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Publié : 1er février 2016

La fabrication de cellules HHO et l’électronique de régulation

Voici quelques données sur les cellules à hydrogène HHO que j’ai essayé de rassembler, ainsi que les compte rendus d’essais de régulateurs PWM. J’espère que ces éléments aideront à y voir plus clair dans ce domaine, la réflexion reste ouverte, n’hésitez pas à me faire part de vos remarques. Attention à prévoir tous les dispositifs de sécurité car ce gaz est très dangereux et présente des risques importants si l’on ne respecte pas l’ensemble des précautions.

La fabrication de cellules HHO et l’électronique de régulation
Le nombre de cellules
Pour une alimentation directe sur batterie on peut tabler sur 5 cellules qui auront donc besoin de 5x 2,3 volts soit 11,5 volts. Pour faire 5 cellules, soit 5 espaces entre les plaques, il faut 6 plaques : Un +, un - et 4 Neutres : + NNNN -
On peut faire aussi bien 10 cellules soit 2 séries de 5 cellules en parallèle. On branche alors le moins au milieu et les + aux extrémités, on a alors 11 plaques : + NNNN - NNNN +
L’épaisseur des plaques doit être d’au moins 1 millimètre.
Une adresse pour la découpe et l’achat de plaques : Jimenez découpe laser, 94 avenue Gladenbach, La Tapie, 84170 Monteux, tel 04 90 66 78 24.
Le prix d’une plaque 16x18cm en 1,5mm avec réalisation de 2 trous est d’environ 5,60 Euros par 12 plaques. La concentration d’électrolyte
Pour le KOH : La concentration de KOH fait varier la conductivité de l’électrolyte. Ne pas dépasser 30 pour cent car au-delà elle diminue et l’excès de KOH n’arrive plus à se dissoudre. Attention dans ce cas aux erreurs de calcul, dans ce cas on mélange 30% de KOH avec 70% d’eau pour que le total fasse 100% !
Une proportion de 3 à 5 pour cent, soit 30 à 50 grammes pour 95 centilitres d’eau semble bonne.
Si on veut un effet antigel il faut à 15 pour cent pour avoir une protection à moins 15 degrés ou 25 pour cent pour la protection maximum. Si on reste à 5 pour cent on peut rajouter comme antigel de l’éthylène glycol. Quand le premier remplissage est fait, on ne rajoute plus que de l’eau distillée, sinon la concentration va augmenter car l’électrolyse absorbe uniquement l’eau. Dans une cellule HHO "dry cell" il faut prévoir un dispositif pour garder de bon nivau de l’eau sans qu’elle dépasse les plaques sinon le courant va traverser l’eau directement sans passer par les différentes plaques.
On peut commander à des prix intéressants le HOH, hydroxyde de potassium, dénommé de façon usuelle la potasse caustique, à environ 13,80 le kilo sur :
http://www.mon-droguiste.com/potasse-caustique-hydroxyde-de-potassium,fr,4,POTCAU16053DSN.cfm

On peut employer d’autres électrolytes :
NAOH, soude caustique, peut se mélanger avec de l’alcool comme antigel.
K2CO3 : Carbonate de potassium ; peut se mélanger avec KOH.
Na2CO3 : carbonate de sodium, à 0° la concentration possible n’est que de 5 pour cent.
La température de fonctionnement
La conductivité augmente avec la température donc on peut penser que le rendement augmente aussi sensiblement. On conseille de ne pas dépasser 60 degrés. On peut prévoir un ventilateur d’ordinateur pour refroidir les plaques.
La protection contre les retours de flamme
La protection est essentielle car les départs de flamme créent un risque important d’explosion.
Elle est assurée par un bulleur, on rajoute près de l’arrivée moteur un anti-retour de flamme. Il existe des modèles professionnels, certains en fabriquent avec un tube de cuivre, à l’intérieur on dispose soit de la laine de bronze, de la laine de roche ou de la pierre à aquarium. Le but est d’avoir un effet diffuseur. On peut avoir plusieurs couches : billes d’acier maintenues par une grille, charbon actif, laine de bronze, charbon actif, et à nouveau billes. Voir explication ici :
http://www.wermac.org/equipment/flame_arrester.html
Je n’ai trouvé des fournisseurs de laine de bronze qu’aux Etats-unis, donc les frais de port sont importants.
Les fréquences de découpage
Certains essais montrent une amélioration de l’efficacité avec une fréquence de découpage à 42,8 Khz, elle même pilotée par un signal carré de 600 Hz à 50/50 de rapport de phase (duty cycle ). Pour avoir un découpage de 42,8 Hhz piloté à 50/50 à 600 Hz cela signifie qu’on fait se succéder à temps égal une séquence avec une intensité nulle (1/1200e de seconde) et une séquence de fréquence 42,8 Khz avec une intensité maxi, donc l’intensité maxi doit être le double de l’intensité moyenne, et donc il faut faire monter de façon très significative la tension de l’alimentation ou réduire nettement le nombre de plaques ou créer plus de séries parallèles, par exemple passer à 13 plaques avec : + NNN - NNN + NNN -
Il faudrait faire des mesures précises de débit pour savoir si l’ajout d’une fréquence de découpage modifie sensiblement le rendement, à intensité moyenne égale. A l’observation visuelle, on ne constate pas de différence notable.

