Les accus lithium-fer-phosphate ont une tension de 3.2V par élément. Avec 4 éléments, on obtient la tension d'une batterie au plomb. Ces accus au lithium remplacent avantageusement les accus à l'acide-plomb dans les applications où une décharge poussée est nécessaire. La durée de vie de tels accus est très longue, estimée à 15 ans.

Les accus au lithium-fer-phosphate ont une tension différente des autres types d'accus (3.2V par élément). La technologie lithium-fer-phosphate est décrite plus en détail ici.

A première vue cette tension de 3.2V semble un inconvénient, sauf que 4 éléments en série produisent une tension de 12.8V, qui correspond fort à la tension d'une batterie au plomb. De plus, la recharge se fait selon le même processus: courant constant et puis tension constante (ici également de 14.4V). Il est donc tout naturel de tenter d'utiliser ces accus à la place de batteries acide-plomb avec 4 éléments au lieu de 6 et il ne faut pas remplacer l'alternateur. La batterie contient un circuit d'égalisation intégré, nécessaire pour tous les accus au lithium.

On trouve de plus en plus d'accus au lithium en remplacement des batteries acide-plomb: poids 3× moindre, permet un cyclage plus important (aussi bien une décharge plus poussée qu'un nombre de cycles plus grand), durée de vie plus longue, meilleur rendement (pas d'effet de peukert). Ces batteries sont idéales dans les applications "start-stop"

Une batterie de 10Ah (destinée à une moto) peut faire démarrer une voiture. Par contre la capacité de la batterie est trop faible pour une utilisation normale, laisser les phares de la voiture allumés pendant 1 heure vide totalement la batterie. L'électronique embarquée (récepteur de télécommande, éclairage d'accompagnement,...) épuise la batterie en quelques semaines.

On retrouve de plus en plus ces batteries dans les applications marines où la fiabilité est primordiale. Ces batteries sont souvent sujettes à un cyclage important (fourniture d'électricité quand le groupe électrogène ne tourne pas).

Le circuit de protection limite ainsi la tension minimale de décharge, mais agit également comme limiteur de courant (une sorte de fusible électronique). Ce n'était pas voulu à l'origine, mais les circuits électroniques utilisés pour couper la décharge en cas de tension trop basse (il s'agit de transistors MOSFET très haute puissance) agissent également pour limiter le courant maximal.

Le fait que le courant soit limité à 10A continu fait que l'accu ne peut pas être utilisé dans une alimentation de secours à onduleur (qui tire 20A et vide un accu au plomb-acide en 10 minutes), mais bien dans une alarme. Pour une alimentation à onduleur, il faudra choisir un accu pour moto qui n'est pas limité en courant (l'alimentation à découpage déclenche de toute façon quand l'accu est pratiquement vide). Il existe par contre des batteries qui peuvent fournir un courant plus important, tout en étant pas prévues pour faire démarrer un véhicule.

Un accu typique qui peut remplacer les accus plomb-acide gélifié est le pack Tracer disponible en diverses capacités. J'ai testé le pack 12V 7Ah le plus vendu.

A droite une comparaison d'un accu lithium-fer-phosphate avec les différents types d'accus au plomb: FLA (flooded, avec électrolyte liquide), AGM (absorbed glass mat), GEL (électrolyte gélifié). Toutes ces batteries sont certifiées "deep cycle" (décharge profonde). On voit le nombre de cycles possibles avec des batteries plomb-acide de type deep cycle (batterie de traction). Le nombre de cycles avec une batterie de démarrage (à électrolyte liquide) est plus faible, environ 200 cycles à 50%. Les batteries de démarrage ont des électrodes plus nombreuses (plus grande surface), mais plus fines, qui se détériorent plus vite.

On remarque également que la capacité de l'accu au plomb diminue fortement selon le courant demandé (effet peukert). La capacité disponible diminue quand l'électrolyte est plus fixé (gélifié), puisqu'il permet une moins bonne circulation des ions.

Autres différences avec les batteries au plomb

Les caractéristiques d'un accu 12.8V 10Ah (de la même taille que les accus au plomb bien connus de 12V 7Ah) se trouvent à droite.

Dans certaines installations, les accus ne sont pas chargés à plus de 90%: cela permet d'encore augmenter la durée de vie des accus. Une charge à 14.4V (la tension d'un laternateur) produit une charge à 90%. Cela n'a pas d'inconvénients en pratique, car on n'utilise jamais toute la capacité d'une batterie au plomb.

Image à droite: un ancien chargeur pour batteries NiCd Unomat NCL404 Ultra-Super-Quick Charger, transformé en chargeur pour batteries lithium-fer-phosphate. C'est plus tellement Quick à cause de la capacité qui a décuplé.

Quels chargeurs utiliser pour votre accu lithium-fer-phosphate 12V?

