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Les différentes batteries Lithium pour vélos électriques

Publié le : 24/07/2015 15:41:18
Catégories : Informations techniques

Constitution d’une batterie Lithium :

Une batterie Lithium pour vélo est constituée de cellules (appelées aussi éléments) assemblées en série ou en série/parallèle et d’un circuit électronique permettant la gestion en charge et en décharge des cellules ; ce circuit est appelé « BMS » pour Battery Management System.

 

Les différentes batteries Lithium :

Il existe deux familles de batteries Lithium : Lithium-métal et Lithium-ion.

Il existe différents types de batteries Lithium-ion ; les plus couramment rencontrées sont : Lithium Manganese (LiMn), Lithium fer Phosphate (LiFePO4), Lithium Nickel Manganese Cobalt (LiNiMnCo) et Lithium-ion polymère

Dans une batterie Lithium-ion, des ions Lithium se déplacent de l’anode vers la cathode durant la décharge de la batterie et inversement durant la charge. L’électrolyte est un polymère gélifié dans les batteries lithium-ion Polymère et une solution saline dans les autres types de batteries Lithium-ion. L’électrolyte évite la dégradation des électrodes.

Les batteries Lithium-Ion ont une densité énergétique comprise entre 90Wh/Kg pour les LiFePO4 et 180Wh/Kg pour les Lithium-ion polymère.

Les batteries Lithium-Metal ont une densité énergétique de 110Wh/Kg

Les batteries Lithium-ion Polymère sont souples, ce qui leur permet de prendre des formes fines et variées.

Une batterie Lithium-Ion est recyclable à 80% (contre 98% pour une batterie Plomb).

 

 

Courbes de décharge et de charge d’une batterie Lithium-Ion:

 

OZO - Infos batteries - Courbes de charge et de decharge des batteries Lithium

 

 

tableau comparatif des densités énergétiques des batteries :

 

Chimie batterie

Densité énergétique (Wh/Kg)

Plomb

35

NiCd

40

NiMh

60

LiFePO4

90

Lithium métal

110

LiMn

120

LiNiMnCO

140

LiPO

180

 

 

Lithium Manganèse (LiMn):

Les batteries au Lithium manganèse sont les plus utilisées sur les vélos électriques car elles ont une bonne résistance aux chocs et sont plus stables que du Lithium polymère. 

Comme vous vous en doutez, il y a là aussi des « bonnes » batteries LiMn et des « mauvaises » batteries LiMn. Notez aussi qu’il existe d’autres éléments que le Manganèse dans les batteries LiMn comme par exemple le Cobalt et le Nickel qui ont leur rôle à jouer dans la performance et la stabilité de votre batterie.

Une cellule LiMn est souvent de forme cylindrique mais peut avoir une forme rectangulaire.

 

Lithium fer Phospate (LiFePO4) :

Ces batteries sont robustes, encaissent de fortes intensités de décharge en continu et ont une durée de vie plus longue que les autres technologies de batteries lithium. Cependant elles sont aussi plus lourdes, c’est pour cela que nous les réservons aux tricycles, scooters ou quadricycles.

Les cellules LiFePO4 peuvent être de formes cylindriques ou rectangulaires. Nos batteries LiFePO4 sont constituées de cellules cyclindriques « Headway » et peuvent accepter jusqu’à 60A.

 

Lithium polymère :

Appelée aussi LiPo ou LiPoly, la batterie Lithium Polymère est la plus légère des batteries lithium mais aussi la moins stable. les cellules se présente sous la forme d'un sachet souple, permettant d'épouser des formes diverses. Ces sachets sont très sensibles aux chocs ; il faut bien protéger les cellules pour éviter leur endommagement pouvant conduire à une explosion.

Vous trouverez sur le marché des batteries pour vélos en Lithium Polymère mais celles-ci ne sont en général pas très performantes (1C à 2C de décharge nominale) bien que certains annoncent 5C aux risques d’avoir une durée de vie limitée ou une destruction rapide. 

Les tests que nous avons mené jusqu'à présent sur les batteries Lithium Polymère ne sont pas concluant : faible résistance aux chocs, perte de capacité importante dès la première année d'utilisation, performances moyennes, risque d'explosion...

