Le LiPo "pour les nuls" by Stéphane
Publié : 14 avr. 2009, 12:59
Voilà , j'ai écrit cet article pour mon club il y a peu, ça répond à la majorité des questions que se posent les gens qui veulent enfin faire le pas, dans un jargon j'éspère, non rébarbatif !
Je ne les fabriques pas, je suis comme vous (ormis un métier en rapport étroit avec l'électricité) et j'avais envie de partager les info qu'il faut avoir pour utiliser cette fabuleuse source d'energie, après 5 ans d'expérience et sans une seule étincelle :top:
ATTENTION: L'auteur (moi, Stéphane) n'a pas la prétention d'en fabriquer ni d'être "dieux le père" en la matière, des erreurs ou des manques sont possible, signalez les gentiment, j'apprendrais et corrigerais avec plaisir !
Je vous renvoi volontiers sur Wikipédia pour une description détaillée de la technologie basée sur les Lithium, qui se partage en 3 grandes familles "vulgaires" actuellement, Lithium Ion, Lithium Polymère et Lithium Phosphate.
http://fr.wikipedia.org/wiki/LiPo
Pour la partie qui nous intéresse, résumons cela ainsi: Au début (1991), était le Lithium Ion, qui équipe actuellement la majorité de nos appareil domestique comme téléphone portable, appareil photo numérique, etc. Bien des précurseurs on tenter de faire voler les premiers micro-avions Indoor avec des accus de téléphone portable, la voie du Micro a faible poids était ouverte...
Il n'a pas fallut bien longtemps pour que ça se répende dans le monde du modélisme aéro, qui s'est très vite tourné vers le LiPo, Lithium Polymère... Cette formule a pour avantage de supporter un plus grand nombre de cycle (durée de vie accrue), ils sont bien plus léger et peuvent prendre quasiment n'importe qu'elle forme (NDLR: à la fabrication, bien sûr !).
Leur gros désavantage qui terrorise encore bien des modélistes, c'est qu'ils sont plus "fragiles", peuvent brûler, gonfler, etc. J'y reviendrais plus loin, mais pour rassurer comme j'essaye de le faire souvent, tout ceci est vrai, si on ne respecte pas les règles.
Les éléments, dénomination
Voici ce qu'on appelle un élément LiPo Brut:
Cet élément là délivre 3.7V pendant le temps que le permet sa capacité exprimée en mili Ampère. Celui-ci est un 740mAh.
Tout comme d'autres éléments électrique et selon les principes élémentaires de l'électrotechnique, on va pouvoir combiner ceux-ci en série ou en parallèle, soit pour augmenter la tension (en volt) soit la capacité. Des éléments mis en série feront monter la tension, des éléments mis en parallèle augmenteront la capacité. Idem pour les LiPo, afin de former des packs !
Nous allons donc décortiquer leur dénomination et je vous présente ci-dessous, un 3S1P de 2'000mAh. Cela signifie, 3 éléments en série de 2'000mAh. Le 1P n'est pas considéré avec la valeur 1 (voir plus loin pour l'explication).
Je crois que c'est assez explicite, 3 éléments en série qui constitue un accu LiPo de 11.1 Volt, soit un 3S1P de 2'000mAh.
Plus compliqué, et presque obsolète car les capacités de ces petits LiPo a considérablement augmenté au même rythme que ses prix sont descendu, voici pour l'exemple un 3S2P de 3'000mAh. On prend 6 éléments de 1'500mAh, en parallèle par paire, et on les mets en série... ça donne ça :
Voilà pour ce qui est des connections des packs ! Maintenant, on peut faire un 2S2P avec 2 accus 2S1P en parallèle, ou encore faire un 6S1P en mettant 2 accus 3S1P en série comme le schéma ci-dessous, le tout étant de mettre les polarités justes, sans quoi c'est le gonflage assuré => poubelle...
Précaution d'usage:
Un accu LiPo, comme précité, doit faire l'objet de passablement de soins, d'attention.
Dès réception d'un accu neuf, il faut contrôler son aspect, voir s'il n'a pas de coin cogné, enveloppe percée ou légèrement gonflée, etc. Contrôler les câbles, tirer légèrement dessus pour voir s'ils sont bien soudé et non collé, que les gaines thermo rétractables soient bien en place, couvrent bien les soudures et ne présente pas le risque de glisser. Le moindre de ces défaut en fait un accu dangereux.
