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samedi 27 mai 2017

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Technologie

Les batteries LiPo

Thierry Jorissens

Bizarrement, beaucoup de modélistes, parmi les plus expérimentés ou ceux qui pratiquent depuis 20 ou 30 ans (les "moustachus"), n’utilisent pas de batteries LiPo et se contentent de batteries NiMh (quand ce n’est pas des NiCd pourtant interdites !) ou des batteries au plomb. La cause est probablement liée à l’habitude des années, mais bien plus souvent à la crainte de la dangerosité des LiPo, tant ils ont lu ou entendu de critiques négatives au sujet de ces accus !

Pourtant, les plus jeunes, eux, ne jurent que par les LiPo.
Que ce soit pour les voitures, les avions, les hélicos ou les bateaux offshore, ils utilisent exclusivement des LiPo ! Bien sûr, dans ces disciplines, à l’inverse du navimodélisme autre que offshore, le poids est souvent une contrainte et utiliser une batterie au plomb est impensable.
Pourtant, le poids n’est pas la raison première qui oriente leur choix !
Les LiPo sont pétries de qualités qui manquent aux autres technologies. Le seul frein à leur utilisation est surtout psychologique :
On a peur principalement parce qu’ on a lu qu’elles pouvaient exploser  !!!

Je vous propose de démêler le vrai du faux au sujet des LiPo...

Petit quizz : vrai ou faux ?

Les batteries LiPo sont dangereuses : elles gonflent et peuvent exploser

Vrai... si on les utilise mal... mais alors, vraiment très mal. Comme votre chauffage au gaz ou votre gazinière, qui sont incommensurablement plus dangereux ! Le chalumeau que vous utilisez avec une bouteille d’oxygène peut aussi exploser. Votre bombe de déodorant aussi, si vous l’oubliez dans votre voiture au soleil...
Si on l’utilise correctement (voir plus loin), les risques d’explosion d’une batterie LiPo sont aussi faibles qu’avec une batterie au plomb qui elle aussi, peut exploser si vous fumez en sa présence quand elle est en charge si elle fuit : les vapeurs d’acide étant hautement explosives ! En réalité, absolument tout ce qu’on manipule tous les jours est dangereux si on le manipule mal : la première cause de décès, ce sont les accidents domestiques...
S’il y a eu quelques cas isolés de par le monde de LiPo défectueuses il a 8 ou 9 ans, cette époque est définitivement révolue. La technologie des LiPo est fiabilisée depuis longtemps.

Tous ces objets peuvent s’avérer plus dangereux qu’une LiPo, pourtant tout le monde les utilise régulièrement sans appréhension particulière... - 71.5 ko
Tous ces objets peuvent s’avérer plus dangereux qu’une LiPo, pourtant tout le monde les utilise régulièrement sans appréhension particulière...

Les batteries LiPo sont très chères.

Faux... Elles sont actuellement nettement meilleur marché que n’importe quelle autre technologie, à puissance égale. Par contre, il est vrai qu’à leurs débuts, dans les années 90, elles étaient véritablement hors de prix.
C’est le très large éventail de choix des LiPo qui sème le doute : selon ses caractéristiques, une LiPo peut coûter du simple au centuple...
Il faut savoir ce dont on a besoin, et choisir la LiPo adéquate. Les plus chères sont réservées à des usages très spécifiques. Il se vend plus de Dacia que de Ferrari...

A gauche, une LiPo 3S (11,1V) de 2200mAh à moins de 9 euros, à droite une 6S (22,2V) de 2660mAh à moins de 20 euros ! - 47.8 ko
A gauche, une LiPo 3S (11,1V) de 2200mAh à moins de 9 euros, à droite une 6S (22,2V) de 2660mAh à moins de 20 euros !

Les batteries LiPo exigent un chargeur spécial hors de prix

Vrai et faux... Il faut effectivement impérativement utiliser un chargeur spécial. Mais il existe maintenant des chargeurs LiPo abordables (à partir de 30 euros). Le chargeur doit être prévu pour les LiPo, qui ne se chargent pas du tout comme une NiMh ou une Pb. Un chargeur NiCd/NiMh ou Pb est à proscrire absolument. Bonne nouvelle : un bon chargeur adapté aux LiPo peut aussi charger des NiMh et des Pb.
C’est un investissement indispensable, rentabilisé par sa polyvalence.

Deux chargeurs LiPo - 53.5 ko
Deux chargeurs LiPo
A gauche, probablement un des meilleurs chargeurs, très performant avec tous les types de batteries, et particulièrement les LiPo : le Graupner Ultra Duo+ 60 (plus de 300 euros...) mais à droite, un excellent chargeur bien moins cher : IMax B6, à peine 30 euros...