La commande marche-arrêt par relais ou détection de rotation moteur

C’est un dispositif de sécurité qui évite à la cellule de fonctionner si par mégarde on branchait le contact sans faire tourner le moteur.

On peut détecter la rotation du moteur par un détecteur de présence de fréquence.
Pour les voitures à essence on peut le brancher sur la bobine, c’est là d’ailleurs que se fait la prise du compte-tours. Sur les véhicules diesel qui ont un compte-tours il y a une sortie supplémentaire marquée w pour le compte-tours que l’on peut utiliser.

Détection à partir de la tension de la batterie.
(Voir aussi le 2e plan en bas de page Détection de dépassement de tension)

ATTENTiON ! Après essais je constate que ce dispositif ne fonctionne que s’il est assez proche de la batterie ou s’il est relié au 12v par un fil assez gros et court, sinon le démarrage de la cellule fait chuter la tension et il fonctionne en discontinu. Donc je signale que ce montage n’est pas trop évident à réussir !

Dans certains appareils du commerce il y a une détection automatique intégrée. C’est souvent une détection par tension de l’alimentation provenant de la batterie. A l’arrêt la tension est inférieure à 13,5 volts, et en marche elle est supérieure.
On peut faire un simple détecteur à TL431 "zener" qui détecte le dépassement de 13,5 volts.
On peut aussi utiliser le kit vendu sur Ebay « Low power cutoff » et le régler pour une détection de 13,5v. On relie la sortie, entre led et collecteur du transistor au PWM. Par exemple pour un NE555 c’est sur la broche 5. Il se peut que le transistor du kit S8550 soit un peu léger pour une commande du NE555, dans ce cas le replacer par un 2SD965.
On peut aussi utiliser un circuit de vu-mètre KA2284 réglé en mesure de tension continue, il suffit de brancher la détection de tension après le condensateur d’entrée pour que le circuit détecte le courant continu.

Avertisseur-Batterie-Faible_Low-Battery-HHO-trigger

Enfin on peut utilser aussi un autre circuit vendu sur Ebay sous le titre "Battery low voltage warning w/Buzzer", vous trouverez sur cette illustration quelques explications pour utiliser ce module tout prêt et un montage possible à base de TL431.

Indicateur Depassement tension voltmetre KA2284

Attention, car ce moyen plus simple peut se trouver dangereux s’il est mal réglé ! Il faut dans ce cas contrôler la mise hors circuit du PWM par un ampèremètre ou un voyant visible en permanence.
La sortie du détecteur est soit envoyée soit sur un relais (ancienne méthode) soit sur la commande de puissance du PWM. 
Le PWM peut se contrôler par plusieurs dispositifs de sécurité en parallèle : Il peut y avoir sans problème à la fois la limitation d’intensité et la déconnexion à l’arrêt moteur. Il suffit que chaque sortie se termine par une diode anti-retour ; ici 1N5819. (voir schéma en bas de la page)

Remplacer le relais ? Avec les progrès de l’électronique on peut en effet remplacer le relais par un circuit électronique simple de mise de détection de tension ou d’impulsions. La sortie est à relier sur l’entrée qui peut avoir plusiuers noms : "Enable" ou "I-limit" ou "Vref" sur le circuit intégré qui pilote le PWM ; pour un NE555 c’est la broche N°5 "Contrôle". En effet tous les circuits intégrés ont une entrée de commande qui permet de les stopper sans avoir besoin d’arrêter l’alimentation. Par exemple le circuit de vu-mètre à 5 led (que nous réutilisons dans cet article comme ampèremètre) convient très bien pour cela.
Le NE555 est un peu plus difficile à piloter que les oscillateurs à pilotage par tension car il faut au moins une résistance inférieure à 100 ohms appliquée entre la broche 5 et la masse pour le stopper complètement. On a un bon résultat avec un transistor 2SD965 connecté entre la broche 5 et la masse.
Le montage des plaques
L’isolant

