Batterie LiFePo4 – Quelle solution retenir ?

Comme suite à la mise au rebut de ma batterie au plomb, qui m’a lâchement abandonnée (certes, c’est un peu de ma faute), je me suis mis en quête de trouver une batterie au lithium en remplacement.
En effet, l’offre pléthorique de diverses solutions a rendu les batteries lithium plus sûres, tend à faire baisser les coûts, et permet à cette technologie de devenir abordable pour les modestes pêcheurs que nous sommes.

Un rapide tour d’horizon de ce qui est proposé sur le marché :

On peut considérer qu’actuellement, les trois principales technologies de batterie lithium sont :

Lithium Polymère Li-Po

Les batteries Lithium Polymère (LI-PO), qui sont les plus compactes des batteries Lithium, sont utilisées principalement pour des applications où l’encombrement et la masse sont cruciaux (aéro-modelisme, …).

Elles se présentent le plus souvent sous la forme de sachets, avec électrolyte en gel.
Elles sont très fragiles, avec risque réel d’embrasement en cas de perforation de l’enveloppe.

 

Lithium Manganèse LiMn (communément appelées Li-on)

Les batteries LiMn sont le plus souvent conditionnées sous forme de cellules 18650, et on les retrouve habituellement pour alimenter l’outillage électro-portatif, les trottinettes, les vapoteuses, les ordinateurs portables …
Les plus grands fabricants sont SAMSUNG, SONY, LG, SANYO/PANASONIC. Malheureusement, de très nombreuses contrefaçons de ces grandes marques sont proposées à vil prix sur internet.

Batterie 18650 Sony Li-on

 

On peut trouver également sur le marché des produits chinois plus ou moins obscurs, dont les caractéristiques sont bien trop souvent peu tangibles.
Une batterie LiMn accepte entre 500 et 600 cycles de charge/ décharge, et la tension nominale d’un élément 18650 est de 3,6 ou 3,7 volts.

C’est ce type de cellules qui étaient mises en œuvre par BBS, avec des accus SAMSUNG 35E.

 

Lithium Fer Phosphate LiFePO4 (ou LFP)

Cette technologie, en plein essor, est très robuste. Elle permet de créer des batteries de haute puissance, pour un tarif particulièrement attractif.
La densité énergétique est certes inférieure aux autres batteries lithium, mais les éléments LFP ont une très bonne stabilité thermique, et sont plus tolérants aux conditions de pleine charge.

Il est admis que cette technologie est la plus sécurisée des technologies lithium.

Une batterie avec des cellules LFP peut accepter à minima 3000 cycles de charge / décharge. La tension d’une cellule LifePO4 est de 3,2 volts nominal.

La variation de tension d’une batterie Lithium, et en particulier celle des batteries LiFEPO4, est très faible lors de sa décharge. Cela est du, entre autre, au fait que cette technologie est une des moins sensible à l’effet Peukert. Déchargée jusqu’à 20%, elle aura pratiquement la même tension qu’à 80% de charge.
(De ce fait, il sera encore plus difficile d’estimer le SoC d’une batterie lithium juste en mesurant la tension à vide)

A mon humble avis, c’est sans aucun doute cette technologie LifePO4 qu’il faut retenir afin d’alimenter nos moteurs et sondeurs.

 

Une batterie Lithium est composée d’une part de cellules étanches, reliées communément entre elles par des connexions soudées par points, et d’un système de gestion électronique.
La qualité de la batterie dépend de la qualité de chacun de ces éléments.

Dans le cas des batteries LifePO4 de forte puissance, les cellules sont habituellement de type prismatique. Il est facile de les empiler, et d’optimiser ainsi le volume.

Cellules prismatiques LiFePo4

 

4 cellules dans un bac

 

Mais on trouve également des éléments cylindriques, le plus souvent mis en œuvre dans les petites batteries de faible capacité.