Toutes ces règles valent en tout temps, un accu tapé risque de gonfler, un accu gonflé risque de prendre feux, etc... Un accu mal adapté à son utilisation/motorisation, trop faible va aussi gonfler ou prendre feux ! D'ou il est très important de connaitre la puissance absorbée par votre consommateur et de choisir son accu judicieusement pour qu'il soit adapté. Et ces défauts peuvent mener à l'accident autant en les rechargeant qu'en les utilisant dans un modèle !
Dans tout les cas par prudence et parce que ça ne coûte pas cher, chargez toujours vos LiPo dans un endroit dégagé de votre atelier, si possible dans une assiette en grés (dessous de pot de fleurs à 90 ct chez Jumbo) et couvert d’un pot de fleur qui doit avoisiner les 2 francs… Ça parrait ridicule comparé au sac commerciaux, mais c’est efficace pour pas cher, moins que les dégâts occasionnés par un incendie dans une maison. Astuce, le pot de fleur se découpe super bien à la scie à métaux pour laisser passer les fils…
Petite chose qu’il faut absolument respecter, il ne faut pas descendre la tension d’un élément LiPo en dessous de 2.5V par élément. Mais attention ! Il faut prendre une marge de sécurité. J’explique :
Un après midi de vol, combat… J’ai 1 accu 3S1P 1’000mAh, que j’ai chargé 4 fois comme un sauvage (ce qui est déjà fortement déconseillé à la base…) sans aucun équilibrage. Bon, c’est mon accu Chinois à 16$, donc pas peureux… Et le lendemain, je tente de le charger, pfouit, il ne prend pas 3 minutes, le chargeur dit que c’est plein et la tension est ridicule… Que c’est il passé ! Un pack d’accu de qualité moyenne peut avoir des résistances internes différentes. Vous aurez beau mettre un cut-off à 2.7V pour l’utiliser un max, si le contrôleur du moteur voit un 3S, il se dit « je coupe à 8.1V »… Oui, mais si 2 élément ont 3V et le dernier 2.1V, ça fait toujours 8.1V, mais le 3ème élément est maintenant mort… Vous me suivez ?
La décharge... Contrairement au accus NiMh que l'on décharge systématiquement avant de recharger, le LiPo lui n'a strictement aucun effet mémoire ! (NDLR: Je vole toujorus a cette heure avec des LiPo acheté en 2005, soignée selon les recommendation de ce post) Donc il est strictement innutile de les décharger avant de les recharger ! Profitez des électrons dans votre véhicule, et non en dissipation de chaleur ! Je sors l'accu du tirroir de stockage, je le charge, et je vais voler/rouler. Pour un remisage prolongé, les chargeurs modernes ont un mode "stockage", qui chargent les accus à 60% environ (chiffre arbitraire).
La charge Rapide : toujours sur les chargeurs de dernière génération, il existe un fonction "charge rapide". Cette charge rapide n'a rien a voir avec la charge rapide NiMh ou l'on injecte un ampérage démoniaque pendant un court laps de temps au accus. La charge dite rapide d'un LiPo et décrite comme bonne pour sa santé dans bien des articles. Pour rappel, à la décharge comme pour la charge, le LiPo décrit la courbe ci-dessous :
Si on suit la courbe orange notée "Capacity" (charge normale à 1C) depuis en bas à gauche, on voit qu'elle monte rapidement pendant 36 minutes, puis ralentis subitement pour progresser très gentiment jusqu'à 52 minutes, et monte encore plus gentiment pas la suite...
A 36 minutes, l'accu est à 90% plein de sa capacité ! A 52 minutes, donc 16 minutes plus tard, il n'a progressé que de 5%... C'est là que coupe la "charge rapide", elle laisse tomber les 5% restant qui peuvent durer encore jusqu'à 30 minutes, pendant lesquelles le "drainage" de courrant use prématurément l'électrochimie de l'accu. Voilà , c'est plus facile a expliquer avec des courbes !
La charge des LiPo:
A l'heure ou j'écris ces lignes, la charge se fera à 1C, soit une fois sa capacité. Un accu de 3'000mAh, quelque soit sont voltage, son nombre de S (ou de P), se chargera à 3'000mA. Il lui faudra environ une heure pour cette charge.
Je ne saurais rentrer en détails pour la charge de ces LiPo, uniquement qu’il faut un chargeur spécifique car il y a une savant mélange entre la tension et courant infligé au LiPo qui n’a rien a voir avec les accus à base de Nickel.
L’équilibrage… Voici un schéma qui devrait faire comprendre assez simplement comment fonctionne l’équilibrage d’un accu LiPo. On reprend un fils sur chaque pôle de chaque élément et on le mets sur une fiche, avec comme premier fil, la masse…
Regardons maintenant ce que va faire le chargeur. On voit donc ici l’alimentation + et – par lesquels le chargeur va insuffler l’énergie nécessaire à la recharge sur les éléments en série.