On prévoit en général un espace entre les plaques de 3 mm pour permettre le passage des bulles.
On utilise soit de l’EPDM (peut se commander sur Ebay) soit du caouchouc de chambre à air de camion ou tracteur. Pour l’EPDM il vaudrait mieux prévoir une épaisseur de départ légèrement supérieure car il a tendance à s’écraser sous la pression.
Il peut être monté à cheval entre les vis mais dans ce cas il devra être troué au diamètre de la vis de passage plus son manchon isolant. Il peut se mettre aussi à l’intérieur mais dans ce cas si les vis sont très serrées elles peuvent faire courber les plaques. On peut aussi ne pas trouer les plaques ni l’isolant et prendre l’ensemble en sandwich entre eux isolants ou deux plaques épaisses maintenues par des entretoises.

Les trous d’entrée et de sortie
Si les plaques et l’isolant sont prises en sandwich de part et d’autre, elles n’auront besoin d’être trouées que pour l’entrée de liquide vers le bas et pour la sortie de gaz vers le haut. Diamètre des trous : 8 à 10 mm. Sur le haut on peut avoir à la place d’un trou central des perçages rectangulaires. Sur le bas les trous doivent être alternés d’un côté et de l’autre en quinconce pour éviter un court-circuit entre les pôles + et - à travers la solution de KOH.
On peut prévoir aussi un rond isolant en face de chaque passage d’eau pour éviter cet effet de court-circuit. Si les plaques ne sont pas maintenues par une plaque translucide, il faut prévoir une jauge pour vérifier le niveau de l’eau ou bien une détection de niveau.
Le conditionnement, le nettoyage et la passivation des plaques
On conseille de poncer les plaques puis de sabler (protéger l’emplacement des joints) pour augmenter la surface en contact avec l’électrolyte.
Le nettoyage se fait par un démontage et rinçage tous les jours pendant les 3 premiers jours.
La procédure consiste ensuite en un remplissage à l’acide citrique à 20-25%, à 50-60 degrés pendant 20 minutes, puis nettoyage à l’eau distillée, puis à l’eau oxygénée, puis un fonctionnement de la cellule au ralenti suivi d’une accélération et d’un nettoyage final à l’eau distillée.Il y a plusieurs protocoles possibles pour le conditionnement des plaques.
Voir une présentation très détaillée ici :
http://hho-rimouski.yolasite.com/nos-générateurs-hho.php

La limitation d’intensité dans la cellule, son intérêt

Un moyen rudimentaire de limiter l’intensité, on verra ensuite qu’on peut l’améliorer

Sur cette photo on a utilisé un module PWM tout prêt vendu sur Ebay. On le trouve en lançant une recherche "PWM 15A 6-90v" Il coûte moins de 10 Euros. Il a l’avantage que le rapport de cycle peut être commandé très facilement avec une faible intensité de contrôle. Le circuit intégré à 8 pattes que l’on voit en haut et à gauche de la photo du module n’a pas pu être identifié, en tout cas ce n’est pas un NE555, il fonctionne à une fréquence fixe d’environ 15 Khz. Il existe maintenant une nouvelle version de ce circuit un peu plus large avec un pilotage par un circuit à 16 broches, les caractéristiques ont l’air d’être les mêmes.

Limiteur Intensite Limiter Transistor PWM 15A

NB : Il existe des modules plus puissants, par exemple un 30 A, par contre le 30 A est commandé par un circuit intégré NE555 donc la limitation d’intensité ne suivra pas exactement le même schéma.

La limitation d’intensité : Elle permet d’avoir une production assez constante, elle protège la cellule d’un échauffement excessif. Certains PWM ont leur propre système de limitation. Voir ici par exemple un montage à SG3525 quoique le système mis en oeuvre ne permette pas de réglage d’intensité :
http://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/120539.pdf
Si le PWM n’en a pas, on peut le rajouter, comme on l’a fait ici. On l’appelle alors "CCPWM" ou Modulation de largeur de phase à Courant Constant.
Dans les schémas que j’ai vus il n’y a au mieux qu’une limitation d’intensité maxi, cela veut dire que si on diminue l’intensité par le potentiomètre (par exemple à 5A) elle ne sera plus régulée, sauf si elle augmentait à nouveau par emballement, elle serait alors de nouveau limitée à 10 A.
On peut faire une limitation asservie à l’intensité, en augmentant la sensibilité du limiteur, toutefois on ne peut pas trop descendre la limitation sinon le circuit risque de devenir instable.
L’asservissement de l’intensité à la puissance du moteur
On pourrait asservir la production de gaz à la puissance instantanée du moteur ; dans les blogs on fait remarquer que la puissance ne peut pas être déduite de la vitesse de rotation car elle dépend aussi de la charge (montée, descente...) Il faudrait rajouter un débitmètre sur l’arrivée de carburant ; le débitmètre produit une fréquence en fonction du débit. Ensuite piloter un circuit tachymètre convertisseur de fréquence en tension, cette tension sera inversée et appliquée sur le contrôleur du PWM. Cela nécessite plusieurs réglages des circuits de détection.