Cellules cylindriques LiFePo4

 

La technologie et la fabrication des batteries par assemblage font que toutes les cellules ne sont pas strictement identiques. Il est donc nécessaire de surveiller leur état, et de les protéger. C’est le rôle du circuit électronique de protection et de gestion des batterie : Le BMS (battery management system), ou PCM (protection circuit module).

Un BMS 16S pour cellules LiFePo4

 

Cet élément, c’est le cœur du système, indispensable afin d’assurer le bon fonctionnement de la batterie. Il est important que ce BMS soit de la meilleure qualité possible.

Le BMS (ou PCM dans sa version la plus simple) est une carte électronique plus ou moins évoluée, dimensionnée et adaptée en fonction de la puissance, du type, et de l’assemblage des cellules. Elle permet les fonctions de supervision des tensions, des courants et de la température des cellules, ainsi que la protection contre les surtensions, les fortes décharges et les courts-circuits.

Pendant la phase de charge, la fonction d’équilibrage est fondamentale afin de s’assurer que chaque cellule constituant la batterie est à une égale tension électrique. Le déséquilibre de charge entre les cellules peut entraîner des dysfonctionnements, avec risque de destruction des cellules.

 

Mais avant toute chose, précisons certaines vérités, ou contre vérités, sur les batteries lithium LifePO4.

• Les batteries LiFePo4 emmagasinent 3 fois plus d’énergie qu’une batterie identique au plomb.
• La restitution d’énergie est optimale, quelle que soit la rapidité de décharge (dans les limites prévues par le constructeur).
• Les batteries LiFePo4 ne requièrent aucun entretien. Pas d’acide, pas de corrosion …
• Elles possèdent un faible courant d’autodécharge, ce qui permet un plus long stockage sans les recharger.
• Les batterie LifePO4 tolèrent en décharge des températures comprises entre -20° et 60°. Malgré ces variations de températures, les performances restent pratiquement inchangées.
• La durée de vie de ces batteries peut atteindre 10 ans, et les fabricants sérieux offrent jusqu’à 5 ans de garantie sur leur produits.

Par contre, on lit bien trop souvent que ces batteries peuvent supporter sans broncher de nombreuses décharges totales, ce qui est totalement faux.

En effet, comme pour une batterie au plomb, la profondeur de décharge influe fortement sur le nombre de cycles de recharge, donc sur la potentielle durée de vie de la batterie.
La technologie LifePO4 est quasiment insensible aux micro-décharges, et permet jusqu’à 8000 cycles pour des DOD inférieures à 80 %.
Par contre, ce nombre de cycle diminue assez fortement lorsque les profondeurs de décharge augmentent, pour arriver à 2000/3000 cycles pour des DOD à 100 %.

Bon, il ne faut pas non plus trop s’inquiéter. En considérant, avec beaucoup d’optimisme, que l’on décharge sa batterie à 80 % à chaque sortie, que l’on va à la pêche 300 fois par an (!?), 4000 cycles nous donnent quand même plus de 13 ans d’utilisation potentielle. Il y a de quoi voir venir, surtout si l’on compare avec une batterie au plomb.

Pour finir, il faut veiller à ne pas recharger les batteries LifePO4 à une température inférieure à 0°, au risque d’endommager irrémédiablement les cellules. Je pense notamment à ceux qui ont leurs batteries installées en fixe dans leurs embarcations, et qui pourraient se retrouver à vouloir recharger dehors en plein hiver. Un BMS de bonne qualité devrait normalement être en mesure de bloquer une tentative de charge sous température négative.
A noter que certains modèles de batteries haut de gamme intègrent en interne un système de réchauffage des cellules, afin de palier à ce problème.

 

Inutile de se leurrer, cette technologie est maîtrisée et fabriquée en Asie. Les cellules LifePo4 les moins onéreuses (et les plus nombreuses) proviennent de Chine.
Il est donc vain de tenter de trouver un fabricant de cellules LifePo4 en Europe, et encore moins en France.
Il faudra donc se contenter de batteries dont les composants internes seront à coup sûr d’origine asiatique (comme beaucoup trop d’objets qui nous entourent …).

