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Page mise à jour le : 15-Déc-2023
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Un élément d'accumulateur Lithium-Polymère englobe dans un sachet souple un électrolyte (qui est un polymère ou gel, contenant un sel de Lithium) dans lequel baignent deux électrodes : une en graphite (négative) et une autre en métal contenant aussi du lithium (positive). Le Lithium est un métal alcalin, pur il est mou et de couleur blanc argenté. Comme il est extrêmement réactif et s'oxyde très vite à l'air, on ne le trouve pas à l'état pur dans la nature : il est fabriqué à partir de certains minéraux par électrolyse, mais c'est une ressource non renouvelable produite par une poignée de pays dans le monde. Sur un accu LiPo, les
gros fils (rouge + et noir -) sont destinés à la charge/décharge
(circulation principale du courant) et les petits fils munis d'une prise
blanche sont destinés à l'équilibrage et ne servent
généralement qu'au moment de la charge de l'accu (voir ci-dessous
section 4). On peut aussi monter sur cette prise blanche un détecteur
de décharge appelé LiPoBuzz ou un voltmètre pendant
le fonctionnement de l'appareil utilisé (perfo par exemple) donc
pendant la décharge de l'accu.
Un accu LiPo est fait de plusieurs éléments montés en série (c'est de là que vient la lettre « S » dans la description de l'accu). Chaque élément a une tension nominale de 3.7V, mais en fin de charge sa tension monte jusqu’à 4.2V. La tension nominale d'un accus 2S est donc de 7.4V (2 fois 3.7V), mais en fin de charge l'accu donnera 8.4V (le chargeur coupe normalement la charge à 4.2V maxi par cellule pour éviter de les endommager). Tableau
des valeurs de tension suivant le % de charge de l'accu
Les LiPo doivent être utilisés de préférence avec des appareils munis d'un cut-off (système qui coupe l'alimentation quand la tension de l'accu est trop basse pour préserver les LiPo qui n'aiment pas être trop déchargés). On peut palier le manque de cut-off en ajoutant sur l'accu un LiPoBuzz connecté à la prise d'équilibrage (petite prise blanche). Celui-ci sifflera et/ou clignotera quand la tension d'un élément sera trop basse. Quand vous montez un accu LiPo sur un appareil électrique, il vous faut calculer combien de « S » il doit contenir afin d'avoir la bonne tension (en Volts). Par exemple pour une lampe en 3.7V il faut du 1S, pour une lampe alimentée en 7.4V il faut du 2S et pour un perforateur HILTI TE6A en 36V il vous faudra du 10S ou bien coupler deux accus 5S (5S+5S=10S).
À tension égale, plus il y aura de mAh (milliampère heure) plus l'autonomie de l'accu sera importante, mais plus il sera lourd et cher. À tension égale, moins il y aura de mAh moins l'accu aura d'autonomie mais plus il sera léger et bon marché. Un accu à fort courant sera aussi plus long à charger et demandera parfois un chargeur plus puissant, voire une alimentation pour ce chargeur plus puissante elle aussi, donc également bien plus chère. Pour charger un accu LiPo, il faut avoir un chargeur adéquat qui puisse équilibrer les éléments du LiPo en cours de charge.
Un cut-off automatique mesure la tension totale de l'accu, et dès qu'elle descend sous une certaine valeur, il coupe l'arrivée du courant. Il y en a sur tous les perforateurs HILTI. C'est pour permettre son bon fonctionnement qu'il ne faut pas que l'accu soit déséquilibré, sinon il se peut par exemple qu'au sein du même accu une cellule soit à 2,5V et une autre à 3,5V (rappelons qu'un élément LiPo ne doit pas descendre en dessous de 2,8V sinon il sera endommagé). Sur les véhicules RC (de modélisme) il existe des cut-off programmables, ce que nous n'avons pas en spéléo sur un perfo bidouillé : c'est donc à vous de jouer le rôle de cut-off. Pour cela écoutez bien votre LiPoBuzz et ne forcez jamais trop sur la décharge. Après deux ou trois avertissements successifs (au bout de quelques instants d'arrêt du perfo, la tension de l'accu remontera naturellement et le LiPoBuzz s'arrêtera de couiner), arrêtez impérativement votre appareil et allez recharger l'accu. Le non respect de cette règle vous coûtera cher en accus !