Une manière de visualiser l’intensité avec un circuit vu-mètre et voltmètre à 5 leds KA2284. Le circuit a été légèrement détourné de sa fonction car qui dit voltmètre dit ampèremètre puisque le voltmètre donne ici la tension sur une résistance shunt. On peut récupérer la tension dans la résistance tampon des led pour une commande de limitation d’intensité.

5-LED-Vu-metre-meter-amperemetre-ammeter-KA2284

Le principe de la limitation d’intensité
On mesure la tension qui traverse une résistance très faible. D’ailleurs les ampèremètres numériques fonctionnent sur le même principe. On peut très bien d’ailleurs se servir comme résistance du shunt d’un ampèremètre numérique type 10A. Ces shunts sont conçus pour atteindre la tension de 75 millivolts à l’intensité nominale, ici 10A.
Je préfère mette le shunt à l’entrée du montage plutôt qu’en sortie car en général les PWM ont un condensateur électrochimique de découplage. S’il n’y en a pas il faudra en rajouter un entre 1000 et 4700 microfarads, 16 volts. Ce condensateur régularise la consommation et évite les pointes de courant. Il permet de mesurer le courant moyen, faute de quoi on aurait une mesure séquentielle, il faudrait alors rajouter un condensateur sur l’entrée du comparateur.
La limitation à transistor
Simple mais peu précis. La jonction base-émetteur détecte la limite à partir d’une tension entre 0,5 ou 0,7 volts à moins de trouver un ancien transistor au germanium.
On peut faire passer le seuil de détection à 0,1 volt en polarisant le transistor.

Ici on a utilisé un régulateur intégré TL431 mais il fonctionne à l’identique d’un transistor, son avantage est que la réponse au passage du seuil est beaucoup plus nette. Detection Depassement Tension Intensite Intensity Power Cutoff

La limitation à circuit intégré
Un peu plus compliqué, on peut utiliser un kit de comparateur vendu sur Ebay. A l’origine c’est un détecteur "Low voltage cutoff LM358" (on le trouvera en lançant une recherche sur ces termes). Il suffit de relier la sortie du shunt à l’entrée " IN + non-inverseuse" du LM358. L’entrée " IN - inverseuse" étant reliée à un potentiomètre, on règle le potentiomètre pour que cette tension présente sur l’entrée "IN - inverseuse" soit de 75 millivolts (pour une limitation à 10A). Quand le débit va augmenter dans le "shunt 75 milivolt" (par exemple) la tension sur l’entrée "+ non inverseuse" va augmenter et quand elle atteint 75 millivolts la led s’allume. Voir l’illustration.
On peut augmenter la valeur de la limitation en faisant remonter la tension par le réglage du potentiomètre. A 150 millivolts sur ’In -" on aura une limite à 20 A.
Le réglage de ce potentiomètre est un peu critique, heureusement sur le kit c’est un multitours. On peut aussi pour un réglage plus précis le relier au +12v à travers une résistance de 100 K ohms.

Low_Voltage_Cutoff_Limiteur_Intensite_Shunt

Attention si vous commandez ce kit, le transistor indiqué sur le schéma est un S8550 qui est un PNP. Or il faut absolument un NPN sinon le montage ne fonctionnera pas tel quel. On constate souvent des erreurs de conception sur des kits !

La sortie dont être reliée à la commande de largeur d’impulsion du PWM à condition que cette commande se fasse par un potentiomètre relié entre + et -. Sinon dans le cas d’un NE555 la sortie collecteur de Q1 doit être reliée à la broche 5 "commande" du NE555. Comme cette broche est peu sensible il est préférable de remplacer le transistor Q1 par un transistor suffisamment puissant comme le 2SD965 ou peut-être par un fet, par ex BS170, 2N7000.

Quelques données théoriques

Ces données pourront être utiles à ceux qui veulent mieux connaître le fonctionnement de l’électrolyse ou mieux la régler. Je reprends aussi quelques sujets précédents que j’ai un peu plus approfondis.
Electrolyse à courant continu ou pulsé et « gaz de Brown »
Les principes de la génération de gaz HHO par courant pulsé sont très prometteurs, toutefois malgré des brevets et études laissant supposer des rendements importants, je n’ai pas vu de résultat qui dépasserait vraiment de beaucoup les rendements du courant continu, par contre le gaz de Brown généré avec du courant pulsé est très efficace pour les chalumeaux, mais cet emploi est dangereux à cause des risques importants de retours de flamme.

