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Precautions d'usage pour maintenir en vie le plus longtemps possible sa batterie

L’article FAQ - Batterie Lithium donnait les éléments de choix pour choisir la technologie de sa batterie.
Ici, on va s’efforcer de donner les éléments pour faire durer sa très onéreuse batterie.

Une batterie est similaire à un ballon qui rétrécit au cours du temps et à chaque lavage (ou plutôt : usage).
Au cours du temps, la capacité restituable va diminuer et en parallèle sa résistance interne augmenter (ce qui va limiter sa performance : chute de tension plus élevée et dégagement de chaleur plus fort) .

De façon inéluctable une batterie sera « usée » un jour : Les électrodes et l’électrolyte perdent leurs « puretés », les atomes se mélangent, la surface des électrodes se combine avec l’électrolyte, la résistance interne de la batterie augmente, la capacité active ou restituable baisse.
SI la batterie s’use au cours du temps et cela même sans l’utiliser, cela s’accentue fortement à l’usage.
On peut limiter son vieillissement en soignant sa charge, ses conditions d’utilisation et son stockage.



Durée de vie d'un même modèle de batterie suivant son usage
Durée de vie d un même modèle de batterie suivant son usage
Le graphique montre que suivant leur traitement et le temps, le nombre d’utilisations ou nombre de cycles va diverger entre plusieurs batteries et cela pour une même technologie.

Cet article va tenter de donner les recettes pour cela sachant que dans son usage personnel on fera peut-être l’impasse sur certaines pour mieux jouir de son e-bike.



Les 2 règles de base :


- Ne pas laisser la batterie se décharger complètement systématiquement avant de la recharger, au contraire, si on compte la réutiliser prochainement, la charger même si cela n’est pas nécessaire pour faire le trajet.

- Prendre ses dispositions pour stocker sa batterie quand on ne compte plus utiliser son ‘vae pendant plusieurs semaines. Ne pas laisser sa batterie sur le vélo l’hiver sans s’en préoccuper.

Autres règles


- Privilégier un chargeur de faible puissance autant que possible : plus on charge lentement et mieux la batterie se porte (équilibrage, pas de chauffe). Ne pas utiliser les fonctions « boost » de son chargeur si disponible, le réserver pour les situations exceptionnelles.

-Stocker au froid, rouler au « chaud » : si on a un meilleur vieillissement en stockant au froid une batterie non utilisée, il est préjudiciable pour sa durée de vie de l’utiliser avec des températures proche de zéro. (pour la chaleur c’est moins contraignant, il faut passer au-dessus de 40/50 degrés que les dégâts commencent)

-Disposer d’une batterie adaptée à son usage, notamment si on a un moteur puissant (1Kw et plus) : batterie avec un courant de sortie maximum cohérent avec la puissance maximum du moteur (ex : si le moteur demande 50A , , une batterie avec 4 cellules en // doit disposer de cellules capable de délivrer 50A/4 = 12,5A chacune )

Quelquefois on parle de rodage de batterie, c’est complétement inutile dans le cas de batterie lithium qui donne son maximum dès la première décharge.
Tout au plus, dans certains laptops ou mobiles, il y a des dispositifs de protection de la batterie qui demande à se calibrer et pour cela ont besoin de quelques décharges profondes et charges complètes pour être pleinement opérationnels. Cela, à ma connaissance, n’existe pas sur nos batteries de ‘vae.



Déchargement - Le DoD .


DoD : Depth of Discharge , c’est la proportion de décharge de la batterie par rapport à son niveau maximum . l’énergie consommée à 100% DoD = 2 x 50% DoD = 10 x 10% DoD.

Toutes les études montrent que les batteries sont très sensibles au niveau de décharge maximum qu’on utilise en moyenne avant de la recharger. Plus on va décharger profondément une batterie moins elle aura de potentiel à fournir d’autres cycles, à durer.

Influence du niveau de décharge moyen sur la durée de vie

Le tableau montre le nombre de cycles potentiels en fonction du niveau de décharge moyen : si on décharge à 100%, 50%, 25% ou 10%(DoD = Depth of Discharge) on peut esperer X cycles avant sa mort.
Attention , ce sont des nombres propres à une batterie donnée, ils sont à adapter en valeur absolue à la durée de vie de ses cellules donnée par le constructeur.

La graphique ci-dessous montre pour une batterie LifePO que si les valeurs absolues changent le principe reste le même : plus on va chercher à consommer le maximum de sa batterie moins on pourra espérer la faire durer.
courbe de vieillissement d une batterie LifePO Winston en fonction du DoD utilisée
L’exception du A123 : ils annoncent que même à 100% DoD ils ont des milliers de cycles potentiels (source A123, évidemment ça demanderait à être vérifié par une instance plus indépendante mais les quelques retours dans le forum vont dans ce sens)
L exceptionnel courbe de vieillissement d une cellule A123

Le stockage


On parle de stockage de plusieurs semaines plusieurs mois. Il n’y a rien à s’inquiéter sur des courtes périodes si ce n’est de couper la batterie du contrôleur et de la console (ils consomment peu mais un peu sur un grand WE ca fini par faire baisser dangereusement le niveau de la batterie)

Rappel : Une cellule de batterie doit avoir une tension comprise entre une valeur maximum et minimum, tout écart entraine sa mort.
En stockage c’est la valeur basse à laquelle il faut faire attention.
En effet, même sans être connectée à une charge, une cellule se décharge, lentement mais inexorablement à température tempérée. C’est ce qu’on nomme l’auto-décharge.

