Qu’est-ce qu’une batterie Li-Po ?

Sermaise Electro Modélisme est une association du sud Essonne dont le but est de promouvoir le modélisme de voitures radio-commandées électriques T.T. 1/10 et 1/8e.

La propulsion de nos modèles est de plus en plus souvent confiée à des moteurs « Brushless » et des packs d’accus Li-Po. Ces accus Li-Po offrent des caractéristiques en rapport poids / puissance supérieures aux accus Ni-MH.

Les packs Li-Po que nous utilisons ont souvent une forte tension alliée à une grande capacité. Ils sont potentiellement dangereux s’ils sont mal utilisés.

Une petite note d’information devenait nécessaire pour faire disparaître cette notion de danger.


Les accus de propulsion Li-Po de nos voitures électriques radio-commandées

Les comprendre pour bien les utiliser sans danger

Li-Po 2S Saddle Li-Po 2S Stick Li-Po 4S Stick

Généralités

Un pack d’accus est un contenant qui regroupe un ou plusieurs éléments (cellules électrochimiques) qui sont reliés électriquement de manière à obtenir une certaine tension (voltage) et une certaine capacité de stockage (ampérage)

Les packs d’accus de propulsion Li-Po que nous utilisons pour faire avancer nos voitures radio-commandées ont diverses formes et tailles en fonction de la place qu’ils occupent sur le châssis.

Les plus fréquemment utilisés sont : celui que j’appellerai Stick, avec sa forme allongée, le Shorty, qui est plus court qu’un Stick, le Square, qui comme son nom l’indique est presque carré, et le Saddle, très court qui s’utilise par jeux de deux pour une tension et une capacité données.

Outre sa forme, un pack d’accus peut être livré câblé de façon spécifique ou bien prêt à recevoir un certain type de câbles selon le choix de l’utilisateur.

Enfin, ce pack peut être simplement gainé ou bien protégé dans une coque rigide (hardcase).


Petit retour sur le pack Ni-MH

Contrairement aux packs d’accus Ni-MH (nickel-hydrure métallique), le nombre d’éléments d’un pack d’accus Li-Po (Lithium-polymère) est invisible : les éléments ne sont pas ronds. Ils sont plats et enfermés dans un même contenant.

Les éléments d’un pack Li-Po ne sont pas séparables sans danger.

Pack d’accus Ni-MH de 7,2V
(6 éléments de 1,2V)
 Pack d’accus Li-Po de 11,1V
(3 éléments de 3,7V)

Dans un pack d’accus Ni-MH, chaque élément (cellule) a une tension nominale de 1,2V.

Un pack classique de 6 éléments Ni-MH a donc une tension nominale de
1,2 X 6 = 7,2V.

Ce type de pack d’accus est toujours utilisé dans la propulsion de voitures radio-commandées.


Le pack d’accus Li-Po

Les packs Li-Po que nous utilisons pour propulser nos engins vont de 2S à parfois 6S…
« S » comme son nom ne l’indique pas veut dire élément. Un pack 3S est donc un pack de 3 éléments montés en série.

Dans un pack d’accus Li-Po, chaque élément a une tension nominale de 3,7V.

Un pack Li-Po en 2S a donc une tension nominale de 3,7 X 2 = 7,4 V. Un pack Li-Po en 3S a une tension nominale de 3,7 X 3 = 11,1 V. etc. …

C’est donc la tension réclamée pour le bon fonctionnement du moteur qui va déterminer le nombre de « S » de nos packs Li-Po.

Une voiture au 1/8e est plus lourde qu’une voiture au 1/10e. Le moteur est « plus gros » et réclame une plus grande tension pour bien fonctionner. De ce fait, nous trouverons généralement des packs en 4S (14,8V.) ou plus sur les modèles au 1/8e et seulement en 2S (7,4V.) sur les modèles au 1/10e.

J’écris précédemment qu’un « S » Li-Po a une tension nominale de 3,7V mais il nous offre la possibilité d’être chargé jusqu’à 4,2V (à vide), ce qui amène un pack 2S à 8,4V en fin de charge et un pack 3S a 12,6V en fin de charge (à vide).