Les Banki, un ingénieur Australien, maintenant malheureusement décédé a laissé pas mal d’ instructions sur la mise au point d’un groupe électrogène qui fonctionne à l’hydrogène.
Voici ce qu’il dit, ses conclusions confirment d’ailleurs les principales études faites avant lui sur l’électrolyse :

- Quand on fait l’électrolyse avec du courant continu on obtient le gaz HHO H2 + O2 di-atomique.

- Quand on fait l’électrolyse avec du courant continu pulsé on obtient le gaz H2 + O2 + H + O qui est un mélange de gaz di-atomique et de gaz mono-atomique (dit gaz de Brown, découvert par Yul Brown).
http://www.quanthomme.info/carburant/GazBrown.htm
Son énergie varie selon sa composition mais en général son niveau d’énergie est le double du gaz mono-atomique. Il ne pense pas que pour le courant pulsé il y ait une fréquence meilleure que l’autre, et qu’il faut juste qu’elle soit au moins égale à 100 Herz. Il ne dit pas s’il y a un rapport de cycle optimal (duty cycle) ; Stanley Meyer rcommande un double oscillateur fréquence de modulation : 600 Hz à 50% de rapport cyclique (duty cycle) et fréquence principale à 42.8 khz. Ceci dit Frank Roberts utilise un rapport de cycle de 90 %.avec apparemment la seule fréquence de 45 Khz.
Une étude coréenne compare le rendement d’une électrolyse à courant continu avec une électrolyse à découpage entre 120 et 400 herz, avec le découpage on a un gain de 20 pour cent environ. George Wiseman écrit que la fréquence de découpage doit être supérieure à 10 kilo Herz pour créer une « couche de difusion » nécessaire à la fabrication de gaz de Brown. J’ai lu une autre étude japonaise sur des fréquences supérieures, c’était à la fréquence de 17 khz que le rendement dépassait celui de l’électrolyse à courant continu, mais de seulement 20 pour cent ; la fréquence idéale vaire aussi selon d’autres paramètres ; tension et intensité...

- Quand on fait une électrolyse en résonnance (avec 3 fréquences) on obtient le gaz pur HHO mono-atomique qui a d’après Georges Wiseman un niveau d’énergie de 2,4 à 4 fois plus important que le gaz H2 + O2 di-atomique.
(données découvertes par les travaux d’Irving Langmuir, prix Nobel de chimie, en 1916), voir aussi un récapitulatif très complet des données sur l’électrolyse et la dissociation de l’eau dans l’article de Jan P. Roos Optimal Electrolyzer Design Assessment, en anglais. La recombinaison de l’hydrogène dans un chalumeau, moteur peut produire de 10 à 1000 fois plus d’énergie que ce qu’il en afallu pour le dissocier ; contraire aux lois de la physique, mais confirmé par les expérimentations.)
Il donne les résultats de ses essais ; pour la résonnance il a utilisé 3 fréquences : 10.7kHz – 21.4kHz – 42.8kHz. Son montage électronique est relativement compliqué, à noter que les 3 fréquences sont le double de l’une à l’autre et que la phase des 2 fréquences inférieures doit être légèrement décalée par rapport à la phase de la fréquence principale, d’où la complexité du circuit communiqué par Les Banki.
A noter néanmoins, le montage générateur de 3 fréquences de Les Banki, bien que compliqué, est bien conçu, alors que celui de Bob Boyce destiné au même effet, « 3 channel pulse width modulator » a de très grosses lacunes de conception (circuit NE555 inadapté à l’usage) rendant son réglage presque impossible.

On peut bien sûr fabriquer les 3 fréquences par ordinateur, si on veut les enregistrer on ne peut le faire qu’en format wav avec une fréquence d’échantillonnage 96 ou bien 192 khz. Le format MP3 n’a pas une fréquence d’échantillonnage assez élevée pour enregistrer le 42,8 Khz.
On fabrique aujourd’hui des ordinateurs très bon marché et minuscules pas plus gros qu’une carte de visite (une quarantaine d’Euros genre Raspberry Pi ou Atmega qui pourraient peut être convenir, voir la question avec un informaticien) et qui peuvent être embarqués facilement dans une voiture.

