Connaissances de base Les conditions de charge déterminent l’état de santé nominale des éléments LiPo Charge et décharge exhaustives à ne surtout pas faire sur ses LiPo ! La fenêtre des « tensions » Diagramme de charge (normé) Un chargeur adapté, c’est une sécurité de plus Charge en 3D - « tension V on » vue du chargeur Charge en 3D - deux régimes consécutifs de charge (spécificité onéreuse des LiPo) Charge 3D - « tension V off » : la FEM de la batterie, une grandeur variable 1 Plan du chapitre

2 source : Lithium Metal Oxide (d’après H. Döring et A. Jossen ; 2005) V profondeur de charge % Allure typique d’une courbe de primo-insertion (ligne de fabrication) Charge et décharge exhaustives (à ne surtout pas faire sur ses LiPo !)

3 V V max Peroxydation de la positive à la charge (gonflement, inflammation) 0 profondeur de charge % 0200 Limitation du V max à la charge Charge et décharge exhaustives (à ne surtout pas faire sur ses LiPo !)

4 Charge et décharge exhaustives (à ne surtout pas faire sur ses LiPo !) Désordres sur la négative Limitation du V min à la décharge Décharge corrosion Charge Formation de dendrites de Li, percement du séparateur, court-circuit V V max Peroxydation de la positive à la charge (gonflement, inflammation) 0 profondeur de charge % 0200 Limitation du Vmax à la charge V min

5 Fenêtre des « tensions » Charge et décharge exhaustives (à ne surtout pas faire sur ses LiPo !) Désordres sur la négative Limitation du V min à la décharge Décharge corrosion Charge Formation de dendrites de Li, percement du séparateur, court-circuit V Peroxydation de la positive à la charge (gonflement, inflammation) 0 profondeur de charge exhaustive % 0200 Limitation du Vmax à la charge V max V min

6 LiMn 2 O 4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V FEM (volts) 3,2 3,6 4,0 4,4 charge 1C décharge ? durée (min) ? ≈ 1,3C pourquoi ? Exemple de charge et décharge « normales »

FEM (volts) 7 durée cumulée LiMn 2 O 4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V Exemple de charge et décharge « normales »

FEM (volts) 8 durée cumulée intensité LiMn 2 O 4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V Exemple de charge et décharge « normales »

9 FEM (volts) durée cumulée intensité charge (1C) LiMn 2 O 4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V Exemple de charge et décharge « normales »

10 FEM (volts) durée cumulée intensité charge (1C) Q charge LiMn 2 O 4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V Exemple de charge et décharge « normales »

FEM (volts) durée cumulée intensité charge (1C) Q charge Q décharge décharge (1,3C) La Q charge suivante doit être égale à la Q décharge précédente LiMn 2 O 4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V 11 Exemple de charge et décharge « normales »

Les valeurs de Vmax et Vmin ( * ) dépendent de la chimie de l’élément La fenêtre exploitable des « tensions » 12 Les barri « profondeur » de charge/décharge 20%100% V max V min ( * ) Q charge = Q décharge (%)0100 charge décharge ( * ) seuil de coupure (basse)

13 Fenêtre des « tensions » LMP vs. LMO Pour les mêmes valeurs respectives de Q(Ah) et de C(Ah/h) 2,4 2,8 3,2 3,6 4, LiMn 2 O 4 LiFePO 4 quantité d’électricité injectée Q(Ah) % FEM (V) même largeur de fenêtre des « tensions » (≈ 1 V)

14 Intensité (A) « tension » ( * ) profondeur de charge % durée ( * ) différence de potentiel (V) appliquée par le chargeur aux bornes de la batterie, également appelée « Von » Diagramme de charge (normé) Q charge (Ah) fenêtre des « tensions » 4 Vmin Vmax 0C nC Von

Un chargeur adapté, c’est une sécurité de plus ! 15 Deux versions de base : charge (décharge) continue ou discontinue (on/off) ( * ) ( * ) sur « on » le chargeur impose la valeur de V à l’accu ; sur « off », le chargeur lit la valeur de la FEM de l’accu La programmation du chargeur doit prendre en compte la chimie des éléments