 

Quel est le rôle du BMS ?

Le BMS est une carte électronique dont le rôle est de réguler la charge et la décharge de chaque élément constitutif d’une batterie.

Pour la régulation de la batterie, le BMS contrôle plusieurs données qui sont : La tension des éléments, leur température, leur état de charge ou de décharge, l’intensité d’entrée (pour la charge) ou de sortie (pour la décharge).

Notez cependant, que certains BMS n’intègrent pas toutes ces fonctions. Sur les batteries d’entrée de gamme, le BMS assure seulement la coupure seuil haut (pour éviter de dépasser la tension maxi des cellules) et la coupure seuil bas (pour éviter la décharge profonde du pack).

Les BMS les plus perfectionnés, équipant les batteries hautes performances OZO ou Samsung, peuvent enregistrer un historique de la vie de la batterie comme par exemple le nombre de cycles effectués par la batterie, le courant maximum de décharge ou de charge ou encore l’énergie totale délivrée par la batterie depuis sa sortie d’usine.

Le rôle du BMS est donc d’optimiser au mieux l’utilisation de la batterie et de la protéger contre une mauvaise utilisation (intensité de charge ou de décharge trop importante par exemple).

Note : Attention aux produits qui sont vendus avec des batteries Lithium sans BMS (Bon nombre de scooters chinois notamment) car les risques d’explosion sont importants...

 

Durée de vie d'une batterie Lithium pour vélo électrique :

Celle-ci dépend des méthodes utilisées par les acteurs suivant : Le fabricant, l’assembleur, le distributeur et l’utilisateur.

Rôle du fabricant : La durée de vie d’une batterie dépend tout d’abord de la qualité des cellules qui la composent. Plus l’électrolyte de la cellule est pur, meilleure sera la durée de vie de votre batterie. C’est pour cela que nous faisons le choix des cellules Samsung car les grands fabricants peuvent garantir une pureté maximale de l’électrolyte.
De nombreux fabricants chinois de cellules n’utilisent pas les méthodes permettant de concevoir des cellules « pures » à 100%. De ce fait plus l’électrolyte sera pollué et moins bonne sera la durée de vie de votre batterie. Il n’est pas rare de voir des batteries d’origine chinoises ayant perdues 50% de leur capacité au bout de seulement 6 mois.

Rôle de l’assembleur : Les batteries sont constituées de plusieurs cellules assemblées en serie et/ou parallèle et d’un BMS. L’assembleur doit absolument respecter certaines méthodes dont la plus importante est de constituer une batterie uniquement avec des cellules issues d’une même série de production et ayant une résistance interne équivalente. Bien qu’indispensables, ces points ne sont généralement pas respectés par les assembleurs car cela demande une logistique sans faille, du temps et des outils. Si les cellules de votre pack n’ont pas la même résistance interne, il va se créer au fil du temps un déséquilibre qui engendrera une baisse significative de l’autonomie et des performances. Le choix du BMS est aussi très important. Les batteries premier prix ont un BMS qui surveille simplement les tensions maxi et mini alors que nous utilisons sur nos batteries des BMS qui surveillent la température des cellules et qui possèdent un étage d’équilibrage garantissant un maintien parfait de l’homogénéité de votre batterie. Un BMS équipé d’un mode veille évitera une décharge de la batterie lors d’un stockage prolongé.

Rôle du distributeur : Un autre critère est la durée de stockage et la méthode de stockage utilisée par le distributeur. Avant de vous être vendue, une batterie a très bien pu être stockée pendant plus d’un an par le vendeur (ce qui est souvent le cas dans les magasins de cycles électriques) et elle a aussi pu être produite un an avant que ce vendeur la réceptionne, ce qui signifie que vous achetez une batterie ayant déjà deux ans. Ce cas est très courant.
Un autre point important est la façon dont le vendeur a stocké ses batteries. Est-ce que celles-ci ont simplement été mises dans un coin en attendant le futur acheteur ? est-ce qu’elles ont été stockées sous la tension de stockage préconisée par le fabricant ? Est-ce qu’elles ont été chargées ponctuellement ? voilà quelques points importants qui auront leur importance sur la durée de vie de votre batterie.
 
