtNA%3D%3D_1a32335b-2838-447a-84c7-ae294011563d avec à la fin de la discussion des adresses susceptibles de réaliser un câble selon vos souhaits.