Les accus Li-Po ayant à l’utilisation une chute de tension beaucoup plus plate que les accus Ni-MH, ils sont tout à fait indiqués pour propulser nos voitures.

En effet nous ne ressentirons pas la baisse de tension à chaque minute passée à rouler, mais seulement, de façon assez significative, uniquement, vers la fin de notre session de roulage.

Attention, il est très mauvais pour un pack Li-Po de descendre à une tension inférieure à 3V par élément.

Si vous n’avez pas de réglage de sécurité sur le variateur de votre voiture, n’hésitez pas à acheter, pour un très faible coût, le petit appareil ci-dessous. Branché sur la prise d’équilibrage de votre pack, il vous fera entendre une alarme stridente, quand la tension basse que vous lui aurez programmée sera atteinte.

Testeur LiPo Reely Testeur LiPo Reely

(Certains appareils donnent les tensions non pas directement en Volt mais en pourcentage.)

Pourcentage

Tension par cellule

0%

3.00 V

5%

3.30 V

10%

3.60 V

20%

3.70 V

30%

3.75 V

40%

3.79 V

50%

3.83 V

60%

3.87 V

70%

3.92 V

80%

3.97 V

90%

4.10 V

100%

4.20 V

Les mAh (milliampères heure)

De façon simple, nous devons, en ce qui nous concerne, considérer le nombre qui précède « mAh » comme étant la capacité de notre pack Li-Po à restituer sa propre tension pendant 1 heure pour une intensité réclamée égale à son marquage : un pack 7,4V de 2000 mAh est donc capable de restituer 7,4V pendant 1h à un appareil dont la consommation constante est de 2A. (1A = 1000 mA)

De façon très théorique, plus ce nombre est grand et plus grande sera votre autonomie en roulage.

Les « C » de décharge

Qui c’est « C » ? Il s’agit là de l’indicateur de décharge instantanée, en ampères, que vous pouvez demander théoriquement à votre Pack Li-Po.

Dans un pack, 2S 4500 20C, à pleine charge, j’aurai 7,4V de tension avec la possibilité de les restituer au moteur, par l’intermédiaire du variateur, sous 4500 X 20 = 90 000 mAh c’est à dire 90 ampères. (cela se fera au détriment de l’autonomie du pack d’accus.)

Ce nombre de « C » est intéressant à connaître, c’est la capacité théorique de notre pack à pouvoir fournir la puissance qui est réclamée par le moteur pour bien fonctionner.

Si notre moteur ne nous réclame pas plus de 60 ampères, le pack d’exemple Li-Po 2S 4500 20C conviendra. Par contre, il ne pourra pas être bien utilisé avec un moteur réclamant 100A. Là, un pack 2S 5000 30C donc capable de fournir 150A sera plus adapté. (Ce type de calcul doit toujours être envisagé avec une marge de sécurité importante car il est purement théorique.)

Le nombre de « C » est parfois sujet à caution. Certains fabricants l’utilisant de manière purement marketing.

Enfin, les « P »

Ils désignent le nombre d’éléments montés en parallèle dans le pack pour en augmenter la capacité. Un pack 4S2P est donc constitué de 2 blocs montés en parallèle, chaque bloc étant composé de 4 éléments montés en série.


L’autonomie d’un pack d’accus Li-Po

S’il est possible de calculer l’autonomie théorique d’un pack d’accus en fonction de son utilisation, il faut que les valeurs qui rentrent dans ce calcul soient des constantes. Hors, dans la propulsion de nos modèles réduits il n’y a quasiment que des variables…

L’autonomie de roulage de notre voiture RC se fera donc de façon empirique à travers divers essais.
(Par temps froid, le rendement d’un pack Li-Po est moindre que par temps chaud.)


Différents types de branchements de packs d’accus

Des packs d’accus de même tension et de même capacité, voire d’un même fabricant, peuvent être reliés entre eux de façon à augmenter la tension, la capacité ou encore, la tension et la capacité.

Le branchement en série est le plus utilisé sur nos modèles radio-commandés.