Charge en 3D, « tension » du chargeur 16 ( * ) les valeurs Vmax et Vmin de la fenêtre sont imposées par le chargeur programmable. Elles dépendent de la chimie « tension » intensité (A) Quantité d’électricité injectée (Ah) Fenêtre ( * ) des « tensions » V max V min

17 ( * ) les valeurs Vmax et Vmin de la fenêtre sont imposées par le chargeur programmable « tension » intensité (A) Fenêtre ( * ) des « tensions » Quantité d’électricité injectée (Ah) Charge en 3D, Von/Vmin V on V max V min

18 « tension » intensité (A) Charge en 3D, Von/Vmin, Ion, Qon « tension » intensité (A) Fenêtre des « tensions » V on V max V min Quantité d’électricité injectée (Ah)

19 La FEM de l’accu n’est pas une grandeur constante intensité (A) V off V on FEM = Voff Von - Voff = r x I r : «résistance interne » Quantité d’électricité injectée (Ah) « tension » Fenêtre des « tensions » V max

Deux régimes de charge successifs 20 Régime intensiostatique C’est durant cette période que des contraintes mécaniques s’exercent (positive) ou se libèrent (négative). Leur module dépend de V max. Quantité d’électricité injectée (Ah) intensité (A) fenêtre des « tensions » V max V min

21 Régime potentiostatique C’est durant cette période que le chargeur équilibre les FEM de chacun des éléments d’un pack. Deux régimes de charge successifs Quantité d’électricité injectée (Ah) intensité (A) fenêtre des « tensions » V max V min

La FEM n’est pas constante, variation et allure dépendent de la chimie. D’où l’importance du principe de l’équilibrage des éléments dans un pack en fin de charge. 22 intensité (A) Deux régimes de charge successifs fenêtre des « tensions » V max V min Quantité d’électricité injectée (Ah)

23 fenêtre des « tensions » Équilibrage en fin de charge (V constant) V V max V min Quantité d’électricité injectée (Ah) important !

La chaleur favorise le gonflement (cinétique chimique) Pas de « fortes » intensités (l’effet Joule dépend de la chimie, respecter le régime recommandé nC) Équilibrer les éléments d’un pack (autodécharge, vérifier l’équilibre des FEM ¼ d’heure après la fin de charge) Ne recharger que des éléments identiques (FEM & capacité) Le « vieillissement » d’un élément diminue sa FEM, surveiller chaque élément du pack En charge, une batterie subit des contraintes 24

Bien que les risques soient de plus en plus minimes, surveiller périodiquement la FEM de chaque élément (10 « turn-over »). Veiller à respecter les limites Vmin et Vmax. Sauf pour les LiFePO4 qui ne risquent rien (chimie), procéder à un cycle de charge complète puis de décharge à 50% de la capacité avant stockage en fin de saison. Même pour les LiFePO4 et contrairement aux NiCd et NiMH, ne pas stocker les LiPo dans un réfrigérateur. Pas pour un problème de température, mais d’humidité permanente et du risque rédhibitoire de condensation que cela peut entrainer. Les meilleures conditions pour le stockage des LiPo ? Un sac de protection, une température modérée et l’atmosphère suffisamment sèche d’une pièce peu ou pas chauffée. 25

Comment éliminer une LiPo ? Un sujet qui fera l’objet d’un atelier en plein air (terrain de l’AMCY), où chacun pourra éliminer ses propres accu(s) Conclusions 26 Les conditions de charge déterminent la santé chimique d’une LiPo Ses premiers cycles constituent une période de « rodage » (stabilisation chimique) Un chargeur adapté est indispensable : deux régimes ; équilibrage des éléments ; « on/off » Le secret de la longévité d’une LiPo : respecter son nC (aller trop vite est toujours risqué !) Le secret du stockage d’une LiPo : décharger jusqu’à Vmin ; charger à Q/2 ; conserver au sec