Quelle batterie au lithium acheter ?

Quelle batterie au lithium acheter ?

Une recherche rapide sur Internet pour une batterie au lithium 12 volts 200 Ah (LiFePo4) renvoie des prix allant de 406.00 USD à 4,185.00 USD… le tout avec apparemment les mêmes avantages et des caractéristiques similaires !

Quelles sont les différences entre toutes ces batteries et comment choisir la batterie la mieux adaptée à votre application ?

Cet article vous donne un aperçu afin que vous puissiez faire votre choix avec une meilleure compréhension de ses conséquences possibles.

 

Commençons par les mauvaises nouvelles…

 

La grande majorité des revendeurs essaient de vous faire croire que leurs batteries au lithium sont un remplacement « plug & play » des batteries au plomb. Leurs sites Web présentent leur produit comme « prêt à remplacer votre lourde batterie au plomb », « cela en fait une excellente alternative aux batteries au plomb », ou même « … est un remplacement direct des batteries au plomb ». De plus, ils présentent des caractéristiques de charge compatibles avec l’équipement dont vous disposez déjà pour vos batteries au plomb.

 

La vérité est que si vous chargez régulièrement votre batterie au lithium à 14.4 volts et la gardez chargée la plupart du temps, comme c’est une bonne pratique pour le plomb, votre nouvelle batterie mourra très rapidement.

 

Mais la bonne nouvelle est que vous pouvez faire quelque chose sans dépenser trop d’argent :

 

Vous n’êtes pas obligé de remplacer tous les équipements de votre installation électrique. Avec un peu de planification, vous pouvez avoir une installation qui durera très longtemps. Il vous suffit de revoir les caractéristiques et les paramètres de votre équipement de charge et de décider comment vous le gérez afin que les conditions soient optimales pour votre nouvelle batterie au lithium. Un BMS approprié (Battery Management System), quelques relais et les bons conseils peuvent vous permettre d’aller rapidement dans la bonne direction.

 

Maintenant que vous êtes prêt à acheter une batterie au lithium, comment savoir quoi acheter ?

 

Des batteries « drop-in » aux packs de cellules, il y a tellement de choix avec une vaste gamme de prix. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des principales différences et de leurs implications.

Le composant de base de chaque batterie au lithium est la cellule avec une tension nominale de 3.2 volts. Les cellules sont assemblées en parallèle puis en série pour constituer une batterie de la tension et de la capacité souhaitées. Un BMS est ajouté pour protéger et, espérons-le, gérer l’ensemble de l’installation.

 

Les trois aspects clés à prendre en compte lors de l’achat d’une batterie au lithium sont :

  1. Le type de cellules utilisées dans la batterie
  2. Comment la batterie est assemblée
  3. Comment le EMS « Gère » la batterie et l’ensemble de l’installation

 

1. Les différents types de batteries au lithium

 

Il existe trois technologies majeures utilisées pour fabriquer les cellules LiFePo4 :

 

Avantages Inconvénients
Cylindrique Faible coût de fabrication
bonne stabilité mécanique
Faible capacité par cellule
Coque prismatique / dure Grande capacité par cellule
peut fonctionner sous une charge élevée
Plus cher à fabriquer
un peu de gonflement
Prismatique / poche Coût inférieur à celui de la coque dure Sac flexible avec gonflement important fonctionne mieux sous une charge légère la durée de vie est plus courte à des températures plus élevées faible capacité par cellule

 

2. Comment les batteries sont assemblées

 

Deux approches différentes :

  • “Drop-in” : cellules et BMS dans un seul conteneur
  • “Pack de cellules” : les cellules sont assemblées entre des plaques de compression avec un BMS

L’une n’est pas meilleure que l’autre. Vous avez juste besoin de savoir ce que vous payez, et surtout les caractéristiques réelles par rapport à votre besoin et vos attentes. Le problème est que de nombreux revendeurs en ligne donnent des caractéristiques fausses, incomplètes ou incohérentes montrant qu’ils n’ont pas de connaissance technique de leurs produits.