L'équilibrage est indispensable à la durée de vie de vos accus LiPo et permet surtout d'éviter, en cours de charge, l'explosion et l'incendie de leurs éléments.
L'équilibrage permet d'amener chaque cellule de l'accu à la même tension avec précision et se fait pendant la charge. Pour cela il faut brancher la prise d'équilibrage (la petite prise blanche) sur le bord du chargeur et choisir le menu équilibrage de votre chargeur.
Diagramme d'équilibrage pour un accu 3S
Charger un accu LiPo n'est pas anodin : si vous ne voulez pas transformer votre garage en four à pizza il vous faudra prendre des précautions :
ATTENTION : les sacs ignifugés ne sont pas la panacée. Les gaz inflammables générés par le polymère surchauffé peuvent s'échapper sur les côtés par l'ouverture du sac et s'enflammer ensuite à l'extérieur, ce qui donne une sorte de lance-flammes très dangereux. De plus, certains modèles de sacs sont en fibre de verre et donc inflammables : un comble !!!
Il existe différents pack d'accus, on trouve le pack « classique » à bien emballer pour aller sous terre et le pack « Hard case » beaucoup plus solide (voir photos ci-dessus en début d'article). De nombreux modèles de prises différents sont utilisables pour connecteur les accus à vos appareils. Ces prises doivent permettre un lien de qualité sans faux contact qui transmet sans chauffer tout le courant nécessaire à votre appareil (voir plus loin). En voici quelques-unes :
Tableau des courants maxi acceptés en continu par les prises (ordre alphabétique)
Les accus LiPo vendus dans le commerce sont déjà des éléments en série (voir section 1 ci-dessus), mais vous pouvez encore monter 2 accus en série ou en parallèle suivant la nécessité, grâce à des câbles, pour augmenter la tension (en V) ou le courant (en mAh). En série, on additionne les tensions initiales (en V) sans toucher au courant (en mAh). Par exemple en branchant 2 accus « 2S 4000mAh » à 7.4V on obtient du « 4S 4000mAh » à 14.8V. En parallèle, on additionne les courants initiaux (en mAh) sans toucher à la tension (en V). Par exemple en branchant 2 accus « 2S 4000mAh » à 7.4V on obtient du « 2S2P 8000mAh » à 7.4V. Voici ci-dessous quelques exemples de schémas de couplage de cellules d'accus simple (1S) de 3.7V et 1000mAh en série, en parallèle ou combiné. NB : manoeuvre délicate ! Le couplage d'accus est aisé pour des accus NiMh ou NiCd mais bien plus complexe pour des LiIon ou des LiPo. La mise en parallèle par exemple demande des précautions très particulières. La charge des accus doit être rigoureusement identique avant leur jonction. Cela demande de travailler avec des accus de même marque/modèle, si possible neufs et reposés. Il faudra aussi les équilibrer précisément (en les déchargeant puis en les rechargeant à la tension de stockage) avec un chargeur de qualité, avant d'effectuer la manoeuvre. On peut aussi les coupler avec l'adjonction d'un PCB (circuit électronique d'équilibrage) adapté ou travailler avec des lots de deux cellules déjà en parallèle montées d'usine (très pratique avec des accus LiIon extraits de batteries d'ordinateur portable). Au strict minimum, toujours mesurer la tension des accus avant de les coupler avec un multimètre de précision et n'effectuer le couplage que si les valeurs sont très proches (quelques centièmes de volt d'écart au maximum).
Des câbles de couplage existent à la vente mais vous pouvez aussi vous les fabriquer. Si vous vous fabriquez votre câble, faites attention à bien respecter les polarités. Il faut bien entendu pouvoir souder (fer à souder et soudure) et si possible avoir de la gaine thermo rétractable pour finir proprement les connexions. Un multimètre peut être utile pour vérifier les contacts et la qualité de vos soudures.
Câble chargeur (sortie avec DEAN / T mâle) Souvent le chargeur est vendu avec des câbles de sortie et d'entrée, mais vous n'aurez pas forcément la prise qui vous convient. La plupart des chargeurs fonctionnent autour de 12V CC, ils ne se branchent donc pas directement à la prise 220V mais nécessitent une alim externe. Un modèle comme le IMAX B6AC contient une alimentation incorporée (assez faible) et se branche donc directement sur une prise de courant : pratique ! Ce modèle est très répandu, mais il s'agit d'un appareil chinois très souvent imité et fabriqué avec peu de soin. Voici comment l'ouvrir et ce qu'on voit à l'intétrieur : pas de terre reliée au chassis, soudures médiocres, calibrage perfectible. On en a pour son argent mais pas plus : pour des spéléos qui ne rechargent pas leurs accus 3 fois par semaine (et surtout pas trop vite) cette gamme peut tout de même suffire...