La prise d’équilibrage elle, est reliée à de petits Voltmètres internes au chargeur. Ces Voltmètres surveillent la tension unique de chaque élément et une puce quelque part dans l’appareil, les compare. Si un élément a une tension plus haute que l’autre, le contact va se fermer et mettre une résistance en série sur cet élément, ce qui aura pour effet de décharger le surplus! (comme d'ouvrir un robinet pour évacuer l'eau du bidon qui se remplis plus vite que les autres) Pendant ce temps, les autres se chargent et rattrapent la tension de celui-ci, etc. jusqu’à ce que la tension arrive à 4.20V à chaque élément, la charge est dès lors terminée, l’accu est équilibré.
Il arrivent lorsqu'on équilibre un accu de 1'500 mAh que le chargeur affiche une capacité chargée de 1'634 mAh... Dans le cas d'un équilibrage conséquent pour une raison X, il faut ne pas oublier que l'élément le plus haut en voltage est déchargé au fur et à mesure par la résistance (donc on ré-ouvre le robinet), mais que le chargeur lui, envoye toujours la sauce et comptabilise aussi ce qui est déchargé par la résistance. Donc vous n'avez pas un accu "plus neuf qu'avant" mais peut-être un élément de l'accu qui est bien malade... A surveiller de près !
Pour info, un accu de bonne qualité n’a quasiment pas besoins d’être équilibré. Mais selon votre utilisation, mieux vaut y prêter attention de temps en temps !
Voilà , l’article est loin d’être exhaustif, j’ajouterai peut-être ce qu’il sera nécessaire. Bien des gens ont déjà écrit des choses bien si vous faîtes quelques recherches sur le web, comme l’avantage du LiPo via sa courbe de décharge quasi linéaire qui à mon sens est un argument béton pour passer a cette énergie (surtout en aéro).
Pour voir de jolies courbe sur un article sympa mais qui date un peu technologiquement, allez ici :
http://www.pobot.org/Les-batteries-Li-Ion-et-Li-PO.html
J'avais demandé au gars si je pouvais exploiter ses courbes pour l'exemple, mais bon, elles sont là , je ne vais pas ré-écrire le truc...
Et puisque certain sont attirés par le LiFePo4 :
http://www.pobot.org/Batteries-A123.html
Stéphane
EDIT: Ajout de liens
EDIT: Correction des schémas
Je ne les fabriques pas, je suis comme vous (ormis un métier en rapport étroit avec l'électricité) et j'avais envie de partager les info qu'il faut avoir pour utiliser cette fabuleuse source d'energie, après 5 ans d'expérience et sans une seule étincelle :top:
ATTENTION: L'auteur (moi, Stéphane) n'a pas la prétention d'en fabriquer ni d'être "dieux le père" en la matière, des erreurs ou des manques sont possible, signalez les gentiment, j'apprendrais et corrigerais avec plaisir !
Je vous renvoi volontiers sur Wikipédia pour une description détaillée de la technologie basée sur les Lithium, qui se partage en 3 grandes familles "vulgaires" actuellement, Lithium Ion, Lithium Polymère et Lithium Phosphate.
http://fr.wikipedia.org/wiki/LiPo
Pour la partie qui nous intéresse, résumons cela ainsi: Au début (1991), était le Lithium Ion, qui équipe actuellement la majorité de nos appareil domestique comme téléphone portable, appareil photo numérique, etc. Bien des précurseurs on tenter de faire voler les premiers micro-avions Indoor avec des accus de téléphone portable, la voie du Micro a faible poids était ouverte...
Il n'a pas fallut bien longtemps pour que ça se répende dans le monde du modélisme aéro, qui s'est très vite tourné vers le LiPo, Lithium Polymère... Cette formule a pour avantage de supporter un plus grand nombre de cycle (durée de vie accrue), ils sont bien plus léger et peuvent prendre quasiment n'importe qu'elle forme (NDLR: à la fabrication, bien sûr !).
Leur gros désavantage qui terrorise encore bien des modélistes, c'est qu'ils sont plus "fragiles", peuvent brûler, gonfler, etc. J'y reviendrais plus loin, mais pour rassurer comme j'essaye de le faire souvent, tout ceci est vrai, si on ne respecte pas les règles.
Les éléments, dénomination
Voici ce qu'on appelle un élément LiPo Brut:
Cet élément là délivre 3.7V pendant le temps que le permet sa capacité exprimée en mili Ampère. Celui-ci est un 740mAh.