Les batteries LiPo sont détruites si on les décharge complètement

Vrai... Il faut à tout prix éviter de décharger une LiPo sous un certain seuil. Bonne nouvelle : les contrôleurs de moteurs Brushless sont tous équipés d’un dispositif évitant la décharge trop profonde d’une LiPo.
Les variateurs classiques n’en étant pas équipés, il est très fortement conseillé dans ce cas de raccorder la batterie LiPo à un "bipeur" (à 3 euros...) qui prévient de l’imminence de la sur-décharge.

Connecter ce bipeur à la prise d’équilibrage d’une LiPo permet de surveiller la décharge de celle-ci : à l’approche de la limite, des LEDs rouges clignotent et un son strident retentit.

Résumé : les LiPo ne sont pas plus dangereuses que n’importe quelle autre technologie, et elles coûtent moins cher que les NiMh ou Plomb à capacité égale.
Elles ne doivent pas être déchargées totalement et elles exigent un chargeur spécial.

Testeur de LiPo : quelques euros pour tout savoir sur n’importe quel LiPo jusqu’à 6S... - 35.5 ko
Testeur de LiPo : quelques euros pour tout savoir sur n’importe quel LiPo jusqu’à 6S...

Sachant ceci, il reste à répondre à deux questions importantes :
comment choisir une LiPo et comment bien l’utiliser ?

Comment choisir une LiPo ?

Une batterie LiPo est composée de cellules, exactement comme une NiMh ou une Pb :
une cellule Pb donne 2V, une NiMh 1,2V et une LiPo 3,7V.
Une batterie, quelle que soit sa technologie, est généralement composée de plusieurs cellules : par exemple, une NiMh de 7,2V est composée de 6 cellules NiMh, une Pb de 12V est composée de 6 cellules Pb, etc.

Une batterie LiPo est quant à elle identifiée non par son voltage, mais plutôt par le nombre de cellules qui la compose (ce qui revient au même !), appelé "S"  :
une LiPo 2S est constituée de 2 cellules LiPo (donc fournit 7,4V), une LiPo 3S est constituée de 3 cellules (donc 11,1V)...
L’autre lettre dont on parle pour caractériser les batteries LiPo est "C" comme capacité, qui indique le débit maximal de la batterie en fonction de sa capacité en mAh.
Par exemple, "LiPo 2000mAh 2S 20C" signifie une batterie LiPo de 7,4V fournissant 2A pendant 1h mais capable de débiter un total de 20 fois sa capacité, donc 40A ... mais pendant 20 fois moins de temps !
"LiPo 3S 4000mAh 45C" est une batterie LiPo de 11,1V capable de fournir jusqu’à 180A (4x45) en instantané pendant quelques minutes, ou 4A pendant 1h.

Gros plan sur une étiquette de LiPo - 79.6 ko
Gros plan sur une étiquette de LiPo
On y trouve tous les renseignements nécessaires : le nombre de cellules (ici, 3S) ; la capacité (3300mAh) ; la décharge maximale (entre 65 et 130C). Cette batterie est donc capable de débiter 11,1 V et jusqu’à 215 A en continu, voire 430 en pointe pendant quelques secondes, soit près de 4,8 KWh... pour 30 euros ! (toutefois, il vaut mieux considérer que la capacité réelle est de 70% de ce qu’annoncent les fabricants).

Alors que choisir ?

Le choix d’une LiPo est donc fonction bien évidemment du voltage dont on a besoin pour le moteur de propulsion, mais aussi de la puissance de ce dernier.
Pour les accessoires, les SBEC feront l’affaire, voir CET ARTICLE

Mon conseil : choisir une batterie LiPo dont le produit (mAh x C) dépasse le courant de blocage du moteur. Si le moteur absorbe 60A au blocage, on choisira par exemple une LiPo 3000mAh 30C ou une 4000mAh 20C. On peut aussi combiner deux LiPo de moindre capacité en parallèle, par exemple deux LiPo 1500mAh 30C. Attention, ne pas mettre en parallèle des LiPo de capacité différentes (valable pour tout type de batteries) !

Comment bien utiliser une LiPo ?

Il suffit de respecter deux règles impératives :
-   Ne charger la LiPo qu’avec un chargeur adapté ;
-   Ne pas décharger une LiPo sous un certain seuil.

En plus de charger la batterie LiPo via ses bornes positive et négative comme toutes les batteries, un chargeur LiPo comporte une prise spéciale qui mesure la charge individuelle de chacune de ses cellules. Le rôle de cette prise, appelée "prise d’équilibrage", est de s’assurer que chaque cellule est chargée exactement de la même façon (à quelques millièmes de volt près !).
Un déséquilibre dans la charge des cellules compromet le bon fonctionnement d’une LiPo et la rend potentiellement dangereuse par risque de fuite... comme une batterie Plomb mal entretenue ou une NiMh "qui coule" ! Une telle batterie, quelle que soit sa technologie doit être mise au rebut sans hésiter.