Cette auto-décharge est d’autant plus forte que :
-l' âge et/ou son nombre de cycles effectués est élevé
-la tension de la batterie est haute
-la température de stockage est élevée

On peut agir sur les 2 derniers facteurs :
-Température : à zéro degré, l’auto-décharge est complétement stoppée.
Hors le réfrigérateur qui n’est sans doute pas disponible, on a intérêt l’hiver à la stocker dans une pièce froide. Attention néanmoins à bien la laisser se réchauffer avant de la recharger : ça pourrait lui être fatale.
-Tension de stockage : le tableau ci-dessous illustre le fait que plus on stocke à forte charge , haute tension, plus la dégradation est rapide.
Influence de la température de stockage et de la tension de charge
Le tableau est issu de mesures réalisées sur 1 an,sauf à 60degrés ou le test ne s'est fait que sur une période de 3 mois
Les mesures montrent qu'à 25 degrés, si on a chargé à 100% une batterie, sur 1an stockage , elle perd définitivement 20% de sa capacité initiale..
On comprend qu'on aura intérêt à la stocker à une tension ni trop haute ni trop faible (entre 40% et 60%)
Pas trop faible sinon via l’auto-décharge la tension de la batterie pourrait descendre en dessous de sa valeur limite et mourir.
Le mieux sur une longue période est de surveiller la tension périodiquement(mensuellement) pour éventuellement faire une recharge partielle si on s’approche trop des 3,0V/cellule)


La charge d’une batterie


Courbe de charge
Au vu du schéma de charge, on constate que la capacité de la batterie n’est complète que bien après que la tension de la batterie atteint la tension maximum du chargeur. Seule l’intensité consommée donne une idée du niveau de charge.
Il faut donc laisser le chargeur le temps qu’il faut pour bénéficier d’une capacité optimum : 180min en chargeant à 1C(C = Nombre d’AH de la cellule)

Une batterie lithium n'a aucun effet mémoire, on peut la charger à n'importe quel niveau de de décharge.


L’influence de l’intensité maximum de charge sur la durée de vie


Influence de l intensité de charge
On observe clairement que plus on charge avec des intensités élevées plus l’usure liée à cette charge est importante.
On a donc intérêt à avoir un chargeur qui ne charge pas avec des intensités trop fortes au risque d’écourter la vie de la batterie.
Pour nos batteries de VAE, on est en général très loin de ces valeurs. Seules les fonctions « boost » de certains chargeurs rapide peuvent nous inquiéter.
Le BMS(Battery Management System) de la batterie n’aime pas beaucoup non plus les charges à hautes intensités vu qu’il « évacue « l’énergie excédentaire sur des résistances, ça peut chauffe fort.


Influence de la tension maximum de charge


Tension maximum de charge et durée de vie de la batterie
Chaque fois qu’on baisse de 0,1V la tension maximum de charge on double la durée de vie de la batterie !!!
C’est donc un élément très sensible pour augmenter la durée de vie de sa batterie. Évidemment c'est au détriment de la capacité utile.


Chargé à 4,20V/4,25V, la cellule est dans un état instable , elle est dans un état de stress, l'auto décharge est forte ce qui provoque assez rapidement une diminution de la tension à une valeur plus proche de 4,15V voir moins .


Pratiquement pour pouvoir baisser cette tension il faut agir sur le chargeur pour baisser sa tension . Couper la charge manuellement en observant la tension peut perturber la phase d’équilibrage, ceci d'autant plus que l'intensité de charge est forte , d'où encore une fois l’intérêt de charger doucement une batterie : la phase d’équilibrage sera d'autant plus courte
Certains chargeurs ont des niveaux variables comme le Satiator d’EBike.CA, mais en général il faut ouvrir le chargeur pour trouver un potentiomètre qui permet de baisser la tension maximum (malheureusement pas toujours présent)

Si on peut facilement et sans dommage baisser de 0,1V, au-delà il faut tester car il faut s’inquiéter de la réaction du BMS qui peut dans certains cas ne pas enclencher d’équilibrage (à relativiser si on charge lentement, l’équilibrage se fait naturellement)

Précautions à prendre lors de la charge


Les risques d'incendies sont plus importants lors de la charge de sa batterie.

Pour les premières charges, il est prudent de garder sous les yeux la batterie.

Il faut absolument éviter de charger dans un local qui contient des produits explosifs ou très inflammable comme des solvants, des peintures, du gaz , ...

Le mieux est d'aménager un coin loin de matière inflammable , disposer d'une alarme détectrice de feu/fumée.
Éventuellement, on branche le chargeur sur une prise programmable pour limiter à 4 heures la charge si on l'oublie.

Rappel : on branche le chargeur sur le secteur avant de le connecter à la batterie



Conclusion


On peut espérer en respectant quelques règles atteindre des durées de vie de 5 ans voir un peu plus si accepte une certaine dégradation des performances.

Ceux qui cherchent à garder leur batterie le plus longtemps possible il y a 2 grands leviers :
- ne pas trop la décharger (-30% de la capacité maximum)
- Charger avec une tension réduite légèrement (-10% de la capacité nominale)
Ces 2 points entrainent une réduction de la capacité d'usage de quasi 40% .
C’est à prendre en considération dans l'achat , la construction, de sa batterie pour la choisir surdimensionné d'autant.

Au pire on se contentera de limiter son usure en effectuant des stockages soigneux , de ne pas solliciter sa batterie au delà de sa puissance nominale et de limiter son usage quand la température est trop basse.
Un mauvais stockage ampute surement la durée de vie et c'est frequent, attention à l'hivernage pour ceux qui roulent surtout aux beaux jours.

Pour aller plus loin dans la connaissance des batteries lithium :
www.mpoweruk.com
batteryuniversity.com


Article précedent: Chargeur multi cellules

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Campagne Lilloise

N° Article : 831
Article lu 5240 fois.
Créé le 10-08-2016 à 16h15.
Modifié le 16-08-2016 à 14h24.

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