Les « C » correspondent à la capacité de décharge, plus le nombre de «C» est élevé et plus l'accu pourra fournir de courant (en Ampères), il faut donc choisir ses accus en fonction de leur destination. Plus il y aura de « C », plus vous pourrez alimenter d'appareils puissants : mieux vaut donc que la valeur soit élevée. Mais attention, plus on monte en courant, plus le poids, la taille et surtout le prix des accus augmentent.
Pour connaître le courant consommé par votre appareil (lampe, perforateur...) il faut appliquer la loi d'Ohm : P=U*I d'où I= P/U. Par exemple si votre perforateur consomme 700W (P) en 36V (U), alors le courant moyen consommé sera de 700/36=19.4A. Mais attention, au démarrage le perforateur va consommer une pointe de courant bien plus forte (il faut bien mettre en mouvement toute la mécanique), idem si vous bloquez un peu la mèche dans le trou. Il faut donc avoir une très grosse marge car, on le verra plus loin, les fabricants sont souvent très généreux sur la valeur du courant indiquée sur leurs accus. Ensuite, pour évaluer le courant fourni par votre accu, c'est très simple : il suffit de multiplier le nombre de « C » par le nombre d'ampères de votre accu (un accu de 5000mAh = 5A, un accu de 3300mAh = 3.3A), et vous obtenez le nombre d'Ampères que délivrera votre accu. Mais attention, les constructeurs de marques peu connues ou low-cost trichent sur les valeurs annoncées en les surévaluant ! Exemples théoriques : un accu de 5000mAh à 25C donnera 5 x 25 = 125A maxi en pointe, un accu de 3300mAh à 35C donnera 3.3 x 35 = 115,5A maxi en pointe et un accu de 2000mAh à 45C donnera 2 x 45 = 90A maxi en pointe.
Choisissez le nombre de « C » en fonction de votre utilisation, par exemple si vous avez un appareil qui demande 60A, il vous faudra un accu qui fournira au minimum 60A : logique ! Exemples : a) Appareil de 150A et
accu 5000mAh à 35C : 35 x 5 = 175A, c'est bon, il fournit plus
d'Ampères que nécessaire. Il y a une marge de 25A (soit
14 En conclusion : toujours penser à la marge de sécurité, surtout avec des accus de qualité moyenne.
Hyperion : le top, accus rechargeables à 6C (mais 5C max conseillé), durée de vie 7 fois supérieure aux autres, les valeurs annoncées sont réelles. Chers ! Desire power : apparemment ils sont bons, accus rechargeables à 4C. Kypom : également une très bonne marque, rechargeable à 4C. Polyquest Enerland : accus rechargeables à 5C, très bonne marque. Kokam : la référence des accus professionnels pour vélos électriques.
Un accu Li-poly (ou LiPo) Kokam, taille : 100 x 64 x 5,4mm
Turnigy : bon rapport qualité prix, valeurs surestimées, prendre de la marge en « C ». Zippy : idem que les Turnigy. Rhino : bon rapport qualité prix, apparemment mieux que les Zippy et Turnigy, mais, comme pour les 2 autres ci-dessus, prendre de la marge en « C ».
Orion :
Lu sur un forum de modélisme : « C'est
sûrement la pire ! Des prix hallucinants pour une qualité
vraiment très très médiocre ! Ils gonflent au bout
de 5 recharges sans raison apparente, même avec des 45C 4600mAh
qui sont détruits en un rien de temps ! À ÉVITER
À TOUT PRIX ! »
Il faut connecter le câble permettant de brancher les accus en série à la prise de sortie de courant du chargeur (rouge et noire), et relier les deux accus à ce câble. Brancher ensuite le câble permettant d'équilibrer les accus à la prise d'équilibrage du chargeur (grosse prise 4S), et la prise d'équilibrage de chaque accu à une de celles du câble d'équilibrage (prises 2S). Sur votre chargeur, vous devez choisir la tension totale que fourniront vos accus en série (par exemple si vous voulez charger 2 accus 2S vous devrez choisir 4S sur le chargeur).