Les banki cite aussi le livre de George Wiseman “Brown’s Gas Book Two” qui donne beaucoup de détails,
disponible sur ce lien :
http://www.artizan.ru/wp-content/uploads/2010/08/Build.a.high.quality.Browns.Gas_.HHO_.electrolyzer.pdf

et le brevet consultable sur internet 1967 US Patent 3,310,483 by Dr. William A. Rhodes

Les problèmes de l’amplification de 3 fréquences superposées
Dans les deux schémas (Les Banki et Bob Boyce) on a un étage de puissance avec une amplification à part des trois fréquences suivie d’un mélange sur un gros tore de ferrite. Cela entraîne un coût important et des risques d’incident électrique. Il vaudrait mieux mélanger d’abord les fréquences et les amplifier ensuite. Mais on ne peut pas utiliser un amplificateur simple qui fonctionnerait en « commutation » cat le mélange des trois signaux carrés crée 4 états de tension possible qui changent aucours du temps : Niveau 0 quand les 3 signaux sont à zéro, niveau 1 quand 2 signaux sont à 0 et 1 signal est à 1... jusqu’à niveau 3 quand les 3 signaux sont à 1. Donc il faut un amplificateur linéaire, on peut utiliser un oscillateur PWM à une fréquence au moins du double de la fréquence maxi soit environ 100 Khz. Ensuite on module la largeur de phase par l’entrée mélangée, et on filtre la sortie du signal 100 Khz pour obtenir la modulation amplifiée. L’ampli PWM a pour avantage : Excellent rendement, fabrication plus simple qu’un ampli analogique.
Les liens internet :(pas très intéressant car ce sont surtout des plans électroniques assez complexes)

Les Banki Mise à jour : http://www.tuks.nl/WFCProject/LB_WFGP/
Les Banki pages d’origine :
http://www.tuks.nl/WFCProject/Les_Banki_Project/All_Less_Banki_Files.zip
http://www.tuks.nl/WFCProject/Les_Banki_Project/
http://www.tuks.nl/wiki/index.php/Main/LesBankiProject
Le cas du découpage avec une seule fréquence
Ce procédé est plus simple au niveau de l’électronique bien que comme on l’a vu il ne donne pas un rendement aussi bon que le système à 3 fréquences.
Si on veut qu’une alimentation à découpage fonctionne il faut avoir au départ une tension plus élevée que celle qui est nécessaire aux plaques. Sinon quand la tension d’entrée est trop faible, le circuit à découpage ne pourra pas contribuer à amélirer le rendement car il fera trop diminuer l’intensité.
Donc 2 possibilités : Si on alimente les plaques directement sur une batterie 12 volts, il faudra un nombre peu élevé de plaques, disons 4 à 5.
Si on veut plus de plaques en série, disons 6 à 7, il faudra rajouter un convertisseur élévateur de tension et le régler sur une tension de 20 volts environ. Cette deuxième solution, plus complexe, a quelques avantages, Les Banki écrit que, pour des raisons inexplicables, quand un électrolyseur a beaucoup de plaques, son rendement augmente davantage en proportion. Pour convertir du 12 volts en 20 volts il vaut mieux utiliser un circuit largement dimensionné comme celui vendu sur Ebay DC-600W-10-60V-to-12-80V-Boost-Converter-Step-up-Module (environ 12 Euros)
Par contre le circuit "DC-150W-Step-Up-10-32V-to-12V-60V" n’a pas bien fonctionné pour un réglage à une intensité de 7 à 10 A car il est trop proche de ses limites, probablement à cause de la trop faible inductance du tore (4 uH mesurés), de la mauvaise résistance à la chaleur de la rondelle plastique de maintien du transistor de puissance, de la résistance de contrôle d’intensité trop forte dans le drain du Mosfet. Elle n’est pourtant que de 0,01 ohm mais suffisante pour perturber le fonctionnement car si on travaille à près de 10 A efficaces compte tenu du courant pulsé on peut avoir des crêtes à 100 Ampères. Ceci dit j’ai trouvé moyen d’améliorer ce montage de la manière suivante :
- dessoudé la self et replacée à l’extérieur du circuit (attention garder un fil assez court je dirais ne pas aller au delà de quelques contimètres) car la self est trop proche du plan de masse du circuit imprimé et aussi des 2 radiateurs il semble que se créent des courants d’induction entre tous ces points de masse. J’ai fait aussi une tentative de changer la self ceci dit en utilisant un tore récupéré sur une alim d’ordi on perdait 10 pour cent de rendement. Par contre j’ai eu un bon résultat en récupérant un tore sur une alim pwm de 12v 105w. Si vous faites des essais de self je vous recommande de vous munir d’un inductancemètre pour mesurer la self que vous avez créée, on en trouve sur Ebay pour une dizaine d’Euros. Il ne faut pas dépasser une valeur d’une dizaine de microhenrys, ou alors si vous voulez passer à une trentaine de microhenrys faites descendre la fréquende. D’origine elle est à 110 kiloherz environ, pour une self de 30 microhenrys il faudrait rajouter un concensateur d’environ 2nf entre la broche 4 du UC3843 et la masse.

