SOLUTION TECHNIQUE : les accumulateurs LiPo

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1 1. Présentation générale Les batteries LiPo demeurent des accumulateurs électrochimiques dont la réaction est basée sur le lithium non pas à l'état ionique (pour le Li-Ion) mais à l'état de polymère (l'électrolyte est sous forme de gel) ce qui le rend beaucoup plus sur que son cousin le Li- Ion. Comparativement aux "anciens" accumulateurs Ni-Mh, les avantages sont nombreux. Les accumulateur de type lithium-polymère (LiPo) offre, aujourd hui, le meilleur rapport puissance / masse. A capacités équivalentes, entre les mimh, nicd, lifepo4, etc... Ce sont accumulateurs de type LiPo qui restent les plus légers. En effet, ces batteries sont dénuées de tout emballage de métal qui alourdissait fortement les batteries au Nickel. Par ailleurs,leur capacité de décharge fait partie des meilleures, due à leur résistance interne très faible, de l'ordre de 10 milliohms. 2. Précautions à prendre lors de l'utilisation: Ces accumulateur contiennent du lithium. Or, le lithium est un métal malléable blanchâtre dont une particularité est de s'enflammer au contact de l'eau. Parfois l'humidité de l'air ambiante suffit.. Lors d'un crash, inspectez votre accumulateur afin de voir s'il n'a pas été percé ou endommagé. Si tel est le cas, préférez ne plus l'utiliser et le montrer chez un spécialiste afin d'être sûr et ne rien risquer. Ne pas percer l'accumulateur, pour les risques évoqués précédemment, mais aussi pour éviter un court circuit avec un risque d'étincelle et de voir l accumulateur s'enflammer aussitôt. Ne jamais faire tomber en dessous de 3.0V / élément un accu LiPo. (gonflements de l'accu, perte de performance, et parfois élément mort, l'accumulateur devient irrécupérable) 3. Référence des LiPo Un accumulateur LiPo possède une référence qui définit ses caractéristiques dont : C signifie la capacité de l'accumulateur( mah ) 1 S indique le nombre d'éléments monté en série de l'accumulateur P indique le nombre d'éléments monté en parallèle de l'accumulateur 1 L'ampère-heure ou ampèreheure1 (symbole : Ah) est une unité de charge électrique. C'est la quantité d'électricité traversant une section d'un conducteur parcouru par un courant d'intensité de 1 ampère pendant 1 heure. D. Douay / F. Thévenot 1/5 Collège de l'estey

2 3.1 Décodons par exemple un accumulateur"3s2p C /70C" 3S2P Nous avons ici 6 éléments en tout dans cet accumulateur (nb d'élément = S x P) dont : 2 blocs en parallèle; Chaque bloc étant constitué de 3 cellules en série. Schéma explicatif 2 : Rappel : Dans un circuit en en série, la capacité (intensité) est la même, mais les tensions s'additionnent. Dans un circuit en parallèle la tensions est la même, mais les capacités s'additionnent. 2 Tracer votre schéma en fonction de votre accumulateur : D. Douay / F. Thévenot 2/5 Collège de l'estey

3 5800 : La capacité de l'accumulateur est C = 5800 mah (=>> 5800 milliampère par heure). L'accumulateur est donc capable de fournir un courant de 5,8 A pendant 1 heure. 65C : coefficient multiplicateur de la capacité de débit (décharge) en continu : cet accumulateur est capable de fournir en 35 fois sa capacité, soit : 65 x 5800= mA/h = > 377 Ampères/h!! Évidemment, ces 60 ampères ne pourront être fournis que pendant un temps de 60 minutes / 65 = 0,92 minutes soit environ 55 secondes, après l'accumulateur sera vide (et bien chaud! ) 70C coefficient multiplicateur de la capacité de débit (décharge) en pointe (durée 2s) : cet accumulateur est capable de fournir en 70 fois sa capacité en pointe pendant 2 secondes, soit : 70 x 5800= mA = > 406 Ampères!! La tension Chaque cellule offre une tension à vide de 4.2V, mais uniquement 3,7 nominale lorsqu'il est totalement chargé. Dans notre cas, nous avons ici un 3S2P 3S => 3 cellules en série donc U=3x3,7= 11,1 Volts aux bornes de l'accumulateur.3.2 Remarques : On peut constater que pour voler plus longtemps il faut augmenter le nombre d'ampères/heure. Mais ce n'est pas si simple car plus on augmente la capacité en mah d'une LiPo, plus elle est lourde. Donc, il faudra plus de puissance pour faire voler le modèle. On voit ici qu'augmenter la capacité n'est pas forcément la bonne solution pour voler plus longtemps. Il faut trouver un compromis entre le poids du modèle, la puissance du moteur et l'accumulateur. Il faut aussi que l'accumulateur ait suffisamment de coefficient C pour alimenter le moteur sans peiner. Un calculateur pour l'autonomie : D. Douay / F. Thévenot 3/5 Collège de l'estey