Câbles et fiches de connexion de puissance

Les moteurs de nos voitures radiocommandées sont de plus en plus souvent des moteurs « Brushless »

Ce type de moteur offre la possibilité de tourner très vite avec des contraintes mécaniques inférieures à un moteur « à balais ». (Brushed)

Revers de la médaille, principalement aux accélérations, ce type de moteur réclame une grande quantité d’énergie donc d’ampères. Le dimensionnement du diamètre des câbles de liaison du pack d’accus vers le contrôleur puis du contrôleur vers le moteur doit être augmenté pour laisser passer toute cette énergie, sous peine de constater une surchauffe du câblage voire la fonte de son gainage.

L’utilisation actuelle de câbles épais, confectionnés avec une très grande quantité de fils de cuivre très fins protégés par une gaine isolante en silicone permet de garder une certaine souplesse dans les manipulations de changement des packs d’accus.

Les différentes fiches de liaison de l’ensemble de ces câbles doivent être largement dimensionnées et offrir des couplages sans aucun jeu. Ces prises sont moulées avec des formes telles qu’elles empêchent les inversions de polarité.
Dans le cas d’un montage personnel, il faut veiller à bien respecter les polarités des fiches par rapport à la forme de la prise qui sert alors de détrompeur lors de son couplage.

La prise d’équilibrage du pack Li-Po

Il s’agit là de la petite prise qui se trouve à côté de la prise de puissance sur votre pack d’accus. (Elle n’existe pas sur un pack Ni-MH)
Il existe plusieurs modèles de prises d’équilibrage suivant les fabricants. (HP, XH, HE, TP …) Il existe donc un certain nombre d’adaptateurs qui permettent de relier votre pack à votre chargeur ou à sa platine d’équilibrage.


Le chargeur

Un chargeur d’accus Li-Po possède obligatoirement des fonctions spécifiques pour la charge de ce type d’accus.

Il peut fonctionner sur le secteur 230V, sur une batterie de voiture ou une alimentation stabilisée en courant continu 12V (parfois 24V) ou être mixte.

La puissance de charge d’un chargeur mixte est généralement plus forte sur son entrée 12V à partir d’une batterie de voiture.

Dans ce mode d’utilisation, il ne faut pas installer le chargeur sous le capot de la voiture, mais disposer d’une batterie propre à cette utilisation, transportable dans un lieu dégagé propice au chargement du pack d’accus.

La charge

Non, non et non ! Un pack d’accus Li-Po de bonne facture n’est pas dangereux. Si, et seulement si, vous avez conscience qu’il peut le devenir …

Le lithium de nos accus n’aime ni l’air ni l’eau. Donc il ne faut pas chercher à démonter un pack sans savoir qu’il risque d’exploser ou de s’enflammer.

Vous devez vous astreindre à lire le mode d’emploi livré avec votre pack Li-Po. Vous constaterez le nombre de mises en garde écrit dans la notice et que vous n’avez jamais trouvé avec un pack d’accus Ni-MH

Il est interdit de charger un pack d’accus LI-Po sans un matériel et une technique adaptés.

Nos packs sont constitués de plusieurs « S » c’est à dire éléments.
La « fenêtre de charge » de chaque élément est comprise entre 3V et 4,20 V.

Un pack 3S bien chargé doit donc avoir une tension à vide de 12,6V …

Mais, imaginons 1 élément à 3,8V + 1 autre à 4 V et qu’à la sortie nous ayons bien 12,6V ! Cela voudrait dire que le 3e élément constitutif du pack serait à 4,8V !

Eh bien non, il ne serait pas à 4,8V.

Au minimum il serait détruit entrainant la destruction du pack ! Ou bien il aurait dégazé ou pris feu … Car un élément Li-Po ne doit pas dépasser le seuil de 4,2V de tension sans risque de créer une instabilité chimique qui le rend dangereux.

Ce seuil de charge de 4,2V par « S » est un impératif à ne pas dépasser !