On trouve une description d’un montage voisin qui a l’air de bien fonctionner car l’inductance choisie est un peu plus grosse et de valeur supérieure (60 microhenrys au lieu de 10 microhenrys) L’intérêt particulier de ce 2e montage par Danyk est qu’il utilise un transformateur en sortie et non pas une simple self.
http://danyk.cz/univ_m_en.html
NB je ne suis pas sûr que le condensateur C6 ait une utilité.
Les cellules
La stabilité de la solution de KOH

Lez Banki indique que la solution de KOH a tendance à absorber le CO2 atmosphérique et son efficacité se réduit peu à peu. On peut l’éviter en lui mélangeant du pentoxyde de vanadium appelé aussi oxyde de vanadium, 1 à 2 g par litre. Il a pour effet d’augmenter aussi l’efficacité, réduire la résistance et l’échauffement.
Il est vendu comme colorant jaune pour la céramique.
http://www.ceradel.fr/fr/oxydes-naturelscolorants-de-masse/4758-oxyde-vanadium.html
L’espacement des plaques
Il a été expérimenté par Les Banki qui a trouvé un espacement optimal de 3 mm dans le cas d’une solution de KOH. Dans la cas d’une électrolyse avec de l’eau pure sans additif Frank Roberts utilise un espacement à 1 mm seulement mais dans ce cas il a besoin de 4v par plaque, ce qui semble un peu faible. En effet Stanley Meyer, pour une électrolyse à l’eau pure avait besoin de 12 volts pulsés dans une self (ce qui créait des pointes de tension à une centaine de volts). Voir ici :
http://freenrg.info/Practical_Guide_FE_Devices/D16.pdf
George Wiseman indique dans son livre Brown gs book 2 de ne pas dépasser 9 mm d’écartement sinon le rendement décroit. Il déconseille les trous au bas des plaques pour la mise à niveau de l’électrolyte car ça diminue l’efficacité par un effet du courant qui passe à travers les trous. C’est pour cela que les trous ne doivent pas se faire face mais être en quiconce, sur un côté puis sur l’autre en alternance, certains collent une rondelle d’isolant sur quelques centimètres carrés de la plaque qui fait face aux trous.
L’arrêt de flamme
Les Banki a utilisé les pierres d’aquarium. Il les nettoie avec un « backflush » (courant à contresens) d’acide phosphorique à 50 pour cent. Il dit qu’on peut aussi utiliser un tube en U. La paille d’inox pourrait être essayée mais difficile à trouver, peut être essayer des boules d’inox à récurer la vaisselle, quoique la finesse de la paille semble insuffisante ? On en trouve aussi chez ce vendeur Ebay
http://www.ebay.fr/sch/bennythestooge
Les circuits d’oscillateurs à découpage
Un électrolyseur à forte puissance sur le secteur 110 ou 230 v

Les Banki a fabriqué un électrolyseur pour brancher sur le secteur. Il a calculé le nombre de plaques en série à partir de la tension secteur efficace (230 v chez nous) mais il s’est aperçu que l’intensité dans l’électrolyseur était extrêmement forte et faisait sauter les fusibles. Il a compris que c’était parce que la cellule réagit à la tension de crête et non à la valeur moyenne (sur 230 volts la tension de crête est de 230 multiplié par racine de deux ce qui donne soit environ 330 volts.)
En conséquence de quoi il faut rajouter un régulateur à découpage sur le 220 volts. Le régulateur à triac fonctionne, du moins tant qu’on est sur un réseau car il est largement dimensionné pour absorber les pointes de courant, ou sur un générateur de courant à dynamo qui est très tolérant. Par contre cela ne convient pas sur une alimentation convertisseur à transistor car les pointes de courant sont trop importantes.
Il vaut mieux prévoir au moins dans ce dernier cas, un découpage piloté par un circuit de type SG3525 complété par un étage amplificateur de tension à 2 transistors suivi d’un transistor ou Mosfet haute tension (comme dans une alimentation d’ordinateur) ou bien encore plus simple, avec un UC3842. Les oscillateurs de conception ancienne (LM324, NE555) fonctionnent très mal dans cette configuration car

- la commutation n’est pas assez franche surtout pour le LM324 ce qui multiplie les pertes dans le transistor de puissance et le détruit par échauffement. (c’est ce que j’ai constaté)

- Le circuit NE555 ne permet pas de conmmander indépendamment la fréquence et le rapport de cycle, l’un modifie l’autre.
Dans un régulateur à triac, comme il fonctionne en courant alternatif, il est branché au secteur, et la sortie est redressée par un pont.
Dans un régulateur à transistor, comme il fonctionne par contre en continu, l’entrée est redressée par un pont, filtrée par un condensateur électrochimique, et c’est la sortie qui est commutée.

br /L’oscillateur à UC3843 est un de ceux qui sont le plus utilisés dans les alimentations et les convertissseurs.