Chez OZO nous avons mis en place une logistique permettant de résoudre tous ces points et de vous garantir des performances maximums pour vos batteries. Pour éviter de garder les batteries trop longtemps en stock nous lançons des fabrications tous les trimestres, ce qui signifie que toutes les batteries que nous vendons ont été fabriquées maximum 4 mois avant la vente. Le revers de la médaille est qu’il nous arrive d’être ponctuellement en rupture de stock.
 
Rôle de l’utilisateur : Vous avez vous aussi votre rôle a jouer pour maintenir les performances de votre batterie sur le long terme. Pour cela il vous suffit de suivre les consignes d’utilisation et de stockage qui vous seront fournies avec votre batterie OZO.
 
Estimation de la durée de vie si toutes les conditions ci-dessus ont été respectées au préalable : La durée de vie des batteries Lithium est donnée en « nombre de cycle » ; un cycle étant une décharge et une charge.
Pour les cellules Samsung que nous utilisons dans nos packs batteries, Samsung annonce une chute de seulement 10% de la capacité au bout de 300 cycles et de 30% au bout de 700 cycles (sous 1C). Notez que le facteur temps intervient aussi et que ces données sont valables pour un usage quotidien et non pour 300 cycles effectués sur 5 ans. Avec le recul nous estimons que l’échange de la batterie doit être envisagé au bout de 2,5 à de trois ans. Cela ne veut pas dire qu’au bout de trois ans votre batterie ne fonctionnera plus du tout, mais elle aura perdu une bonne partie de ses performances.
Un autre facteur qui influe sur la durée de vie de votre batterie est le taux de décharge sous laquelle vous l’utilisez. Par exemple pour les cellules Samsung 22P, la perte de capacité après 300 cycles est de 10% sous 1C (sous 10A continu pour une batterie de 10Ah) et de 20% sous 3C (sous 30A continu pour une batterie de 10Ah).

Nos conseils : Comme vous pouvez le constater, de nombreux paramètres influent sur la durée de vie de votre batterie. Etant donné le prix d’une batterie Lithium et le nombre de vendeurs peu scrupuleux sur internet, nous vous conseillons de vérifier les points évoqués ci-dessus avant votre achat et de ne pas vous laisser tenter par un prix bas car une batterie de mauvaise qualité qui aura été achetée 30% de moins qu’une batterie de bonne qualité mais dont les performances commenceront à chuter au bout des premiers mois d’utilisation peut vous coûter au final 2 à 3 fois plus cher qu’une batterie de grande marque. Il convient aussi de savoir si le vendeur est à même d’assurer le service après vente des produits qu’il vend ce qui n’est malheureusement pas le cas tout le temps.

Chez OZO nous nous efforçons de vous proposer des batteries de qualité et de respecter toutes les phases de vie de la batterie ,de la fabrication jusqu’au recyclage en passant par l’assemblage et le stockage. Nous disposons aussi de tous les outils nécessaires à assurer le service après vente sur vos batteries Lithium si nécessaire : Banc de décharge, Banc de charge, Banc d’équilibrage, Station de stockage…

 

 

Différence de tarifs entre les batteries Lithium de tension et de capacité égales 

 

Une batterie Lithium pour vélo électrique est un produit de haute technologie qui se compose d’un assemblage de cellules lithium est d’un circuit électronique de régulation appelé BMS (battery management system). La différence de qualité entre une batterie et une autre se fait tout d’abord par les cellules. La plupart des cellules Chinoises acceptent des intensités de décharge de 15A en continu alors que les cellules Samsung que nous utilisons dans nos batteries peuvent accepter jusqu’à 50A en continu. La durée de vie et surtout les performances sur la durée vont être différentes. L’electrolyte d’une cellule haut de gamme est pure à 100% alors que celle d’une cellule bas de gamme ou moyen de gamme contient des impuretés diminuant la durée de vie.

 

Le bms est aussi un critère important. Un BMS de base va uniquement intégrer les fonctions de coupures basse et haute en tension alors que les BMS plus perfectionnés comme nous utilisons dans nos batteries intègrent en plus un contrôle de la température du pack, un équilibrage des cellules pendant la charge, un mode veille évitant de décharger le pack lors du stockage et un enregistrement des données du cycle de vie de la batterie

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