Tout comme d'autres éléments électrique et selon les principes élémentaires de l'électrotechnique, on va pouvoir combiner ceux-ci en série ou en parallèle, soit pour augmenter la tension (en volt) soit la capacité. Des éléments mis en série feront monter la tension, des éléments mis en parallèle augmenteront la capacité. Idem pour les LiPo, afin de former des packs !
Nous allons donc décortiquer leur dénomination et je vous présente ci-dessous, un 3S1P de 2'000mAh. Cela signifie, 3 éléments en série de 2'000mAh. Le 1P n'est pas considéré avec la valeur 1 (voir plus loin pour l'explication).
Je crois que c'est assez explicite, 3 éléments en série qui constitue un accu LiPo de 11.1 Volt, soit un 3S1P de 2'000mAh.
Plus compliqué, et presque obsolète car les capacités de ces petits LiPo a considérablement augmenté au même rythme que ses prix sont descendu, voici pour l'exemple un 3S2P de 3'000mAh. On prend 6 éléments de 1'500mAh, en parallèle par paire, et on les mets en série... ça donne ça :
Voilà pour ce qui est des connections des packs ! Maintenant, on peut faire un 2S2P avec 2 accus 2S1P en parallèle, ou encore faire un 6S1P en mettant 2 accus 3S1P en série comme le schéma ci-dessous, le tout étant de mettre les polarités justes, sans quoi c'est le gonflage assuré => poubelle...
Précaution d'usage:
Un accu LiPo, comme précité, doit faire l'objet de passablement de soins, d'attention.
Dès réception d'un accu neuf, il faut contrôler son aspect, voir s'il n'a pas de coin cogné, enveloppe percée ou légèrement gonflée, etc. Contrôler les câbles, tirer légèrement dessus pour voir s'ils sont bien soudé et non collé, que les gaines thermo rétractables soient bien en place, couvrent bien les soudures et ne présente pas le risque de glisser. Le moindre de ces défaut en fait un accu dangereux.
Toutes ces règles valent en tout temps, un accu tapé risque de gonfler, un accu gonflé risque de prendre feux, etc... Un accu mal adapté à son utilisation/motorisation, trop faible va aussi gonfler ou prendre feux ! D'ou il est très important de connaitre la puissance absorbée par votre consommateur et de choisir son accu judicieusement pour qu'il soit adapté. Et ces défauts peuvent mener à l'accident autant en les rechargeant qu'en les utilisant dans un modèle !
Dans tout les cas par prudence et parce que ça ne coûte pas cher, chargez toujours vos LiPo dans un endroit dégagé de votre atelier, si possible dans une assiette en grés (dessous de pot de fleurs à 90 ct chez Jumbo) et couvert d’un pot de fleur qui doit avoisiner les 2 francs… Ça parrait ridicule comparé au sac commerciaux, mais c’est efficace pour pas cher, moins que les dégâts occasionnés par un incendie dans une maison. Astuce, le pot de fleur se découpe super bien à la scie à métaux pour laisser passer les fils…
Petite chose qu’il faut absolument respecter, il ne faut pas descendre la tension d’un élément LiPo en dessous de 2.5V par élément. Mais attention ! Il faut prendre une marge de sécurité. J’explique :
Un après midi de vol, combat… J’ai 1 accu 3S1P 1’000mAh, que j’ai chargé 4 fois comme un sauvage (ce qui est déjà fortement déconseillé à la base…) sans aucun équilibrage. Bon, c’est mon accu Chinois à 16$, donc pas peureux… Et le lendemain, je tente de le charger, pfouit, il ne prend pas 3 minutes, le chargeur dit que c’est plein et la tension est ridicule… Que c’est il passé ! Un pack d’accu de qualité moyenne peut avoir des résistances internes différentes. Vous aurez beau mettre un cut-off à 2.7V pour l’utiliser un max, si le contrôleur du moteur voit un 3S, il se dit « je coupe à 8.1V »… Oui, mais si 2 élément ont 3V et le dernier 2.1V, ça fait toujours 8.1V, mais le 3ème élément est maintenant mort… Vous me suivez ?
La décharge... Contrairement au accus NiMh que l'on décharge systématiquement avant de recharger, le LiPo lui n'a strictement aucun effet mémoire ! (NDLR: Je vole toujorus a cette heure avec des LiPo acheté en 2005, soignée selon les recommendation de ce post) Donc il est strictement innutile de les décharger avant de les recharger ! Profitez des électrons dans votre véhicule, et non en dissipation de chaleur ! Je sors l'accu du tirroir de stockage, je le charge, et je vais voler/rouler. Pour un remisage prolongé, les chargeurs modernes ont un mode "stockage", qui chargent les accus à 60% environ (chiffre arbitraire).
