27 Juillet 2022
Passer au Lithium : 2/7 Les avantages des batteries au lithium
Passer au Lithium : 3/7 Mythe et inconvénient réels des batteries au Lithium
Passer au Lithium : 4/7 Le rôle du BMS
Passer au Lithium : 5/7 Adaptation du système de bord
Passer au Lithium : 6/7 Un BMS extra-ordinaire, TAO BMS
Passer au Lithium : 7/7 Assembler soi-même sa batterie au Lithium
Une batterie au lithium se compose de cellules assemblées entre elles pour former des ensembles de capacité et tensions voulues. Il existe plusieurs types de cellules au Lithium, aux caractéristiques bien différentes.
Les batteries diffèrent d’abord selon la chimie et les minerais qui entrent dans leur composition :
LCO : Lithium Cobalt Oxide
Lithium-NCA : Nickel Cobalt Aluminium
Lithium-NMC : Nickel Manganèse Cobalt
LiFePO4 ou LFP : Lithium Fer Phosphate
LTO : Lithium Titanate Oxyde
NDLR : L'extraction des tous ces minérais, des terres rares, est décriée, tant sur le plan des conditions de travail des mineurs que des dégâts sur l'environnement.
Ces modules sont assemblés pour créer des batteries aux tensions et capacités voulues.
Le terme "Lithium ion" n'a donc pas de signification précise et englobe souvent les batteries LCO, NCA ou NMC en opposition au LiFePO4.
Les cellules Lithium diffèrent ensuite selon leur présentation physique.
On en distingue trois types :
Les celules cylindriques : ces cellules se présentent comme des piles du commerce. Elles sont assemblées par dizaines, voire par centaines, pour former des modules regroupés dans une batterie.
Les cellules prismatiques à coques dures : Ces cellules profitent de fortes capacités et peuvent alors être assemblées directement, pour former des batteries.
Pour réaliser une batterie de servitude, il n'est pas nécessaire de les grouper pour en faire des modules, modules assemblés en batteries.
C’est un gros avantage sous l’angle de la surveillance électronique. Chaque cellule est surveillée par le BMS de la batterie. Chaque module est surveillé par le BMS de la batterie et moins le module compte de cellules, plus sa surveillance est efficace.
Une batterie Torqeedo, de BMW I3, lithium NMC (lithium ion), on voit bien les cellules prismatiques à coques dures, grises, assemblées en modules, en noir.
Les cellules prismatiques poche : Comme leur nom l’indique, ces cellules se présentent sous la fome d’un pochon capable de se dilater facilement. Elles offrent de faibles capacités. On les rencontre par exemple dans le modélisme.
La chimie interne des batteries au lithium produit des cellules d'une tension au repos de 3.2 V.
La capacité des cellules dépend de la technologie à laquelle elle appartient.
Ainsi, les batteries cylindriques ou prismatiques poches présentent des capacités réduites. Pour attendre les dizaines de kWh nécessaires pour la propulsion d'un bateau équipé d'un moteur électrique, il faut alors les grouper par milliers... Imaginez le câblage des sondes de température ou de tension de milliers de cellules !
Les cellules Lithium Fer Phosphate (LiFePO4) prismatiques dures sont fabriquées dans de fortes capacités.
Une cellule Winston LiFePO4 de 200 Ah pèse une trentaine de kilos (le double de la même capacité en prismatique poche) pour une seule cellule.
Pour en faire une batterie 12 V, il suffira d'en câbler 4 en série.
Tout comme avec des batteries au plomb, la capacité et les caractéristiques utiles pour l'utilisateur sont fonction du maillon le plus faible d'une batterie ou d'un ensemble de batteries.
Avec quatre cellules au lieu de dizaines, on limite les risques inhérents aux connexions ou a la défaillance inaperçue d'une cellule. Les 4 de notre exemple restent faciles à examiner et tester.
Les cellules prismatiques dures permettent de réaliser des parcs de servitude de capacité moyenne. Elles souffrent cependant de leur encombrement et de leur poids, 30% supérieurs.
Une batterie 12 V de 800 Ah LiFePO4 assemblée à partir de 4 cellules de 200 Ah (Image Philippe Jeanmaire Taoperf.com)
En passant au lithium, les systèmes de servitudes au plomb de 300 à 500 Ah se contentent de 200 à 300 Ah. Une capacité disponible dans une batterie "plug and play" à BMS intégré.
Les Batteries Lio-Tron sont des batteries à cellules cylindriques LiFePO4 qui ne souffreent pas du risaue d'incendie.
Une seule battetrie de 200 Ah remplace les deux batteries de servituyde traditionelles d'un voiler.
Gauche : LioTron 200Ah en 12 V LiFePO4 cylindrique 27 kg Droite : Victron 200 Ah 12 V LifePO4 Prismatique 21 kg
A suivre : Passer au Lithium : 2/7 Les avantages des batteries au lithium