 

« Drop-in »
« Pack de cellules »
Avantages
  • Tout inclus dans une boîte
  • Facilité de connexion

 

  • Taille et capacité flexibles
  • Plus facile à construire un pack de grande capacité
  • Choisir le BMS qui correspond à votre installation et à vos besoins

 

Inconvénients

 

  • On ne sait pas ce qu’il y a à l’intérieur
  • La plupart des BMS ne protègent que contre les catastrophes majeures
  • Rare de pouvoir contrôler des équipements externes

 

  • Doit ajouter un BMS externe

 

 

 

Qu’est-ce que cela signifie – Notre point de vue :

 

Les connexions sont le maillon le plus faible d’une installation électrique

Nous sommes donc prudent avec une batterie composée de centaines de cellules de petite capacité connectées entre elles. Certaines sont très bonnes et le constructeur n’hésite pas à vous montrer comment c’est fait à l’intérieur (c’est ainsi que sont fabriquées les batteries Tesla). Mais pour celles à bas prix, il est impossible de trouver des informations sur la façon dont elles sont assemblées.

 

Règle d’or n ° 1 :

 

N’achetez pas une batterie composée de centaines de cellules de petite capacité (cylindriques ou poches) à moins que le fabricant ne soit sérieux et ouvert sur la façon dont elles sont construites

 

Les « cellules prismatiques / poche » ne sont pas bien adaptées aux installations à haute capacité / charge élevée

Ils gonfleront rapidement s’ils sont soumis à un stress. Un moyen simple de savoir si une batterie est composée de centaines de pochettes : regardez le poids de la batterie et le courant de charge recommandé. Par exemple :

  • Une batterie de 200 Ah – 12 volts fabriquée avec une cellule réputée « prismatique/coque dure » pèse environ 32 kg avec une recommandé courant de charge de 100 A pour atteindre les performances annoncées (mais peut aller beaucoup plus haut)
  • La « même » batterie de 200 Ah – 12 volts faite avec des cellules de poche pèse environ 16 kg avec une maximales courant de charge de 30 à 50 A.

Ils ne peuvent pas être le même produit et ne fourniront certainement pas le même service !

 

Règle d’or n ° 2 :

 

N’achetez pas de cellules poche pour des applications à haute capacité / charge (ATTENTION : elles ne sont jamais annoncées comme des poches, alors regardez le poids et le courant de charge recommandé…)

 

Le processus de fabrication des batteries au lithium n’est pas bien contrôlé à 100%

Bien que toutes les cellules se ressemblent, elles ne sortent pas de la ligne de production avec les mêmes caractéristiques (comme la capacité et la résistance interne). Les écarts peuvent être importants et il est essentiel que toutes les cellules d’une batterie aient exactement les mêmes caractéristiques. Vous pouvez voir le défi quand il y a des centaines de cellules dans une batterie… Les meilleurs fabricants consacrent beaucoup d’efforts à tester et à trier les cellules pour ne garder que les meilleures et s’assurer qu’elles sont toutes compatibles dans une batterie. D’autres ne passent pas par ce processus coûteux et pourraient même utiliser des cellules de deuxième qualité… tout en conservant les mêmes caractéristiques que les bonnes.

 

Règle d’or n ° 3 :

 

Si le prix est trop beau pour être vrai… C’est parce que vous n’achetez pas le même produit.

Vous risquez d’être très déçu dans quelques années lorsqu’une ou plusieurs cellules s’engageront dans une spirale de la mort qui réduira d’abord la capacité effective de la batterie, puis tuera les bonnes cellules qui doivent supporter toute la charge.

Tous les BMS ne sont pas nés égaux

Tous les BMS sont décrites comme « hautes performances », « avancées », « intelligentes » ou même « complètes ». Mais très peu fournissent des spécifications détaillées. Les principales fonctions d’un BMS sont de protéger et d’optimiser la disponibilité de l’énergie / la durée de vie de la batterie.