Il faut éviter les chargeurs intelligents qui ne "comprennent" pas les accus LFP. Ce sont les chargeurs avec une fonction "boost", "equalise", "float" automatique. Ces chargeurs pourraient stopper la charge à cause d'une soi-disant panne de l'accu détectée par le chargeur.

Les systèmes transfo et redresseur sont un peu trop basiques. La tension n'est pas stabilisée et dépend de la tension du secteur et de la charge. A vide, la tension peut monter trop fort. Ce n'est pas une bonne chose non plus pour les accus acide-plomb, car ils se mettent à dégazer à partir de 14.5V.

L'idéal est une alimentation à commutation qui fournit 14V. A une telle tension, l'accu est déjà chargé à plus de 95% en la durée de vie des accus est encore plus longue si on ne charge pas plus fort.

Pour limiter le courant quand l'accu est totalement déchargé, j'ai ajouté une résistance de 0.1Ω 5W. C'est en fait surtout pour protéger le chargeur, car l'accu est une charge à très basse impédance et certains chargeurs ne tiennent pas le coup. L'idéal est un courant de charge de 0.3C qui est optimal pour ne pas faire chauffer l'accu.

Contrairement à un accu plomb-acide, la tension est très stable, de 13.2 à 13.8V pendant toute la durée de la charge. Il n'est donc pas non plus possible de connaitre l'état de charge de l'accu en mesurant sa tension en charge.

Pour protéger les éléments de l'accu, la charge est interrompue par le BMS (battery management system) quand la tension mente au dessus de 14.6V.

Peut-on combiner des accus de technologie différente?

Mais il y a aussi des trucs bizarres qui se produisent pendant la charge et la décharge. Nous avons 3 accus vides et nous les branchons sur notre chargeur. La tension d'un accu NiMH vide est d'environ 10V: la charge commence avec cet accu. Quand la tension augmente, l'accu plomb acide commence également à se charger (avec une tension de 10.8V environ). L'accu lithium ne commence à se charger que quand la tension dépasse les 12V et la charge est très faible au début. A un moment donné, l'accu lithium tire pratiquement tout le courant de charge, car les autres accus sont déjà chargés.

Le phénomène inverse se produit à la décharge, c'est d'abord l'accu lithium qui se vide, et puis les autres accus. La tension en décharge de l'accu lithium reste au dessus de 13V pendant une grande partie de la décharge, et à ce moment les autres accus ne débitent pas.

Dans un cycle avec une décharge moyenne de 50% c'est l'accu lithium qui fournira 80% de l'énergie. Ce n'est pas un problème en soi, car ces accus sont conçus pour plus de 1000 cycles, alors qu'une batterie plomb-acide n'aime pas les cycles de décharge.

Un problème survient quand un courant important doit être fourni. Ici aussi, ce sera prsque uniquement l'accu lithium qui fournira tout le courant, car la tension des autres accus chute en décharge. La combinaison de trois accu ne peut pas fournir un courant qui serait la somme des trois courants, mais uniquement du courant de l'accu lithium.

Un interface permet de combiner des accus de technologie et d'état de charge différents. Ces accus fournissent simultanément du courant à l'utilisateur et sont rechargés ensemble.

Batteries LiFePO4 12V

Pour vous démontrer qu'il n'est pas recommandé d'utiliser des accus de types différents, voici la tension en décharge de différents accus de 12V, 7Ah. La durée de la décharge de l'accu NiCd est plus longue car sa capacité est plus importante. Sa tension plus basse fait que le courant de décharge est un peu plus faible.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
13.27	13.23	13.16	13.13	13.12	13.12	13.11	13.06	12.98	12.89	12.76	12.60	11.10				Accu LiFePO4 5 ans d'age (4 éléménts)
13.22	12.69	12.45	12.26	12.13	12.07	12.07	11.98	11.93	11.87	11.79	11.72	11.60	11.49	11.36	10.80	Accu NiCd neuf 10 éléments
12.56	12.44	12.31	12.22	12.12	12.03	11.93	11.81	11.70	11.56	11.42	11.19	10.84				Accu PbSO4 3 ans 6 éléments

La tension en décharge de l'accu lithium-fer-phosphate est très constante et se situe à environ 13.1V pendant la plus grande partie de la décharge. Le courant de décharge est d'environ .056A, soit 0.08C. Au bout de 5 ans, la capacité restante est de 6.5Ah, soit une perte de capacité de 8%.

La tension en décharge de l'accu NiCd est un peu plus basse, mais assez constante pendant toute la durée de la décharge. La capacité de l'accu est plus élevée que la capacité nominale, elle est de 8.49Ah (courant de décharge 0.07C)

L'accu plomb-acide a la tension en décharge la plus basse, et cette tension chute constamment pendant la décharge. La capacité de l'accu (au bout de 2 ans) est de 6.4Ah pour un courant de décharge de .09C

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