Ces deux batteries sont connectées par leur gros câbles à la sortie de charge, et par leur connecteur rassemblant un petit fil de plus que le nombre de "S", à la prise d’équilibrage du chargeur.

En utilisation, une LiPo ne doit pas descendre en dessous de 3V par cellule. Tous les contrôleurs Brushless limitent la puissance envoyée au moteur pour indiquer l’imminence de la décharge. Il reste à ce moment suffisamment de réserve pour rentrer le bateau au port sans danger pour la batterie.
Par contre, les variateurs Brushed ne possèdant pas cette caractéristique, il faut connecter à la prise d’équilibrage de la LiPo, un petit "contrôleur de batterie LiPo" qui s’occupera de cette mesure. Un "bip" strident prévient de la limite de la décharge.

Deux dernières recommandations :
-   Si au retour du bateau, on constate que la LiPo est gonflée, cela signifie que le moteur demande trop de puissance à la batterie. Non seulement il est recommandé de se débarrasser de la LiPo (si elle est VRAIMENT gonflée, ce qui se voit clairement, pas si on en a seulement "l’impression" !), mais il sera indispensable d’en choisir une autre dont le produit (mAh x C) est plus important ! Une LiPo peut chauffer en utilisation, mais si elle est très chaude (60° ou plus), c’est qu’elle est trop faible ! Et en plus d’être très chaude elle aura certainement gonflé !

Une LiPo normale, et une autre gonflée (photo trouvée sur Internet) - 107.9 ko
Une LiPo normale, et une autre gonflée (photo trouvée sur Internet)
La LiPo de gauche sur ces photos, est très visiblement gonflée par rapport à celle de droite. Il ne faut plus l’utiliser mais s’en débarrasser !

-   Une LiPo accepte une charge rapide. Les habitués des NiMh considèrent comme étant "rapide" une charge complète qui dure 2 à 3 h (une nuit complète pour une charge lente). Une charge rapide pour une LiPo est une charge à 2 ou 3C, c’est-à-dire avec un courant de 2 à 3 fois la capacité, ce qui charge la LiPo en... 20 minutes.
Certaines se chargent à 10C donc en 6 minutes... en théorie, et non sans danger...
Mon conseil : chargez une LiPo à 1C c’est-à-dire à sa capacité nominale. Durée de la charge : 1 bonne heure, et vous éliminez absolument tout risque !
Une LiPo ne chauffe pas du tout en charge. Sinon c’est qu’elle a un défaut : débarrassez-vous en !

Huit à la fois (photo trouvée sur Internet) - 109.2 ko
Huit à la fois (photo trouvée sur Internet)
La plupart des chargeurs LiPo évolués permettent de charger plusieurs batteries simultanément. La multitudes de câbles visibles est nécessaire pour connecter chaque prise d’équilibrage sur des adaptateurs spécifiques. Il s’agit toutefois ici d’un usage limite, rarement mis en oeuvre jusqu’à ce niveau...

Mais alors, pourquoi préférer une LiPo à une NiMh ou Pb ?

Voyez plutôt :

Avantages des LiPo
-   Très légère pour les petits bateaux.
-   Encombrement réduit à puissance égale.
-   Charge en 1 h sans aucun danger à 1C.
-   Débit très important constant jusqu’à la limite de décharge (le débit d’une NiMh ou Pb décroit continuellement jusqu’à la décharge).
-   Ne se décharge pas si on ne l’utilise pas (2% de décharge par année, contre 10 à 20% par mois pour une NiMh ou 10% par mois pour une Pb !)
-   Absolument aucune mémoire de charge/décharge.
-   Prix ridicule !
-   Choix immense !
-  Dimensions et formes très variées permettant de choisir une batterie adaptée à son futur emplacement

Inconvénients des LiPo
-   Impose un chargeur spécial LiPo -> mais il est utilisable aussi pour les autres batteries et on en trouve de bons à partir de 30 € !
-   Ne supporte pas une décharge trop importante -> mais on la contrôle très facilement !
-   Supporte mal un usage disproportionné par rapport à sa puissance -> mais il suffit de savoir multiplier deux nombres pour éviter ce phénomène...
-   Chauffe, gonfle ou... explose si on s’en sert mal... très mal, mais alors vraiment très mal ! C’est-à-dire si on cumule les trois inconvénients ci-dessus... -> Franchement, il faudrait le faire exprès, non ?...
-  Ne supporte pas les chocs importants -> seul vrai inconvénient : ne laissez pas tomber une LiPo, même d’une table...

Vraiment pas de quoi se refuser une LiPo qui n’a au final que des avantages !

Le site HobbyKing propose une multitude de catégories de LiPo, et des dizaines de modèles de batteries dans chacune d’elle !