Il vous faudra juste le câble pour mettre les accus en série, chaque accu verra sa prise d'équilibrage se connecter à une petite prise blanche du chargeur. Mais attention, ces chargeurs permettant d'équilibrer plusieurs accus à la fois sont généralement chers (entre 180€ et 300€ avec l'alimentation).
Modèle Hyperion EOS1420i ayant deux ports d'équilibrage
Il faut que vous connectiez le câble permettant de brancher les accus en série à la prise de sortie de courant du chargeur (rouge et noire), et que vous branchiez les deux accus à ce câble. Vous devez ensuite brancher un accu sur chaque plaque d'équilibrage. Ces plaques sont fournies avec le chargeur et permettent de brancher des accus de plusieurs types (par exemple de 2S à 6S). Sur votre chargeur, vous devez choisir la tension totale que fourniront vos accus en série (par exemple si vous voulez charger 2 accus 2S vous devrez choisir 4S sur le chargeur). Le chargeur devrait détecter tout seul qu'il y a 2 accus, donc ne vous préoccupez pas de régler les valeurs du courant d'équilibrage.
Modèle
Hyperion EOS 720i ayant deux ports d'équilibrage, deux écrans
Tout simplement brancher
un accu à chaque port de sortie (noir – rouge), et brancher
la prise d'équilibrage de chacun des accus sur la plaque d'équilibrage
qui lui correspond.
Ces chargeurs ont 2 écrans, vous devez donc sélectionner les infos requises à l'écran pour chaque accu, comme si vous aviez 2 chargeurs séparés.
Il faut choisir son chargeur en fonction de ses accus : si vous avez des accus qui ne se rechargent qu'à 1C maximum, inutile d'acheter un chargeur qui charge à 20A. Si on possède des accus de marque Hyperion (ou autre supportant de fortes charges) il peut être intéressant d'acheter un chargeur capable de charger très rapidement (par exemple avec des Hyperion on peut arriver à charger les accus en 15 minutes équilibrage compris). Mais attention, ce type de chargeur est très onéreux et il faut bien sûr leur ajouter une alimentation externe stabilisée suffisamment puissante (voir section 14). Ceci dit, la vitesse de charge a probablement moins d'importance en spéléo qu'en modélisme. Pour nous, la durée de vie et la fiabilité des accus étant primordiale, il vaut mieux se contenter de charger à 1C : en plus, cela vous fera faire des économies sur le prix d'achat du chargeur !
Le watt (W) est l'unité électrique utilisée pour mesurer la puissance P (ici celle du chargeur). Il vous faudra utiliser à nouveau la loi d'Ohm P=U*I pour évaluer la puissance du chargeur et donc sa capacité à charger vos accus. Si votre chargeur est capable de charger à 20A des accus 6S, alors cela donne une puissance théorique de 22,2V * 20A = 444W. Dans ce cas votre chargeur a une puissance théorique d'environ 450W. Inversement un chargeur donné pour 400W doit pouvoir charger à environ 20A un accu 5S sous une tension de 18.5V (puisque 20A * 18.5V = 370W). Mais là encore il faut tenir compte du fait que la puissance indiquée sur les chargeurs et souvent optimiste.
Hyperion : le top d'après les modélistes, assez chers mais bon rapport qualité/prix ! Graupner : très bonne marque. Futaba : bonne marque, mais très chère donc rapport qualité/prix moyen
Turnigy : pas extraordinaire, mais pour des spéléos cela peut convenir. ;o) Notice d'utilisation du chargeur TURNIGY ACCUCELL 6 Imax : idem à Turnigy, voir ci-dessus l'intérieur d'un IMAX B6AC.