Il faut donc charger un pack Li-Po en tenant compte de chacun des éléments qui le constitue, c’est la charge avec équilibrage (ou balance) effectuée par un chargeur spécifique qui permettra d’atteindre la tension totale désirée avec une répartition quasi parfaite de la tension entre chaque cellule constituant le pack.

De façon pratique, d’une part le pack est connecté au chargeur par ses gros « fils », rouge + et noir -.

D’autre part, une petite prise, dite d’équilibrage, va se connecter soit directement au chargeur soit par l’intermédiaire d’une petite platine additionnelle.

C’est cette petite prise, qui va permettre à chaque élément constitutif d’un pack de s’équilibrer par rapport aux autres sans dépasser les 4,2V.

Comme déjà évoqué plus avant, cette petite prise peut avoir différentes formes et un câblage interne différent d’un type à un autre. Il convient donc de vérifier la compatibilité de cette prise avec celle de votre chargeur ou de sa platine d’équilibrage.

Il est à noter que si vous rencontrez des prises JST-HE ou JST-XH … Vous pouvez oublier l’abréviation JST qui peut se traduire par « petite prise » et ne porter votre attention que sur HE ou XH qui traduisent par contre deux types de prises différentes.

Les chargeurs Li-Po actuels présentent normalement tous un certain nombre de sécurités et de préréglages mettant l’utilisateur à l’abri du danger.

Là encore, la simple lecture de la notice d’utilisation du chargeur est indispensable …

Si votre chargeur détecte automatiquement le nombre de « S » de votre pack, il n’en va pas de même pour sa capacité. Il faudra donc lui indiquer cette valeur qui est écrite sur votre pack. Suivant les chargeurs, cette valeur est rentrée soit en mA, soit en A.

1000 mA = 1A. Un pack de 4800 mA est donc un pack de 4,8A.

Pratiquer ce type de charge qui est actuellement la plus couramment admise, s’appelle la charge à « 1C »

Qui peut le plus peut le moins. Certains utilisateurs préfèrent charger leur pack avec une capacité moindre que celle mentionnée sur l’étiquette … Pas de problème, mais le pack sera d’autant plus long à charger que cette valeur sera éloignée de celle indiquée.

Vous êtes pressé et vous désirez une charge très rapide … Cela n’est possible que si c’est mentionné sur l’étiquette ou la notice accompagnatrice du pack sous la forme : « Charge xC ».

Dans ce cas, un pack de 2500 mAh « charge 2 C » par exemple pourra être chargé à 2 fois sa capacité nominale c’est à dire comme un 5000 mA en réduisant le temps de charge de moitié. Un pack « Charge 4C » pourra donc être chargé à 4 fois sa capacité nominale divisant de fait la durée de charge par 4. (Attention à posséder un chargeur qui permette de débiter la capacité demandée d’une part et à l’échauffement du pack pendant ce type de charge d’autre part …)

A ce jour, il est admis que la charge « 1C » est celle qui préserve la longévité du pack Li-Po le plus longtemps …
Si aucune précision du fabricant n’est mentionnée en « Charge xC », ne jamais dépasser « 1C ».

Un pack d’accus Li-Po se stocke de préférence à basse température. Cependant, avant de le mettre en charge il est important de le remettre à une température ambiante de 15 à 35°environ.

La charge d’un pack d’accus Li-Po doit toujours être effectuée hors du modèle réduit qu’il propulse, après une période de repos, sur une surface ignifugée éloignée de matériaux inflammables ou à l’intérieur d’une pochette spécialement conçue ignifugée, elle aussi, en vente dans les magasins de modélisme.

La personne qui charge des accus Li-Po ne doit jamais « abandonner » son chargeur. La vigilance est de rigueur.

Un feu de Li-Po peut être soudain, spectaculaire, et destructeur. Il ne s’éteint pas avec de l’eau qui, principalement en début de combustion, peut s’avérer être un accélérateur radical entrainant une explosion.