NB : le UC3843 fonctionne à partir de 8 volts, le UC3842 ne convient pas ici car il demande 16 volts.
Avantage du UC3843 : Les réglages de fréquence et rapport de cycle sont indépendants.
Il possède deux entrées de contrôle, l’entrée 2 habituellement destinée au contrôle de rapport de cycle et donc aussi au contrôle de la tension de sortie dans le cas d’un élévateur de tension. L’entrée 3 est destinée au contrôle et la limitation de l’intensité (pas utilisée ici). Pou utilisation dans un circuit à découpage il faut rajouter un étage à transistor Mosfet sur la sortie.

UC3843-PWM-module-schema-diagram

Attention petite erreur sur mon schéma de UC3843 : Il est préférable que les réglages de fréquences et de rapport de phase ne soient pas branchés directement sur le 12 volts (risque d’instabilité ) mais sur la broche 8 du UC3843 qui donne une tension stabilisée spécialement pour cet usage.

Inconvénient du circuit UC3843 : Risque d’instabilité quand le rapport de phase dépasse 50 pour cent si on ne réinjecte pas l’oscillation de rampe dans FB sur la broche 3.
Exemple de montage à UC3843 avec transformateur de sortie (vérifier l’utilité de C6 sur son schéma)
http://danyk.cz/univ_m.html

Les appareils de mesure : Un fréquencemètre n’est plus un appareil dont le prix de revient est élevé, on en trouve à partir de 10 Euros, par exemple AIMO M320. Le Uni-T UT61A a un plus gros affichage mais coûte plus cher, environ 35 Euros. On les trouvera en tapant leur référence sur Ebay. Pour certaines fabrications de transformateurs toriques on peut avoir besoin d’un inductancemètre. Le modèle ICSH014 me parait bien fonctionner, parfois des ratées au démarrage de la mesure cependant... vendu une dizaine d’Euros sur Ebay. Si on a besoin d’un oscilloscope on trouve des oscilloscopes d’occasion, à préférer aux cartes oscilloscope sur ordinateur, du moins les modèles bon marché ont beaucoup de bugs.

On utilise aussi le SG3525 qui n’a pas de risque d’instabilité. Il possède 2 sorties pour piloter 2 transistors en montage « push-pull » ce qui est un avantage pour les alimentations à haut niveau, mais ce qui nécessite une d’adaptation quand on veut une seule sortie.
Les schémas :

- Le SG3525 en montage à simple alternance : Parfait quand il s’agit de faire un découpage simple sans modification de la tension, comme dans un graduateur. On trouve le SG 3525 en module simple alternance tout monté sur Ebay réglable de 7 Khz à 42 Khz par contre le module de base a quelques défauts de conception, surtout au niveau de la puissance de sortie qui est extrêmement faible. Je donne ci dessous l’ajout à faire pour amplifier le niveau de sortie.

SG3525-PWM-Module-Schema-Diagram

- Le SG3525 en montage avec sortie double alternance. Avantage : réduit les pointes de courant donc montage plus fiable, moins de stress sur les condensateurs donc moins de pollution électromagnétique dans les montages à self inductance.
Ce montage est très polyvalent, il permet selon le choix des enroulements, de devenir : un transformateur élévateur ou réducteur de tension, un générateur à une fréquence en enlevant le condensateur de sortie, un amplificateur à fréquences multiples, en réduisant la valeur des condensateurs de sortie.
Circuits imprimés SG3525 : http://www.dianyuan.com/bbs/500759.html
Vendu aussi en module double alternance prêt à fonctionner sur Ebay sous le nom "SG3525A-Inverter-Driver-Board". Exemples de schémas
http://lynxlynx.tk/eng/lynx_dcdc_3525/
http://tahmidmc.blogspot.ru/2013/01/using-sg3525-pwm-controller-explanation.html

Jean-Louis Ramel

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Liens utiles
http://leblogdedany8.over-blog.net/article-realisation-perso-76834537.html
Les principes de fonctionnement du NE555

http://www.sentex.ca/ mec1995/gadgets/555/555.html