 

Règle d’or n ° 4 :

 

Si vous ne trouvez pas de caractéristiques détaillées du BMS… ne l’achetez pas ou les batteries “drop-in” qui utilisent ce BMS

 

Jetons un coup d’œil aux fonctions clés d’un BMS et ce qu’il faut rechercher dans leurs spécifications :

 

Protéger les cellules contre une tension trop basse et trop élevée

 

Il y a trois plages de tension à prendre en compte lors de l’utilisation de cellules LiFePo4. Bien qu’il existe quelques variations mineures entre les fabricants, voici ces gammes à titre indicatif :

Tension basse par cellule Tension haute par cellule Description de la gamme
2.00 V 4.20 V Extrême (en dehors de cette plage, la cellule peut ne pas survivre)
2.50 V 3.65 V Recommandé par le fabricant
2.85 V 3.45 V Optimal pour une longue durée de vie de la batterie (en dehors de cette plage, les cellules vieillissent plus rapidement)

 

Une recherche rapide sur Internet montre que de nombreux BMS ont une tension de coupure fixe :

Entre 2.00 V et 2.50 V sur le côté bas

3.75 V ou plus pour le côté haut

Cette plage de tension gardera votre batterie « en sécurité » afin qu’elle ne meure pas instantanément. Mais cela ne l’empêchera pas de vieillir rapidement. Ces plages recommandées sont assez similaires à la plage acceptable pour les batteries au plomb (plutôt pratique pour présenter les batteries au lithium comme un remplacement direct des batteries au plomb…). Il en va de même pour les plages de température…

Avoir cette large plage de tension pour le BMS c’est aussi un bon moyen d’éviter des coupures trop fréquentes si les cellules sont de mauvaise qualité avec de grands écarts de résistance interne et / ou de capacité.

 

Règle d’or n ° 5 :

 

N’achetez pas de BMS avec une large plage de tension / température de coupure et si elle ne peut pas être réglée… car il peut cacher une batterie / des cellules de mauvaise qualité

 

Caractéristique importante à rechercher dans un BMS : avertir à l’avance avant qu’il ne coupe l’alimentation de votre installation et ne vous laisse dans le noir (cela peut être difficile sur un bateau sans pilote automatique, sans feux de navigation, sans vhf, sans cartes… et si cela se produit la nuit dans mauvais temps et près du rivage)

Pour la protection contre les courts-circuits, indépendamment de ce que prétend le fabricant de la batterie, vous devez monter un fusible rapide à moins de 30 cm de la batterie. Il coupera le courant plus rapidement qu’un fusible thermoréglable (PTC) ou un système électronique. Vérifiez votre réglementation électrique locale et validez avec votre assurance.

 

Équilibrer les cellules :

 

Maintenir l’équilibre des cellules lorsqu’elles sont pleines est essentiel pour une longue durée de vie de la batterie et une capacité utilisable maximale. Si une cellule a une tension plus élevée en fin de charge, elle vieillira plus vite que les autres cellules, réduisant sa capacité avec le temps et donc augmentant le déséquilibre… en entrant lentement dans une spirale de la mort. Dans un article précédent, j’ai discuté des différentes approches pour équilibrer les cellules d’une batterie au lithium. L’équilibrage actif est ce dont chaque batterie au lithium a besoin.

 

Les trois pièges de la plupart des systèmes d’équilibrage sont

  • L’équilibrage n’a lieu que lorsque la tension d’une cellule est supérieure à 3.50 – 3.55 V. Dans un système bien géré, cela ne devrait jamais se produire à moins que le déséquilibre ne soit très important (votre batterie est probablement déjà à bout de souffle). Dans tous les cas, le chargeur doit arrêter de charger avant ou peu de temps après cela, sans laisser le temps au système de s’équilibrer.
    Rechercher un BMS qui est capable d’équilibrer dès que la tension de la cellule est supérieure à 3.4 V et qu’une certaine différence de tension entre les cellules est détectée.

 

  • Le courant d’équilibrage est trop faible pour avoir un effet. j’en ai vu beaucoup de BMS avec des courants d’équilibrage de 35mA. Pour une batterie de 600 Ah avec un déséquilibre de 1%, il faudrait plus de 170 heures d’équilibrage continu pour se remettre en équilibre… mais cela n’arrivera jamais (voir point 1).
    Rechercher un BMS qui est capable d’équilibrer avec un courant d’au moins 1A (2A est mieux).