Marques
à ne pas utiliser
Orion : mauvais rapport qualité/prix A2pro : assez bonne marque mais bien trop chère, rapport qualité/prix médiocre. LRP : idem ci-dessus, rapport qualité/prix médiocre Les alimentations stabilisées (« Power supply » en anglais) Une alimentation stabilisée, pourquoi ? La plupart des chargeurs d'accus LiPo sont des appareils alimentés entre 12 et 18V en courant continu (CC). Une alimentation stabilisée sert à transformer et réguler le courant que l'ont veut envoyer à un appareil électrique : ici votre chargeur. l'alimentation stabilisée va transformer le courant entrant 220-240V alternatif (CA) en un courant sortant redressé (CC) ayant une tension plus basse. Par exemple, l'alimentation reçoit 230V CA et le transforme en 15V CC pour votre chargeur. Comment dénicher la bonne alimentation ? Il faut choisir son alimentation en fonction de son chargeur et de ce que l'on va faire avec. Par exemple, un chargeur capable de fournir 550W (voir ci-dessus) devra avoir en amont une alimentation d'au moins 550W, sinon il ne pourra pas fonctionner à son maximum. De plus, si votre chargeur peut fournir 550W mais que vous allez vous servir de 150W seulement (parce que vous avez des accus de faible puissance), il est inutile d'acheter une alimentation de 550W, choisissez alors en fonction de la puissance (en watts) que vous allez utiliser. Attention, il faut aussi que vous choisissiez la bonne tension de sortie de l'alimentation stabilisée (exprimée en volts), Il vous faut connaître la tension d'entrée de votre chargeur : celle-ci doit être stipulée sur sa notice ou dans sa description. Par exemple, pour un modèle comme le Turnigy Mega 2*400W, la notice indique : « Input Voltage: 12~18v DC » : il faut donc une alimentation fournissant entre 12 et 18V pour pouvoir utiliser ce chargeur. Pour que le chargeur fonctionne correctement vous devrez respecter cette tension d'entrée, sinon il affichera généralement un message d'erreur (comme « Input current error ») et ne démarrera pas. Les capacités des alims sont souvent indiquées en ampères et en watts. Un modèle comme celui-ci (Hobbyking 540 Power Supply, image ci-contre) est donné pour 540W et 30A. Elle sera donc largement surdimensionnée pour un chargeur de 50W comme le très connu Turnigy Accucel 6 ( Notice d'utilisation du chargeur TURNIGY ACCUCELL 6) mais nettement insuffisante pour le modèle ICharger 3010B qui est donné pour 1000W ! En général d'ailleurs les chargeurs très puissants peuvent être alimentés avec des tensions plus élevées : logique, non ? Le modèle précédent (ICharger 3010B) peut s'alimenter jusqu'à 38V ! NB : comme nous l'a fait remarquer un lecteur, il est aussi possible de bidouiller assez facilement une alim ATX de PC pour s'en servir comme alimentation stabilisée. Cela permet d'avoir par exemple plusieurs voltages en sortie : le 12V pour le chargeur, le classique 5V des prises USB ou un 3.3V bien pratique pour les Leds de puissance blanches. Des tutoriels sont en ligne sur des sites Web d'amateurs d'électronique pour vous y aider, vous trouverez ici l'article de SOUTERNET sur ce sujet. Des réalisations spéléo à base d'accus LiPo De nombreux spéléos individuels ou de club ont sauté sur l'occasion d'avoir enfin une source d'énergie puissante et relativement légère, bien que fragile. Quand, pendant des années, on a eu sur la tête une ampoule sphérique 4.5V alimentée par une pile plate qui durait deux ou trois heures et n'éclairait rien du tout ou quand on a trimballé sous terre des packs de trois accus 12V au plomb qui pèsent plus lourd qu'un kit bourré d'enclumes, on apprécie vraiment la longévité et la légèreté du Lithium (LiIon ou LiPo) ! C'est donc dans ces deux domaines : l'éclairage (avec des Leds) et la désobstruction (avec des perfos DC), que les applications ont été les plus nombreuses dans le monde souterrain. En
voilà ci-après quelques exemples en images :
Conclusion Ce qu'il faut retenir de tout cela c'est que votre utilisation est une chaîne. Le maillon le plus important est l'appareil que vous voulez alimenter : lampe à Leds ou gros perforateur ? De là dépendra votre besoin en courant, donc le choix de vos accumulateurs. Du modèle de vos accus dépendra le type de chargeur à choisir et celui-ci entraînera pour finir le choix d'une alimentation adéquate. Et bien entendu, plus vous voudrez de courant, plus votre matériel sera lourd, volumineux et cher. Faites donc le bon choix ! Doc Carbur, Nov. 2013 NB : article largement remanié basé sur un texte original issu du forum « brushlessmania.forumpro.fr »
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