Charge, entretien, stockage 1/26 Connaissances de base Les conditions de charge déterminent l’état de santé nominale des éléments LiPo Plan du chapitre 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 Von » vue du chargeur Charge en 3D - deux régimes consécutifs de charge (spécificité onéreuse des LiPo) Charge 3D - « tension Voff» : la FEM de la batterie, une grandeur variable

Charge, entretien, stockage 2/26 Charge et décharge exhaustives (à ne surtout pas faire sur ses LiPo !) Allure typique d’une courbe de primo-insertion (ligne de fabrication) V profondeur de charge % 200 source : Lithium Metal Oxide (d’après H. Döring et A. Jossen, 2005)

Charge, entretien, stockage 2/26 3/26 Charge et décharge exhaustives (à ne surtout pas faire sur ses LiPo !) V Limitation du Vmax à la charge Peroxydation de la positive à la charge (gonflement, inflammation) Vmax profondeur de charge % 200

Charge, entretien, stockage 2/26 4/26 Charge et décharge exhaustives (à ne surtout pas faire sur ses LiPo !) V Désordres sur la négative Limitation du Vmin à la décharge Décharge corrosion Charge Formation de dendrites de Li, percement du séparateur, court-circuit Limitation du Vmax à la charge Peroxydation de la positive à la charge (gonflement, inflammation) Vmax Vmin profondeur de charge % 200

Charge, entretien, stockage Fenêtre des « tensions » 2/26 5/26 Charge et décharge exhaustives (à ne surtout pas faire sur ses LiPo !) V Désordres sur la négative Limitation du Vmin à la décharge Décharge corrosion Charge Formation de dendrites de Li, percement du séparateur, court-circuit Fenêtre des « tensions » Limitation du Vmax à la charge Peroxydation de la positive à la charge (gonflement, inflammation) Vmax Vmin profondeur de charge exhaustive % 200

Charge, entretien, stockage 2/26 6/26 Exemple de charge et décharge « normales » LiMn2O4 : 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) 100 200 300 400 500 ? ≈ 1,3C pourquoi ?

Charge, entretien, stockage 2/26 7/26 Exemple de charge et décharge « normales » LiMn2O4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V FEM (volts) durée cumulée

Charge, entretien, stockage 2/26 8/26 Exemple de charge et décharge « normales » LiMn2O4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V intensité FEM (volts) durée cumulée

Charge, entretien, stockage 2/26 9/26 Exemple de charge et décharge « normales » LiMn2O4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V intensité FEM (volts) charge (1C) durée cumulée

Charge, entretien, stockage 2/26 10/26 Exemple de charge et décharge « normales » LiMn2O4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V intensité FEM (volts) charge (1C) Qcharge durée cumulée

Charge, entretien, stockage 2/26 11/26 Exemple de charge et décharge « normales » LiMn2O4 : la fenêtre des « tensions » est comprise entre 3,3 et 4,3 V La Qcharge suivante doit être égale à la Qdécharge précédente intensité FEM (volts) décharge (1,3C) charge (1C) Qdécharge Qcharge durée cumulée

Charge, entretien, stockage 2/26 12/26 La fenêtre exploitable des « tensions » Les valeurs de Vmax et Vmin (*) dépendent de la chimie de l’élément Vmax Les barri charge décharge Vmin (*) 20% « profondeur » de charge/décharge 100% Qcharge = Qdécharge (%) 100 (*) seuil de coupure (basse)

Charge, entretien, stockage 2/26 13/26 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 4,0 100 50 LiMn2O4 LiFePO4 quantité d’électricité injectée Q(Ah) % FEM (V) même largeur de fenêtre des « tensions » (≈ 1 V)

Charge, entretien, stockage 2/26 14/26 Diagramme de charge (normé) profondeur de charge % Intensité (A) « tension » (*)  100 Vmax 4 4 80 fenêtre des « tensions » 60 Qcharge (Ah) nC 3 Von 40 Vmin 20 0C 2 durée 1 (*) différence de potentiel (V) appliquée par le chargeur aux bornes de la batterie, également appelée « Von »

Charge, entretien, stockage 2/26 15/26 Un chargeur adapté, c’est une sécurité de plus ! Deux versions de base : charge (décharge) continue ou discontinue (on/off) (*) La programmation du chargeur doit prendre en compte la chimie des éléments (*) 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

Charge, entretien, stockage 2/26 16/26 Charge en 3D, « tension » du chargeur « tension » Vmax intensité (A) Fenêtre (*) des « tensions » Vmin Quantité d’électricité injectée (Ah) (*) les valeurs Vmax et Vmin de la fenêtre sont imposées par le chargeur programmable. Elles dépendent de la chimie

Charge, entretien, stockage 2/26 17/26 Charge en 3D, Von/Vmin « tension » Vmax intensité (A) Fenêtre (*) des « tensions » Von Vmin Quantité d’électricité injectée (Ah) (*) les valeurs Vmax et Vmin de la fenêtre sont imposées par le chargeur programmable

Charge, entretien, stockage 2/26 18/26 Charge en 3D, Von/Vmin, Ion, Qon « tension » « tension » Vmax intensité (A) Fenêtre des « tensions » Von Vmin Quantité d’électricité injectée (Ah)

Charge, entretien, stockage 2/26 19/26 La FEM de l’accu n’est pas une grandeur constante « tension » FEM = Voff Von - Voff = r x I r : «résistance interne »  Vmax intensité (A) Fenêtre des « tensions » Von Voff Quantité d’électricité injectée (Ah)

Charge, entretien, stockage Régime intensiostatique 2/26 20/26 Deux régimes de charge successifs Régime intensiostatique C’est durant cette période que des contraintes mécaniques s’exercent (positive) ou se libèrent (négative). Leur module dépend de Vmax. Vmax intensité (A) fenêtre des « tensions » Vmin Quantité d’électricité injectée (Ah)

Charge, entretien, stockage 2/26 21/26 Deux régimes de charge successifs Régime potentiostatique C’est durant cette période que le chargeur équilibre les FEM de chacun des éléments d’un pack. Vmax intensité (A) fenêtre des « tensions » Vmin Quantité d’électricité injectée (Ah)

Charge, entretien, stockage 2/26 22/26 Deux régimes de charge successifs 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. Vmax intensité (A) fenêtre des « tensions » Vmin Quantité d’électricité injectée (Ah)

Charge, entretien, stockage 2/26 23/26 Équilibrage en fin de charge (V constant) Vmax V fenêtre des « tensions » Vmin important ! Quantité d’électricité injectée (Ah)

Charge, entretien, stockage 2/26 24/26 En charge, une batterie subit des contraintes 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

Charge, entretien, stockage 2/26 25/26 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.

Charge, entretien, stockage 2/26 26/26 Conclusions 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 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)