 

  • L’équilibrage est déclenché en fonction de la différence de tension mesurée entre les cellules. Mais il existe des variations dans la résistance interne des cellules et avec un courant élevé, cette mesure est inutile pour évaluer l’état de charge. Par conséquent, le BMS active l’équilibrage sur des informations erronées et peut en fait déséquilibrer les cellules. Vérifiez que votre BMS déclenche l’équilibrage basé sur la tension de cellule ouverte (tension mesurée compensée pour la résistance interne) – sinon, il peut être préférable de désactiver la fonction d’équilibrage.

 

Optimiser la durée de vie de la batterie :

 

C’est le domaine clé où un BMS fera une différence dans la durée de vie de votre batterie en la maintenant dans la plage de tension optimale. Dans la plupart des cas, il active des relais pour permettre la charge et/ou la décharge en fonction de la tension, de la température ou de l’état de charge de la cellule. Il vous avertit également de toute dérive des paramètres clés de la batterie, vous donnant la possibilité de résoudre la cause du problème avant que la batterie ne souffre.

 

Quelques exemples :

  • Arrêter la charge une fois la batterie pleine (tension à la limite supérieure de la plage optimale)
  • Arrêter (ou réduire) la charge si la température est trop basse
  • Déconnecter les charges non critiques lorsque la tension est trop basse
  • Vous avertir en cas de déséquilibre des cellules

 

La fonction « Optimiser » d’un BMS est ce qui vous donne la tranquillité d’esprit et vous permet de profiter de l’énergie en sachant que votre batterie est bien entretenue.

 

Une dernière réflexion TRÈS IMPORTANTE sur le BMS… Comment savez-vous si le BMS protégera et gérera votre batterie en cas de besoin ? Avec presque tous les BMS sur le marché, vous ne le savez pas. Vous espérez juste qu’il fera son travail le moment venu !

 

La seule façon dont vous pouvez être sûr est de placer le BMS dans des conditions réelles et voyez comment il se comporte. Il n’y a que le TAO EMS (Energy Management System) sur le marché qui propose une fonction de simulation…

 

Batterie au lithium pour le stockage d’énergie hors réseau :

 

Faible capacité (200 Ah ou moins) et installation simple (une source de charge conçue pour le lithium) :

Nous conseilons une seule batterie « drop-in » de bonne qualité avec un EMS. L’ EMS doit avoir des niveaux d’avertissement et de protection réglables, et être capable de commander des équipements externes (très peu de batteries de secours ont ces caractéristiques).

 

Pour une batterie de 12 volts et 200 Ah, cela coûtera entre 2.000, 3.000 USD selon les caractéristiques et la qualité. Elle a une capacité utile supérieure à celle d’une batterie AGM de 400 Ah et devrait durer au minimum deux fois plus longtemps… ce qui rend l’option batterie lithium « drop-in » moins chère sur une période de dix ans.

 

Haute capacité (au-dessus de 300 Ah) et installation plus complexe (sources de charge multiples):

S’orienter vers un « pack de cellules » de bonne qualité composé de cellules « prismatiques / coque dure » assemblées entre des plaques de compression, avec un EMS et deux relais robustes.

 

Pour une batterie de 12 volts et 400 Ah, cela devrait vous coûter entre 3.000 et 3.500 USD (2.000 USD pour les cellules plus environ 1.500 USD pour les deux relais et le TAO EMS avec shunt de courant et moniteur). La capacité utilisable est supérieure à celle d’une batterie AGM de 800 Ah et durera au moins deux fois plus longtemps.

 

Bien sûr, cela coûte cher par rapport aux options à faible coût que l’on peut trouver sur Internet, mais nous croiyons fermement qu’à long terme, les options présentées ici seront moins chères et vous donneront la tranquillité d’esprit en sachant que vous pouvez en dépendre pour un long moment.

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