Les quelques pièges à éviter lors de l’achat d’une batterie LifePo4 :

En premier lieu, se méfier des marques qui n’en sont pas réellement. En effet, pas toujours évident de s’y retrouver dans ce marché émergeant et foisonnant, où l’on retrouve souvent des produits identiques distribués sous toutes sortes de marques plus ou moins éphémères, avec des sites de vente en ligne qui ne le sont pas moins …

You-tube est ton ami : En effet, on va pouvoir trouver bon nombre de youtubeurs qui décortiquent les batteries lithium, et publient pour certains des reports plutôt bien circonstanciés.

A vous de sélectionner les produits qui semblent faire l’unanimité, en mettant de côté, d’une part, les avis « sponsorisés », qui ne peuvent pas être réellement objectifs (un chien ne mord pas la main qui le nourri), donc peu fiables, et, d’autre part, les produits (ou pseudo marques) que l’on retrouve souvent en bas de classement, du fait de conceptions très moyennes, ou de manque de suivi dans le choix des composants internes.

De plus, certains assembleurs (pourtant réputés,et de surcroît français) ne sont pas forcément à l’abri de déboires commerciaux, tels BBS qui a déposé le bilan, et que dire de Energy66, qui semble avoir mis sur le marché français des batteries ne répondant pas vraiment au normes de sécurité en vigueur.

En second lieu, se méfier de tarifs trop avantageux. Ils cachent bien trop souvent un loup.

Le cas le plus fréquent, ce sont des batteries qui mettent en œuvre des éléments dits de « grade B », c’est à dire qui sont hors tolérances, ou, plus grave encore, des éléments qui ont déjà servi, qui sont déclassés, puis recyclés dans des produits très bas de gamme. Les capacités de ces batteries peuvent être bien souvent inférieures de 15 à 25 % par rapport à la capacité annoncée, sans compter qu’il est impossible de prévoir le comportement de ces cellules déjà « usées » sur le long terme.

Un autre cas de figure, plus subtil, c’est l’assemblage 3S d’accus Li-on.

Nous avons vu plus haut qu’un élément LIFEPO4 débite 3,2 volts nominal. Afin d’obtenir 12 volts, il faut assembler 4 accus de 3,2 volts en série (assemblage 4S), ce qui nous donnera 12,8 volts nominal.
A l’usage, la tension débitée par cet ensemble 4S LIFEPO4 se situera entre 13 volts et 12,4 volts environ, avant la chute de tension finale et l’arrêt à 10 volts.

Avec les Accus Li-on, la tension nominale est de 3,7 volts, et certains petits malins (qui ont parfois pignon sur rue) ne vont pas hésiter à vous vendre des assemblages 3S. En effet, (3,7 volts x 3) nous donne 11,1 volts nominal, et en jouant sur la tension à vide de départ, qui se situe à 12,6 volts, cette batterie vous sera proposée pour du 12 volts.

Si votre moteur peut se contenter de cela, avec une petite augmentation de consommation, il n’en sera pas de même pour votre électronique embarquée, qui aura du mal à digérer une tension chutant au dessous de 10 volts. En effet, la baisse de tension en fonctionnement se situera aux environs de 9,3 volts, avant un arrêt complet à 8,7 volts.
Par exemple, mon sondeur Garmin se coupe lorsque la tension d’alimentation chute à moins de 10 volts …

Pour illustrer cela, voici la fiche technique d‘une lifePo4 4S :

 

Et voici celle d’une Li-on 3S. Il n’y a pas photo, au regard de la plage de tension de fonctionnement.

 

Mon choix de batterie s’est fait sur une base de critères de sélection que j’ai longuement évalués.

