Remplacement des batteries AGM par des lithium LiFePO4
Des batteries auxiliaires ou secondaires (accumulateurs) sont souvent utilisées dans les camping-cars, les bateaux et les véhicules d’intervention pour couvrir les besoins d’électricité supplémentaires. En règle générale, on utilise des batteries AGM ou GEL à cycles fixes. Ces batteries ont fait leurs preuves et peuvent être intégrées avec relativement peu de travail et des coûts raisonnables dans le réseau existant. Mais elles ont aussi des inconvénients comme leur poids, leur utilisabilité limitée de la capacité électrique et leur durée de vie.
Pour ces raisons, beaucoup d’utilisateurs se demandent s’ils doivent remplacer la batterie auxiliaire par une batterie au lithium moderne. Chacun sait que ces batteries sont plus légères, ont une puissance supérieure et présentent une plus longue durée de vie. Les points suivants doivent être néanmoins pris en considération:
Quelle technologie lithium convient le mieux?
Selon l’usage, il existe désormais différentes technologies lithium:
- Lithium polymère
- Lithium fer phosphate
- Lithium oxyde de manganèse
- Lithium nickel-manganèse-oxyde de cobalt
- Lithium-nickel-cobalt-oxyde d’aluminium et
- Lithium-titanate
La batterie lithium fer phosphate est une des plus sûres
La batterie lithium fer phosphate est une des plus sûres, elle est aussi appelée LiFePO4*. En raison des électrolytes fixes et de la chimie des cellules, les cellules LiFePO4 sont sûres par nature, c’est-à-dire qu’un emballement thermique et une fusion de la membrane comme cela peut arriver sur d’autres accumulateurs lithium-ion sont quasiment exclus. C’est pour ces raisons que cette technologie s’impose actuellement très fortement et est déjà considérée comme éprouvée.
Contrairement aux batteries plomb/acide qui présentent une tension nominale de deux volts, une batterie LiFePO4 génère 3.2 volts par cellule et a ainsi besoin de seulement quatre cellules pour atteindre une tension de 12.8 volts. Là où une batterie plomb/acide en a besoin de six. Les batteries plomb/acide doivent être chargées au moins une fois par mois à 100% pour atteindre une durée de vie optimale. Le niveau de charge optimal d’une batterie au lithium est entre 50 et 80% (SOC – state of charge).
Avantages et inconvénients des batteries LiFePO4
Poids: Jusqu’à 70%. plus faible, p. ex. 100Ah 12 à 14 kg
Charge: 0.2 à 0.5 C (C se rapporte à la capacité de la batterie en Ah,)
Décharge: Jusqu’à 2C soit sa capacité en 30 minutes. Une AGM supporte seulement 0.1C
Cycles: 5000 à une décharge de 50% (400 cycles pour une AGM)
Durée de vie à 20°C: – 20 ans (12 ans pour AGM)
Durée de vie à 30°C: – 10 ans (6 ans pour AGM)
Auto décharge : 5 fois moins qu’une AGM
Remdement: 92%
Seul inconvénient: le prix il y a quelques années une LiFePO4 de 100Ah était proche de 2000 € ou CHF alors qu’une AGM autour de 250 à 300.- Aujourd’hui ce n’est plus dissuasif. Pour un VW California équipé de deux AGM de 75Ah, le remplacement par une lithium revient au même prix. Seul la modification de l’installation nécessite l’intervention d’un professionnel.
Comme on peut le voir, la technologie lithium n’offre presque que des avantages. Mais comme les cellules lithium ne peuvent pas s’équilibrer automatiquement à la fin du cycle de charge, comme les batteries plomb/acide, et sont en outre très sensibles aux surtensions et sous-tensions, un système de gestion de batterie (BMS) est nécessaire pour prendre en charge différentes tâches:
- Équilibrage des différentes tensions des cellules 1,2 (adaptation du niveau de charge de chaque cellule, SOC – state of charge)
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Protection contre les surtensions et les sous-tensions de chaque cellule 2 (min. 2.5 volts, max. 4.2 volts)
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Protection contre les surintensités et la décharge profonde2
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Coupure du courant de charge de l’alternateur à la batterie auxiliaire ou d’une source de chargement externe en cas de tension de la batterie faible, de tension de la batterie élevée, de surchauffe (> 50° Celsius) ou de températures inférieures à 0° Celsius
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Coupure des charges DC (consommateurs) en cas de tension de la batterie faible, de tension de la batterie élevée ou de surchauffe
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Limitation du courant de l’alternateur vers la batterie au lithium
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Protection de la batterie de démarrage
Les batteries LiFePO4 qui nous intéressent possèdent un BMS intégré.
Composants nécessaires pour la transformation vers une batterie LiFePO4
Même si la batterie LiFePO4 sélectionnée possède un système de protection étendu, il faut au moins un convertisseur de charge qui présente une courbe de charge CC/CV (voir fig. à gauche). Le convertisseur sert à limiter le courant de charge allant de l’alternateur à la batterie au lithium. Comme les batteries au lithium, contrairement aux batteries plomb/acide (MF, GEL, AGM, etc.), présentent une résistance interne faible, elles peuvent être chargées avec un courant de charge très élevé jusqu’à 2 fois sa capacité. L’alternateur tente maintenant de donner la pleine puissance même avec de faibles vitesses de rotation. La puissance de refroidissement amoindrie suite à la vitesse de rotation réduite provoque néanmoins des températures élevées qui peuvent aller jusqu’à la destruction de l’alternateur.
Si d’autres composants comme une installation solaire ou un chargeur de batterie supplémentaire sont installés, le régulateur de charge solaire et le chargeur doivent aussi présenter une courbe de charge CC/CV ou être réglables pour les batteries au lithium. Sinon, des dommages peuvent se produire.
Le passage de systèmes de batteries courants à une batterie au lithium dépend de différents facteurs: encombrement et poids, utilisation, besoins d’énergie (indépendance de la puissance quai souhaitée), caractéristiques géographiques, et enfin les préférences personnelles. Pour conclure, on peut dire que chaque solution doit être étudiée individuellement et qu’une planification de spécialiste est nécessaire. Une fois la décision de changement prise, tous les composants utilisés doivent être adaptés sur la technologie de batterie choisie pour garantir une durée de vie optimale et une fourniture d’énergie maximale de la batterie au lithium.
Convertisseur de charge
Appareil indispensable entre l’alternateur et la batterie de démarrage et la/les batteries auxiliaires LiFePO4
Celui sur l’image a une capacité de 90A. Il peut recharger une Batterie de 100Ah presque vide en seulement une heure de route. Sur un California et une batterie aux. un Convertisseur de charge de 30A est suffisant. Mais il faudra rouler plus longtemps, jusqu’à 3 heures…
Extrait de Wikipedia: Si un court-circuit local des électrodes internes se produit dans un accumulateur lithium-ion, par exemple à cause de l’encrassement du séparateur par une particule étrangère enfermée ou un dommage mécanique, le courant de court-circuit peut chauffer à travers la résistance interne l’environnement proche de la zone endommagée si bien que les zones voisines seront également touchées. Ce processus s’étend et libère l’énergie emmagasinée dans l’accumulateur en peu de temps. Les accumulateurs au dioxyde de cobalt et de lithium sont particulièrement à risques. Ces Thermal Runaways (emballements thermiques) sont quasiment exclus sur les nouveaux produits grâce à une chimie des batteries modifiée (LiFePO4), ou grâce aux améliorations dans la membrane des cellules, par exemple les revêtements en céramique.