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Modélisme/Connaissance/Piles et accus/Li-Po

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Introduction

Li-Po = Lithium ion Polymère

Les accus LiPo sont très utilisés dans le modélisme, et commencent à apparaître dans des appareils.

LiPo vs. LiIon (selon article sur Wikipedia)

Avantages des Li-Po Faiblesse des Li-Po
  • Batterie pouvant prendre des formes fines et variées (carte de crédit).
  • Batterie pouvant être déposée sur un support flexible.
  • Faible poids (le Li-Po permet parfois d'éliminer la lourde enveloppe de métal ).
  • Plus sûre que les Li-ion (plus résistante à la surcharge et aux fuites d'électrolytes).
  • Densité énergétique plus faible que les Li-ion.
  • Plus cher que le Li-ion.
  • Charge soumise à des règles strictes sous peine de risque d'inflammation.
  • Moins de cycles de vie.

Spécifications

Matériaux
Anode graphite / coke
Cathode manganèse
Tension
Tension nominale par cellule 3.7 V
Tension de charge 4.2 V (4.23 V 1)
Tension minimale 3.0 V (2.5 V 1)
Courant
Courant de charge normale 1C 2
Courant de charge rapide 3 1~5C (RC: charge max. inscrite sur l'accu)

1 Tension à laquelle les dégâts dans l'accumulateur deviennent irréversibles
2 1C correspond à la capacité indiquée sur l'accumulateur
3 La charge à plus de 1C des accumulateurs LiPo nécessite des chargeurs spécialement adaptés à cet effet, et des cellules LiPo conçus en conséquence.

Tout le monde en a entendu parler, les accumulateurs au Lithium sont dangereux. En cas d'échauffement, ils dégagent de l'hydrogène et deviennent de mini bombes incendiaires. Soyez toujours très prudent, et cela vaut aussi avec les accus NiMH qui peuvent eux aussi avoir le même sort !

Vidéo d'un accu LiPo qui explose

Comment utiliser un LiPo - recommandations

La liste suivante n'est pas forcément exhaustive. Elle est le fruit de mon expérience et de mes nombreuses heures de tests.

Un lipo gonfle parce que:

  • la tension d'une cellule est inadaptée (< 2.5V ou > 4.23V)
  • l'accu est trop chaud (> 35~50°C au repos, > 50°C en charge)
  • pour une raison inconnue, typiquement au repos

Remarque: il est tout à fait normal que l'enveloppe d'une cellule lipo se détende lors de l'utilisation de l'accumulateur. Toutefois, un accumulateur qui reste détendu, voire gonflé, présente la plupart du temps des carences lors des mesures.

Un lipo explose parce que:

  • il y a une fuite d'hydrogène dans une cellule

Recommandation:

  • charger les lipos en équilibrant les cellules - cela évite qu'une cellule descende plus vite que les autres depuis le début de la décharge
  • éviter de descendre < 3.0V / cellule, même sous de fortes charges - en aucun cas ne descendre < 2.5V / cellule
  • régler l'alarme du contrôleur > 3.0V - autant perdre un peu de capacité, mais opter pour la longévité de l'accu
  • si l'accu n'est pas utilisé pendant plusieurs semaines, réduire la tension des cellules à une valeur de stockage (storage - 3.85V/cell) - il semblerait qu'un accu pleinement chargé soit d'autant plus sensible au gonflement alors qu'il est inutilisé - quant à un accu vide, la tension descendra tôt ou tard < 3.0V.
  • investir sur un chargeur qui permet de monitorer les cellules - c'est un luxe fort appréciable lorsqu'on a des doutes
  • placer des aérations dans le modèle, afin que la chaleur du moteur ne surchauffe pas l'accu

Vrai ou faux:

Mon chargeur ne charge pas à 100% (97%) VRAI et FAUX. Cela dépend du chargeur et du testeur. Certains chargeurs limitent la charge à 4.17V, soit ~97%, alors que d'autres limitent à 4.20V. La plupart des testeurs calculent le pourcentage sur la base de 4.20V.
J'ai trop déchargé mon accu (ex. oublié dans le modèle). Alors que mon chargeur refuse de le charger pour cause de sous-tension, il suffit de le booster en mode NiMH pendant quelques secondes pour le revitaliser.

presque FAUX - contrairement aux accus au plomb, NiCd ou NiMh, les accus au lithium ne supportent pas la décharge profonde. Il est vrai qu'en boostant la charge pendant quelques secondes, l'accu reviendra à une tension > 2.5V. Mais si le chargeur affiche une alarme, ce n'est pas pour rien. En-dessous de 2.5V, la chimie interne de l'accu se modifie, résultant sur la modification de sa résistance interne. Du coup, l'accu peut se mettre à chauffer beaucoup plus, pouvant mener à des dégâts considérables.

