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Les accus au lithium semblent tous identique, et en effet la plupart des appareils utilisent la même technologie. Mais en fait il existe plusieurs types d'accus au lithium.

La technologie du lithium est totalement différente des accus NiMH. En fait, il n'y a pas une technologie, mais plusieurs, comme il y a plusieurs technologies d'accus au nickel: NiCd, NiMH, LSD, NiFe et NiZn. Une caractéristique de tous les accus lithium est l'absence d'un électrolyte à base d'eau (le lithium réagit fortement avec l'eau).

En théorie, le nom exact est lithium-ion, le nom lithium seul étant réservé pour les piles au lithium non rechargeables (ces piles contiennent du lithium sous forme métallique).

Chaque technologie a une tension de fonctionnement un peu différente et a été développée pour une application particulière:

La tension d'un élément fait que ces éléments ne peuvent pas être utilisés à la place de piles classiques. Les accus lithium-ion sont très fragiles quant à leur emploi: ils ne résistent pas à la surcharge et ne peuvent pas être déchargés trop fort. C'est ainsi que les battery packs contiennent généralement un circuit de monitoring. L'utilisation d'un chargeur adapté est obligatoire pour éviter l'explosion des batteries du fait de la forte réactivité du lithium.

Pour les batteries (plusieurs accus en série) ll n'y a pas d'équilibrage automatique qui se fait comme avec un accu à électrolyte liquide (qui produit de l'oxygène et de l'hydrogène qui se recombinent dans certains type d'accus). Quand un accu du pack est chargé, il n'accepte plus de courant. Il faut prévoir un circuit de bypass qui permet aux autres élément de continuer à se charger.

Avant leur première utilisation, les packs doivent être complètement chargés, de préférence pendant 8 heures (cela dépend du type de chargeur). Le but de cette longue charge est que le circuit d'équilibrage puisse équilibrer les éléments.

Une autre caractéristique de ces éléments qui n'ont pas d'électrolyte liquide est le fonctionnement très caractéristique. Une batterie (particulièrement les batteries acide-plomb) et les piles ont une tension qui diminue en charge, pour remonter par après (quand l'électrolyte liquide épuisé est remplacé par mélange avec de l'électrolyte frais). Les éléments au lithium ont un électrolyte qui laisse passer plus ou moins facilement les ions lithium et donc la loi de Peukert est plus ou moins d'application selon la technologie utilisée.

Plus la tension d'un élément est élevé, plus l'élément est réactif et plus il y a des risques d'emballement thermique avec risque d'explosion. Quand l'élément chauffe trop (par exemple une température supérieure à 150°C), de l'oxygène est libéré, qui se lie au lithium de façon explosive. Cette réactivité qui dépend de la tension n'est pas limitée aux batteries lithium: les batteries nickel-fer qui ont la tension la plus faible sont aussi les plus stables.

La durée de vie d'un accu au lithium est limitée: le lithium est un métal extrèmement réactif qui détruit petit à petit l'élément. Le compte à rebours commence dès la fabrication et dépend de plusieurs facteurs. C'est surtout le cas pour les accus LCO, les plus courants et pratiquement pas le cas pour les LTO et LFP qui sont très stables.

Voici les éléments qui réduisent la durée de vie d'un élément lithium:

Il n'est pas interessant d'acheter plusieurs batteries en réserve (les batteries de réserve seront en fin de vie pratiquement au même moment que la batterie qui a été employée), mais une seconde batterie qui est utilisée en roulement est utile pour éviter de tomber à cours d'énergie lors d'un tournage.

Les premiers accus au lithium n'étaient pas très fameux en ce qui concerne la durée de vie, puis cela a été mieux, mais on remarque à nouveau une diminution de la durée de vie des accus. C'est surtout le cas pour les accus de smartphones et autres appareils grands consommateurs. Les accus LCO qui sont les plus courants n'acceptent que 200 à 500 charges et décharges profondes. Or la batterie d'un smartphone est chaque jour complètement vide: pas surprenant qu'elle ne tienne que 6 mois.

Las accus au lithium gardent bien leur charge (au moins plusieurs mois), sauf s'ils restent dans l'appareil. Le faible courant de fuite va lentement vider les accus, qui de plus risquent d'être déchargés trop fortement.

Quand un accu au lithium est usé, on remarque les phénomènes suivants (cela dépend du type d'accu):

Les accus au lithium ont tendance à chauffer en charge (même quand l'accu est relativement neuf): un controle de la température est nécessaire pour éviter l'emballement thermique.