La charge Rapide : toujours sur les chargeurs de dernière génération, il existe un fonction "charge rapide". Cette charge rapide n'a rien a voir avec la charge rapide NiMh ou l'on injecte un ampérage démoniaque pendant un court laps de temps au accus. La charge dite rapide d'un LiPo et décrite comme bonne pour sa santé dans bien des articles. Pour rappel, à la décharge comme pour la charge, le LiPo décrit la courbe ci-dessous :
Si on suit la courbe orange notée "Capacity" (charge normale à 1C) depuis en bas à gauche, on voit qu'elle monte rapidement pendant 36 minutes, puis ralentis subitement pour progresser très gentiment jusqu'à 52 minutes, et monte encore plus gentiment pas la suite...
A 36 minutes, l'accu est à 90% plein de sa capacité ! A 52 minutes, donc 16 minutes plus tard, il n'a progressé que de 5%... C'est là que coupe la "charge rapide", elle laisse tomber les 5% restant qui peuvent durer encore jusqu'à 30 minutes, pendant lesquelles le "drainage" de courrant use prématurément l'électrochimie de l'accu. Voilà , c'est plus facile a expliquer avec des courbes !
La charge des LiPo:
A l'heure ou j'écris ces lignes, la charge se fera à 1C, soit une fois sa capacité. Un accu de 3'000mAh, quelque soit sont voltage, son nombre de S (ou de P), se chargera à 3'000mA. Il lui faudra environ une heure pour cette charge.
Je ne saurais rentrer en détails pour la charge de ces LiPo, uniquement qu’il faut un chargeur spécifique car il y a une savant mélange entre la tension et courant infligé au LiPo qui n’a rien a voir avec les accus à base de Nickel.
L’équilibrage… Voici un schéma qui devrait faire comprendre assez simplement comment fonctionne l’équilibrage d’un accu LiPo. On reprend un fils sur chaque pôle de chaque élément et on le mets sur une fiche, avec comme premier fil, la masse…
Regardons maintenant ce que va faire le chargeur. On voit donc ici l’alimentation + et – par lesquels le chargeur va insuffler l’énergie nécessaire à la recharge sur les éléments en série.
La prise d’équilibrage elle, est reliée à de petits Voltmètres internes au chargeur. Ces Voltmètres surveillent la tension unique de chaque élément et une puce quelque part dans l’appareil, les compare. Si un élément a une tension plus haute que l’autre, le contact va se fermer et mettre une résistance en série sur cet élément, ce qui aura pour effet de décharger le surplus! (comme d'ouvrir un robinet pour évacuer l'eau du bidon qui se remplis plus vite que les autres) Pendant ce temps, les autres se chargent et rattrapent la tension de celui-ci, etc. jusqu’à ce que la tension arrive à 4.20V à chaque élément, la charge est dès lors terminée, l’accu est équilibré.
Il arrivent lorsqu'on équilibre un accu de 1'500 mAh que le chargeur affiche une capacité chargée de 1'634 mAh... Dans le cas d'un équilibrage conséquent pour une raison X, il faut ne pas oublier que l'élément le plus haut en voltage est déchargé au fur et à mesure par la résistance (donc on ré-ouvre le robinet), mais que le chargeur lui, envoye toujours la sauce et comptabilise aussi ce qui est déchargé par la résistance. Donc vous n'avez pas un accu "plus neuf qu'avant" mais peut-être un élément de l'accu qui est bien malade... A surveiller de près !
Pour info, un accu de bonne qualité n’a quasiment pas besoins d’être équilibré. Mais selon votre utilisation, mieux vaut y prêter attention de temps en temps !
Voilà , l’article est loin d’être exhaustif, j’ajouterai peut-être ce qu’il sera nécessaire. Bien des gens ont déjà écrit des choses bien si vous faîtes quelques recherches sur le web, comme l’avantage du LiPo via sa courbe de décharge quasi linéaire qui à mon sens est un argument béton pour passer a cette énergie (surtout en aéro).
Pour voir de jolies courbe sur un article sympa mais qui date un peu technologiquement, allez ici :
http://www.pobot.org/Les-batteries-Li-Ion-et-Li-PO.html
J'avais demandé au gars si je pouvais exploiter ses courbes pour l'exemple, mais bon, elles sont là , je ne vais pas ré-écrire le truc...
Et puisque certain sont attirés par le LiFePo4 :
http://www.pobot.org/Batteries-A123.html
Stéphane
EDIT: Ajout de liens
EDIT: Correction des schémas