Mes critères de sélection :

• Une marque semblant reconnue : Site internet crédible, représentativité dans différents pays, participation à des salons commerciaux réputés, …
• Avis plutôt globalement favorables, comme suite à des bancs d’essai sur internet (Youtube…)
• Disponibilité et délais de livraison
• Le tarif, aussi …

Parmi les différentes solutions possibles, j’ai finalement retenu la marque RoyPow.

https://roypowcell.com/

A noter que Roypow propose des batteries spécialement dédiées aux pêcheurs (sous la marque Roypow et sous la marque Epoch), mais pour l’instant introuvables en Europe, et encore moins en France. https://www.youtube.com/watch?v=5d0GaljH9pU

Le modèle que j’ai retenu : https://roypowcell.com/products/roypow-12v-100ah-lithium-iron-phosphate-deep-cycle-rechargeable-battery (lien d’achat en fin d’article).

Je précise que je ne suis pas sponsorisé par cette marque, et que j’ai acheté cette batterie via Amazon avec mes deniers personnels.
J’achète très rarement sur Amazon, n’étant pas vraiment en accord avec les pratiques commerciales de cette entreprise, mais il n’y a que sur ce site que j’ai pu trouver cette batterie à un tarif correct.

Cette batterie chinoise doit être considérée comme n’étant pas un produit premium, et serait plutôt à classer dans la catégorie « moyenne gamme ». En effet, proposée à 560,00 Euros, elle se situe dans la moyenne haute des tarifs pour ce type de produit.

Contrairement à de nombreux produits d’entrée de gamme, qui utilisent des éléments standards OEM, le coffret Roypow est propriétaire à la marque. Il semble être en ABS.

 

Le petit afficheur de capacité, dont les données, je le rappelle, sont à prendre avec des pincettes.

 

Le coffret s’ouvre facilement, le couvercle est maintenu par 10 vis.
Niveau conception et agencement, rien d’exceptionnel à l’intérieur, mais le câblage est bien proportionné, les connections et câbles protégés par des gaines et des cabochons, les barres de bus entre les éléments sont de dimensions respectables, et bien soudées.
D’après les infos que j’ai pu glaner, les cellules sont des EVE, fabricant qui semble avoir bonne réputation (il se pourrait même que EVE soit le propriétaire de Roypow).
Autre bon point, le BMS n’est pas une simple carte générique bas de gamme, mais bien un développement et une fabrication Roypow. De plus, chose assez rare pour une batterie dans cette gamme de prix, ce BMS intègre une protection basse température.
On peut également observer, sous les trois vis de connexion, le gros radiateur de dissipation servant à refroidir les Mos-fet.
Bien que les cellules soient parfaitement étanches (aucun risque de contact avec l’eau de ce côté là), j’ai remonté le couvercle avec un bon joint de silicone, afin de ne pas risquer d’endommager le BMS en cas d’une brève immersion de la batterie. Il y a peu de chance que cela arrive, mais sur un bateau, on est quand même entouré d’eau …

Les caractéristique de cette batterie sont :

• Capacité : 105 Ah / 1344 Wh
• Courant de décharge toléré : 100A (150 maxi en pointe)
• Poids : 11 kg

Bien entendu, un petit test de capacité s’impose. Après une charge complète, je branche et je paramètre mon module.

Intensité de décharge : 12A (limite max de mon appareil). Tension à vide de la batterie : 13.46 volts. Tension de déclenchement fin de test : 10 volts.

 

Début du test. Après trois minutes, la tension se stabilise à 12.89 volt. Cette légère chute de tension est normale, car la batterie débite 12A.

 

Après 4h30 de test, nous avons 54 Ah, et la tension a chuté à 12.73 volts.

 

Fin du test. Capacité obtenue après 8h50 de décharge : 106Ah (pour 105 annoncé par le fabricant), et 13437 Wh (pour 13440). Rien à ajouter, c’est conforme. Cette batterie tient haut la main toutes ses promesses, en tout cas au niveau de sa capacité.