Lithium polymère

Les batteries lithium-polymères sont une évolution des batteries lithium classiques. Ces batteries peuvent fournir un courant moindre et on une durée de vie moindre, mais il est possible de donner pratiquement n'importe quelle forme à l'élément. Les batteries (qui sont souvent utilisées dans des appareils portables (GSM, iPod,...)) peuvent être rechargées 200 fois en cas de décharge-charge profonde.

La différence polymère ou lithium-ion classique est assez floue, puisqu'un élémént dans l'accu est un polymère (donc tous les accus pourraient être appellés polymères). On utilise le type polymère spécifiquement pour les accus qui ne sont pas fabriqués dans un conteneur fixe (piles cylindriques dans un conteneur métal). La batterie est fabriquée sous forme de pochette: il y a moins de pertes (pas de boitier métallique) et on peut donner pratiquement n'importe quelle forme à l'accu, mais les couches ont tendance à se séparer, ce qui est la raison du faible nombre de cycles.

Les accus lithium-ion polymère sont utilisés dans des tablettes et des smartphones et les indications sont minimalistes. L'accu n'est pas remplaçable.

Fabriquer soi-même des packs

Les batteries lithium-fer-phosphate (LFP) ont un BMS (Battery Management System) intégré. Ce circuit permet l'égalisation des éléments de la batterie pendant la charge. L'élémént peut être endommagé quand la tension dépasse 3.65V (technologie LFP), et avec certains types comme LCO, l'élément peut même exploser.

La petite plaquette BMS empèche que la tension de chaque élément dépasse la limite en déviant le courant et en empèchant ainsi la surcharge. Le chargeur doit par contre fournir une tension de charge maximale correcte qui est de 14.40 à 14.60V pour 4 éléments LFP.

Si tu achètes des éléments individuels, il faut donc acheter séparément une plaquette d'égalisation. La plaquette doit être adaptée à la technologie, car la tension maximale d'un élément LFP ne correspond pas à celle d'un élément LCO ou LTO.

Certaines plaquettes protègent également le pack contre une décharge trop importante en coupant la fourniture de courant à l'utilisateur quand la tension tombe sous une limite. Ce sont les plaquettes dont les cables d'alimentation générale passent également par la plaquette. Tous les BMS n'ont pas cette protection, car cela signifie que la plaquette doit être conçue pour le courant maximal qu'un pack doit pouvoir fournir, et ce courant peut dépasser 20A pour un petit pack.

Le circuit d'égalisation doit être adapté au courant de charge maximal, pas à la capacité de l'accu, puisque le circuit équilibre le courant de charge des différents éléments de l'accu. Les circuits de protection (qui coupent le courant quand la tension devient trop bsse) doivent être adaptés au courant maximal à fournir (et ce courant peut être très important).

Comment bien utiliser les accus lithium?

Batteries rechageables
Lithium-ion

Comment reconnaitres les accus au lithium?
Quelles sont les formats et les technologies?
Les faux accus

Kentli:
La technologie lithium
au format AA/AAA
avec une tension de 1.5V

Lithium Iron Phosphate

Les batteries lithium iron phosphate (LFP) en détail.

Un exemple de pack LFP de Tracer est décrit ici.


Accu lithium-ion polymère
(accu typique pour les applications portables)

L'accu sous forme de pochette gonfle en cas de surcharge ou de décharge trop rapide.

Tension des accus
LCO/LMO/...
Tension en charge4.2V
Tension nominale3.6 - 3.7V
Tension minimale3.0V
LiFePO
Tension en charge3.7V
Tension nominale3.2V
Tension minimale2.5V


Lithium-ion polymère sous forme de pochette
Les indications sont minimalistes


Au bout de deux ans d'un usage léger (batterie de réserve), cet accu n'est plus fiable: sa capacité est d'environ 35% de la capacité d'origine et l'appareil photo s'arrête brusquement de fonctionner parce que l'accu ne peut pas fournir assez de courant.

Ces accus sont de type LCO pour avoir une capacité élevée, mais avec comme inconvénient une durée de vie limitée.


BSM Battery Management System

Courbe de décharge ci-dessous

Le graphique ci dessous nous montre la courbe de décharge d'accus lithium de type LCO après 200 décharges.

On remarque une chute de tension relativement constante. La tension médiane (midpoint voltage) est de 3.7V.

Le courant de décharge est fixé à 100mA et est interrompu pendant 10 heures. La tension remonte nettement et il est donc probable que la capacité soit plus élevée avec un courant de décharge encore plus faible (loi de Peukert). Cet effet n'est pas présent avec un accu neuf.

La capacité mesurée (batterie de 4 éléments testés individuellement est d'environ 1200mAh, donc moins de la moitié de la capacité nominale de l'accu. L'accu est considéré comme étant usé.

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