Un accu dégradé doit être soigneusement contrôlé, surtout quant à son échauffement. Dans tous les cas l'accu n'aura plus autant de capacité qu'auparavent.

111120 - François - DesirePower V8 3S 2600.png
Date d'achat: 2011-11
Modèle: DesirePower V8 3S 2600 35C
Usage: ~2 cycles
Etat: parfait, mais a subit une décharge profonde
Capacité de décharge: 2443 / 2600mA
Tension de fin: 9.519V (~3.2V/cell)
Ecart entre cellules: 0.316V

Voici la raison du "presque faux". Le passage de la théorie à la pratique peut être surprenant. Mon ami François a laissé son accu dans son modèle, ce qui l'a mené à une décharge profonde. Cet accu était presque neuf (~2 cycles). Après un coup de boost et une recharge normale, il me disait qu'il le sentait plus mou. A 7A de décharge, cet accu semble encore en forme, mais cet accu a subi une dégradation qui se remarque vers les 3 min, où la tension chute brusquement. Il serait intéressant de tester cet accu à un courant de décharge supérieur, et comparer les courbes avec un accu correct.

Suite à un crash, un accu peut exploser.

VRAI - un choc peut mener à une altération de la chimie interne. Selon les expériences qu'on peut lire sur le net, l'explosion peut être instantanée, voire jusqu'à une heure plus tard.

Si un accu est marqué suite à un choc, veillez-vous de le contrôler soigneusement. La courbe de décharge suivante montre ce qu'un crash peu provoquer (sursaut de tension sur une cellule). Un accu qui a survécu à un crash peut être endommagé, même s'il n'a pas explosé.

111114 - Flightmax 3S 5000-1.png
Date d'achat: 2009-11
Modèle: Flightmax 3S 5000 20C
Usage: env. 10 cycles
Etat: 1 cellule défectueuse, aspect légèrement abîmé. Cet accu a subi un crash de quadricoptère, et l'accu est légèrement marqué. C'est vraisemblablement la cause de ce sursaut de tension (testé 3x pareil). Par sûr que cela explique cet écart de tension sur cette cellule.
Capacité de décharge: 3451 / 5000mA
Tension de fin: 10.254V (~3.4V/cell)
Ecart entre cellules: 0.672V
J'ai mis mon alarme de tension sur mon contrôleur > 3.0V, donc je n'ai aucun risque d'avoir une sous-tension. FAUX - cela serait vrai dans le meilleur des mondes, mais de nombreux accus semblent avoir des cellules défectueuses (voir l'article sur les accus d'HobbyKing - env. 50% d'accus défectueux, même neufs). Plus l'alarme a une tension élevée, moins vous risquerez de dégrader vos accus. Mais cela ne sera valable qu'à la condition que la différence de tension entre la cellule la plus faible et la plus forte soit de l'ordre de 0.1~0.2V. Mes tests m'ont démontré que la moitié de mes accus avaient une différence supérieure à 0.5V.

Tension / pourcentage de charge

Un accu LiPo perd énormément de tension au début et à la fin de sa décharge. Chargé, un LiPo atteind env. 4.2V par cellule. Après quelques secondes, il descend à 4.0V par cellule, puis descend tranquillement. Dans les 20 derniers pourcents, la tension chute brusquement de 3.5V à 3.0V.

Important:

  • en cours de fonctionnement, un accu LiPo ne doit jamais descendre en-dessous de 2.5V
  • à vide, un accu LiPo ne doit jamais descendre en-dessous de 3.0V

Rapport tension / pourcentage

Pourcentage Tension par cellule
0% 3.00
5% 3.30
10% 3.60
20% 3.70
30% 3.75
40% 3.79
50% 3.83
60% 3.87
70% 3.92
80% 3.97
90% 4.10
100% 4.20

Références