 

Voici la courbe de décharge mesurée par mes soins. La tension varie de 0.6 volts sur toute la durée de la plage d’utilisation, avant de chuter brutalement en quelques minutes, et stopper. On peut constater que toute la puissance est disponible, pendant toute la durée d’exploitation. C’est juste terriblement efficace par rapport à mes batteries AGM.

C’est vraiment une très nette différence par rapport à une batterie au plomb, dont la tension va progressivement baisser bien plus tôt, ce qui rendra la propulsion bien moins efficace (le moteur tend à perdre progressivement de la puissance avec une batterie au plomb).

Par contre, le revers de la médaille, c’est qu’il n’y aura aucun signe avant coureur lorsque la batterie arrivera en fin de décharge. Au moment ou l’on commencera à se rendre compte que quelque chose flanche, le BMS coupera l’alimentation.

Cette courbe assez plate rend encore plus difficile et peu fiable l’estimation de la capacité restante de la batterie par la mesure de la tension à vide. Cela peut donner le sentiment à certains que leur batterie au lithium “n’a pas de fin”, et semble durer beaucoup plus longtemps qu’une batterie au plomb. Ce n’est pas entièrement faux, mais il ne faut pas oublier que 100Ah de capacité, c’est 100Ah, quelle que soit la technologie de la batterie. Une batterie ne peut pas miraculeusement multiplier les pains.

Pour l’anecdote, lors du concours de pêche au brochets de Madine, un des participants était parti sans appréhension avec 60% de réserve (donnée afficheur) sur sa batterie lithium, et avait argué, avec beaucoup de confiance, que sa nouvelle batterie pouvait tenir plusieurs sorties sans être rechargée.
Cela est certes possible, mais sans savoir exactement quelle quantité d’énergie avait déjà été puisée, difficile d’établir un pronostic sur la durée de décharge restante.
Le vent avait un peu forci en fin de matinée, et au final, il a fallu aller chercher et remorquer le pauvre pêcheur en perdition, avec la batterie totalement à plat.

La seule manière d’établir la quantité d’énergie puisée dans la batterie, et ce afin de pouvoir établir une prévision à peu près fiable quant à la durée d’utilisation restante, est de mesurer le débit d’énergie, avec, par exemple, une pince ampèremétrique.

Lors de mes sorties pêche, j’ai effectué des relevés de consommation de mon moteur électrique. C’est un Powerdrive V2 46lb.

Grâce à cette abaque, je me suis fait mentalement une évaluation de la capacité de ma batterie en fonction de la vitesse de déplacement.
Mon prochain bricolage sera certainement la mise en place d’un compteur de courant. Du fait que la technologie LifePo4 est très peu sensible à l’effet Peukert, le paramétrage sera assez simple à réaliser, et le montage me donnera précisément la capacité de ma batterie en temps réel.

Voilà, ma batterie lithium a maintenant plus d’une dizaine de sorties au compteur, et j’en suis pleinement satisfait. Auparavant, pour avoir une quantité d’énergie à peu près équivalente, il fallait que je me trimballe deux batterie AGM de 30kg chacune, alors que maintenant, 11kg suffisent; mes vertèbres apprécient.
Seul le temps sera maintenant juge de la durée de vie de cette batterie, qui, je l’espère, sera à la hauteur de mes espérances.

Je tiens à préciser qu’en aucune façon je ne recommande cette batterie et cette marque en particulier, ne tenant pas à me porter garant de quoique ce soit.
Dans cet article, je vous ai fait simplement part de mes réflexions et de ma démarche, et je laisse à chacun son libre arbitre pour juger de la qualité de cette batterie.
De nombreux autres produits existent sur le marché, avec différents formats de conditionnement des cellules, et avec certainement de très bons rapports qualité/prix. A vous de jouer maintenant …

AB

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