4 4. Comment les recharger? Un accumulateur à base de lithium se charge à tension constante. Ne jamais dépasser 4.2V / élément sinon risque d 'explosion. C'est pour ça que dans tous les cas, utiliser impérativement un chargeur approprié avec un programme de charge gérant l 'équilibrage des LiPo. La plupart des accumulateurs LiPo se chargent à 1C. C'est a dire que si on a un accu 3S 2200 mah 20C, il faut mettre un courant de charge maximum de 2200 ma. Donc en théorie, il faut 1 heure pour recharger un accumulateur LiPo. Dans la pratique, il en faut un peu plus car le courant de charge diminue vers la fin de charge pour maintenir la tension de 4.2V par élément. Certains accumulateurs LiPo acceptent des charges rapides sous 2 voire 3 ou 5C! mais il est souvent conseillé de respecter un courant de charge de 1C à 3C maximum. Laisser les accumulateurs refroidir entre chaque charge/décharge pendant minutes L'équilibrage : On a vu qu'un accu est constitué de plusieurs cellules. Chaque cellule doit impérativement rester dans une fourchette de tension comprise entre 3.3V et 4.2V. Or, si des cellules d'un accumulateur sont déséquilibrés entre elles (ex: une cellule est à 3.3V et une autre à 4.1V) alors le chargeur risque de voir une tension globale de l'accu normale avec le risque de surcharger la cellule la plus chargée (ex celui à 4.1V) avec pour conséquence de gros gonflements de l'accumulateur, au pire explosion avec feu. Une tolérance de 0,05V à 0,1V est admise entre chaque cellule. Pour cette raison, tous les chargeurs LiPo digne de ce nom permettent d'y connecter la prise d'équilibrage de l'accumulateur LiPo. Le chargeur surveille ainsi chaque cellule lors de la charge, adapte le courant de charge de façon optimale et d'équilibre en tension les cellules entre elles de l'accumulateur. C'est indispensable d'utiliser ces programmes de charge/équilibrage. Lors de la charge, par sécurité, ne jamais être trop loin de l'accumulateur en charge afin d'intervenir en cas de souci. Il est classique de les charger dans un pot en terre cuite. Dans le même ordre d'idée, éviter la charge dans le coffre de la voiture sur le terrain... A savoir qu'en pratique : - Un accu lipo à une durée de vie d 'environ 2 à 3 ans. Même si on s'en sert pas car l'électrolyte vieillit. - Les cycles de charges/décharges avec un maximum de performances sont d'environ une centaine, mais cela dépend beaucoup des marques. D. Douay / F. Thévenot 4/5 Collège de l'estey

5 Comment les entretenir? Les accumulateurs au Lithium se stockent à un taux d'environ 40% de capacité restante, pour garder une alimentation du le circuit de protection interne. Si on les stocke chargé, ce sont ses performances qui vont se dégrader (augmentation de la résistance interne). Le stockage : par sécurité, on prendra garde à isoler les prises de ses accumulateurs et les mettre dans un récipient ininflammable, résistant à la chaleur et non conducteur, comme un récipient terre cuite (pot de fleur) et stocker l'ensemble dans un endroit suffisamment dégagé (flammes...) et sans trop d'écart de température. Prendre la peine de programmer correctement la détection de fin de charge des accumulateurs sur les contrôleurs brushless : en général, on met 3.3V / élément. Fin de vie d'un accumulateur La fin de vie des LiPo se détecte avec des symptômes du genre: - gonflements anormaux lors de l'utilisation - les volts chutent beaucoup lors de l'utilisation, (coupures voire arrêts moteurs,...) - Grosse augmentation de la résistance interne (certains chargeurs permettent de la mesurer) On peut parfois leur redonner une seconde jeunesse en les utilisant pour des applications qui ne demande que peu d'ampère (accumulateurs d'émetteur...) Mais le Recyclage, c'est la voie à privilégier. On décharge son accumulateur (avec son chargeur, avec une ampoule,...), on isole les contacts électriques, et on va le jeter dans un bac de récupération de piles/accumulateurs. D. Douay / F. Thévenot 5/5 Collège de l'estey