Étincelle au branchement de la batterie : le rôle des condensateurs du contrôleur

L'étincelle qui claque quand on branche une grosse batterie sur une trottinette n'est pas un défaut : c'est la charge, en une fraction de seconde, des condensateurs placés à l'entrée du contrôleur. Ces condensateurs sont indispensables au fonctionnement du contrôleur. L'étincelle, elle, ne l'est pas : à force, elle ronge les connecteurs et fatigue les condensateurs. Voici ce qu'ils font, pourquoi ils provoquent cette étincelle et comment les ménager.

Pourquoi un contrôleur a besoin de condensateurs

Le contrôleur ne tire pas un courant régulier sur la batterie. Ses transistors commutent des dizaines de milliers de fois par seconde : à chaque commutation, le courant demandé à l'entrée passe brutalement d'une valeur à une autre. Ce courant haché est appelé courant d'ondulation.

Les câbles qui viennent de la batterie ont une inductance : ils s'opposent aux variations rapides de courant. Sans réservoir local, chaque commutation ferait chuter ou bondir la tension aux bornes des transistors, avec des pointes qui pourraient les détruire. Les condensateurs, soudés au plus près du pont de transistors, fournissent ces impulsions et absorbent les retours. Vue de la batterie, la demande devient presque continue.

Ce guide complète notre visite à l'intérieur d'un contrôleur moteur, qui présente le pont de transistors et ses autres composants.

Ce qui fait chauffer et vieillir un condensateur

Un condensateur réel n'est pas parfait : il présente une petite résistance interne, appelée ESR (résistance série équivalente). Le courant d'ondulation qui le traverse y produit de la chaleur, proportionnelle au carré de ce courant. Les fiches techniques donnent donc, en plus de la capacité et de la tension, un courant d'ondulation maximal admissible.

Sur les contrôleurs de trottinette, on trouve surtout des condensateurs électrolytiques à l'aluminium, parfois associés à des condensateurs céramiques ou à film. Les électrolytiques contiennent un électrolyte liquide qui s'évapore lentement, d'autant plus vite qu'ils sont chauds. Avec le temps, leur capacité baisse et leur ESR augmente : ils filtrent moins bien et chauffent davantage, un cercle vicieux.

Trois éléments décident de leur durée de vie :

• la température : un condensateur collé à un dissipateur chaud ou enfermé sans air vieillit beaucoup plus vite ;
• le courant d'ondulation, qui dépend du courant demandé au moteur et de la façon dont le contrôleur découpe ;
• la marge de tension : un condensateur utilisé près de sa tension nominale, avec les pointes de freinage par-dessus, souffre plus qu'un condensateur largement dimensionné.

Un condensateur en fin de vie peut gonfler (le dessus bombé), fuir, ou simplement laisser passer davantage d'ondulation, ce qui se traduit par des défauts aléatoires et des transistors qui souffrent.

L'étincelle au branchement, expliquée

Au repos, contrôleur débranché, les condensateurs sont vides. Au moment où le connecteur de batterie entre en contact, ils se retrouvent reliés directement à une source de plusieurs dizaines de volts. Un condensateur vide se comporte, au premier instant, presque comme un court-circuit.

Le courant d'appel n'est alors limité que par les résistances du circuit : celle des cellules, du BMS, des câbles, du connecteur et des condensateurs eux-mêmes. Sur une batterie puissante, toutes ces résistances sont faibles, justement pour laisser passer beaucoup de courant. Le courant d'appel atteint donc des valeurs très élevées pendant un temps très court, et l'arc électrique jaillit entre les deux parties du connecteur qui se rapprochent.

Plus la tension de la batterie est haute et plus la capacité totale du contrôleur est grande, plus l'étincelle est forte. Une trottinette à deux contrôleurs cumule les condensateurs des deux.

Pourquoi l'étincelle abîme les connecteurs

Un arc électrique fond localement le métal. À chaque branchement, il laisse de petits cratères et des dépôts noirs sur les surfaces de contact du connecteur. La surface réellement en contact diminue, la résistance du connecteur augmente, et il chauffe davantage sous fort courant. Après de nombreux branchements, un connecteur de batterie piqué et noirci peut chauffer au point de ramollir son plastique.

Le choc de courant fatigue aussi les condensateurs et peut, sur certains montages, faire réagir la protection de court-circuit du BMS, qui coupe alors la batterie au branchement. Notre guide câbles et connecteurs de puissance explique comment choisir et entretenir ces connecteurs, et notre guide sur la précharge et l'anti-étincelle présente les solutions pour supprimer l'arc.

Longueur des câbles et ondulation

Plus les câbles entre batterie et contrôleur sont longs, plus leur inductance est grande, et plus les condensateurs doivent fournir seuls les pointes de courant. Une batterie externe reliée par un long câble, ou un contrôleur déporté loin de la batterie, ajoute donc de la contrainte sur ces condensateurs. Les bonnes pratiques :

• raccourcir au maximum les câbles de batterie ;
• garder le câble positif et le câble négatif côte à côte, voire torsadés, pour réduire l'inductance de la boucle ;
• quand l'allongement est inévitable, demander l'avis d'un spécialiste : certains montages ajoutent de la capacité au plus près du contrôleur.

Côté moteur, les câbles de phase ne passent pas par les condensateurs, mais ils doivent rester serrés et bien connectés : c'est le rôle de connecteurs de phase dimensionnés, comme les bullets AMASS 8 mm que nous montons sur nos moteurs MHS, MHT, XHS et XHT.