Entretien et stockage d’un pack Li-Po

Un pack d’accus Li-Po déteste :

  • Les courts-circuits.
  • Le « rangement » en vrac.
  • La chaleur excessive. (Derrière la fenêtre de la cuisine en plein soleil d’été, par exemple.)
  • Les bains …
  • Etre rechargé directement après avoir été utilisé.
  • La surcharge. > 4,2V par « S ».
  • La sous-charge. < 3,0V par « S ».
  • Les chocs directs. (Risque de détérioration de son enveloppe.)
  • Le démontage par une personne non avertie des risques qu’elle encourt …
  • Le perçage …
  • Le mixage inter packs de tensions et / ou de capacités différentes les unes des autres.
  • Un stockage de longue durée, chargé à 100/100%. (Destruction des électrodes.)
  • Un pack Li-PO aime être chouchouté.
  • Être rangé dans une boîte métallique sans être en contact direct avec le métal.
  • Être stocké dans un endroit frais et sec à une tension d’environ 3,80V.

Pendant les longs stockages, il aime être déchargé puis rechargé à cette tension de 3,80V par « S ».  Il doit donc être surveillé de temps en temps… De très nombreux chargeurs disposent d’une fonction « Storage » qui amène chaque élément du pack à cette tension de « Stockage ».

Car, oui, même si sa courbe de décharge à vide est lente, sa tension baisse sans qu’il soit utilisé.

Nota bene : Il existe sur le « Net » une technique, contestable par sa dangerosité, qui permet de « récupérer » un accus Li-Po dont la tension est tombée sous le seuil des 3,0V.  En effet, dans ce cas, votre chargeur ne reconnaitra plus votre pack et son nombre d’éléments en fonction « charge Li-Po »…

Cette technique n’est pas fiable et peut s’avérer très dangereuse. (Le risque d’incendie ou d’explosion devenant alors bien réel.)


Durée de vie d’un pack d’accus Li-Po

J’ai connu, il y a longtemps, une pile dont l’argument marketing du fabricant était « Ne s’use que si l’on s’en sert » … Soyez certain que cet argument ne peut pas être employé pour votre pack d’accus Li-Po. Car lui, s’use même quand vous ne vous en servez pas.

La durée de vie d’un pack d’accus Li-Po se compte en nombres de cycles charges / décharges. Elle se compte aussi en âge. Donner un nombre de cycles de charges / décharges de 200 et / ou une durée de vie de 2 ans, par exemple, peut être considéré comme une estimation très approximative. La qualité de fabrication du pack d’accus, son utilisation et son entretien peuvent réduire ou augmenter cette durée très sensiblement.

Les packs d’accus Li-Po accidentés

Un pack Lo-Po qui vient de subir un choc direct et violent doit être mis à l’écart et surveillé pendant au moins une heure. En effet, une réaction chimique interne des cellules peut se produire de façon différée et entrainer un dégazage voire un embrasement du pack.

Un pack Li-Po délivrant une faible capacité (mAh x C) chargé d’alimenter un très puissant moteur va vite fatiguer. Il va chauffer et risque de gonfler.

Si vous chargez votre pack avec un nombre de « C de charge » supérieur à ses possibilités, il va chauffer et s’user rapidement. Là encore, il y a un risque d’endommagement du pack.

Un pack Li-Po ne se répare pas. Il se jette.

Jetez un pack Li-Po accidenté ou usé

Ne jetez jamais un pack Li-Po sans l’avoir préalablement déchargé et neutralisé. Ce serait un acte irresponsable. (Risque d’incendie)

En employant la fonction décharge de votre chargeur, il faut faire baisser la tension des éléments du pack jusqu’en dessous de 2,5V par élément tout en surveillant que le pack ne chauffe pas pendant cette opération.

Préparez ensuite dans un récipient en plastique un mélange d’eau et de sel en bonne quantité.
Plongez le pack dans cette solution et laissez-le faire trempette pendant au moins 24 heures. (Le pack doit être sous l’eau, il ne doit pas flotter …)
Après ce laps de temps, vérifiez que la tension est bien tombée à 0V. Sinon remettez votre pack dans son bain.

Quand votre pack est totalement déchargé, il ne vous reste plus qu’à le déposer dans un bac de collecte approprié.

Laisser un commentaire