Généralité sur les accus LIPO

lolo31 a écrit:Salut,

Voici un petit résumé du minimum à savoir sur les accus lithium-polymère "lipo" pour les utiliser en toute sécurité

Généralités

Les  accus de type lithium-polymère sont aujourd'hui les accus les plus performants pour notre usage. Performant, ca veut dire qu'ils offrent le meilleur rapport puissance / masse. Autrement dit, à capacités équivalentes, entre les mimh, nicd, lifepo4, etc... ce sont les lipos qui sont les plus légers. Par ailleurs, leur capacité de décharge fait partie des meilleures.
Cette grande capacité à encaisser des taux de décharge élevée est due à leur résistance interne très faible, de l'ordre de 10milliohms.

Les C, les S les P ... quesako ?

C = capacité de l'accu, exprimée en mAh
S = nombre d'éléments en série de l'accu
P = nombre d'éléments en parallèle de l'accu

Décodons par exemple un accu "5S3P 3000 20C"

5S3P : Nous avons ici 3 blocks en parallèle, chaque block est constitué de 5 éléments en série. On a donc 15 élément en tout dans cet accu (nb d'élément = S x P)

3000 : La capacité de l'accu est C = 3000 milli ampère heure. L'accu est donc capable de fournir un courant de 3A pendant 1 heure. Après, ben il est vide, faut le recharger.

20C : "capacité" de décharge : cet accu est capable de fournir en instantané 20 fois sa capacité, soit ici 20x3000 mAh / 1 heure = 60 Ampères. Évidemment, ces 60 ampères ne pourront être fournis que pendant un temps de 60 minutes / 20 = 3 minutes, après l'accu sera vide (et bien chaud ! )

Il y a aussi la "capacité" de charge :
pour une grosse majorité d'accu lipo, la "capacité" de charge est de 1C (une fois C ). Cela signifie que le courant instantané de charge ne doit pas dépasser 1 fois sa capacité instantanée. Cet accu de C=3000mah se recharge donc avec un courant max de 1.C = 3000 mah/1h = 3 ampères

Donc, un accu est constitué de un ou plusieurs éléments. Chaque élément offre une tension de 4.2V lorsque chargé à fond.
3 éléments montés en série, d'une capacité unitaire de par exemple C=2000mah et capables de taux de décharge 30C, ça s'appelle donc un accu 3S, permet d'avoir une tension aux bornes de l'accu de 3x4.2 = 12.6V et permettra de fournir en 30*C / 1h = 30*2000 = 60A sous cette tension (et donc capable de U.I =  60 * 12.6 = 756 Watts ! )

Un accu lipo 20C 4S2P 2500mah est constitué de 2 blocks de 4 éléments en série, les 2 blocks étant connectés en parallèle, et est capable de sortir 50A sous 16.8V. Ca veut dire aussi que chaque élément à une capacité de 1250 mah et fait aussi 20C.

En série => on somme les tensions
En parallèle => on somme les capacités

Savoir qu'en pratique
- on n'a pas 4.2V par élément, mais 3.7V en utilisation. Les 4.2V, c'est une tension à vide.
- les données constructeurs sont bien souvent  fantaisistes et un accu noté 20C en continu devra être utilisé en pratique sous 10 ou 12C continu (et votre accu vous remerciera de le ménager en durant plus longtemps)
- Ne jamais faire tomber en dessous de 3.0V / élément un accu lipo. (gonflements de l'accu, perte de performance, et parfois élément mort dans l'accu irrécupérable)

De plus, un accu lipo à une durée de vie. Environ 2 à 3 ans. Même si on s'en sert pas car de toute façon l'électrolyte vieillit. Bien sur, au-delà, l'accu fonctionnera encore (j'en ai certains qui ont 8 ans !), mais avec des performances bien amoindries. (augmentation de la résistance interne). En général, c'est environ 100 cycles de charges/décharges avec un max de performance. Après, ils donnent moins, mais ca dépend beaucoup des marques.

Enfin, a savoir aussi qu'un accu lipo, ca fonctionne mal quand il fait très froid (les ampères ont du mal à sortir...).
La plage de T°C ou il est au top c'est autour des 40/50°C si je me souviens bien. Pour cette raison, l'hiver, quand je vais au terrain, je pose les accus sur la bouche du chauffage intérieur de ma voiture

Ne JAMAIS les percer. ou alors, on sait ce qu'on fait
En effet, ces accus contiennent du lithium. Or, le lithium est un métal malléable blanchâtre dont une particularité est de s'enflammer au contact de l'eau.
Parfois l'humidité de l'air ambiante suffit.. Ça nous amusait beaucoup quand j'étais étudiant (en chimie...)
Donc: même si les quantités de lithium contenue dans nos packs sont assez minimes et en plus sous une forme moins propice à ce phénomène, on ne perce pas l'enveloppe étanche (et très résistante au demeurant) de ces accus. D'une part a cause de cette histoire de lithium, mais aussi pour ne pas risquer de mettre en cours jus l'accu lors du perçage avec un risque d'étincelle et de voir donc l'accu s'enflammer aussitôt


Exercice corrigé  
Si nous avons 12 éléments 15C de 500 mah chacun, et que mon moteur/hélice demande au max 20A, et n'accepte pas plus de 13V en entrée. Quelle configuration de mon pack d'accu sera adaptée ? et quelle autonomie j'aurais en supposant qu'en vol, je tire en moyenne 10A ?

D'abord, voyons combien d'élément en // il nous faut... (je prend le pb à l'envers pour des raisons pédagogiques   )
=> on veut 20A chaque élément est capable de fournir 15*500 = 7.5A . Nous devrons donc avoir 20/7.5 = 2.66 éléments en parallèle. Comme on ne découpe pas au ciseaux des éléments, on prendra la valeur entière supérieure, donc 3P
on sait que le nombre d'élément dans un pack c'est SxP on a 12 éléments à notre disposition, donc je ferais des blocks de 12/3 = 4 éléments en série. Rha flute, 4 éléments, ca fait 4 x 4.2V = 16.8V, pas bon car le moteur n'accepte pas. Donc pas plus de 3S par block, 12/3 = 4 éléments en parallèle dans un block. (plus simple en partant de la tension max admissible du moteur donc)
On peut donc se faire un accu de 3S4P.
Donc la capacité 'C' de l'accu sera 4 (élément en //) * 500 mah = 2000 mAh. puisque les éléments sont 15C, notre accu est capable de délivrer en instantané 15*2000 = 30A. Parfait : avec notre moteur et ses 20A, on est bien en dessous des perfs annoncées par le fabriquant

Pour l'autonomie, on tire en moyenne 10A, donc on aura un autonomie de 60minutes * C(2A) / 10A = 12 minutes.
Donc un taux de décharge de 60/12 = 5C (bien inférieur aux 15C , nickel)

autre vision des choses pour l'autonomie :  http://aerololo.free.fr/articles.php?lng=fr&pg=511

Comment les recharger ?

Un accu a base de lithium se charge à tension constante .

Ne jamais dépasser 4.2V / élément sinon risque de boom. C'est pour ça que dans tous les cas, utiliser impérativement un chargeur approprié avec un programme de charge gérant les lipos.
La plupart des accus lipos se chargent à 1C. C'est a dire que si on a un accu 3S 2200 mAh 20C, il faut mettre un courant de charge maximum de 2200 mA. Donc en théorie, il faut 1 heure pour recharger un accu lipo. Dans la pratique, il en faut un peu plus car le courant de charge diminue vers la fin de charge pour maintenir la fameuse tension de 4.2V par élément. Certains lipos acceptent des charges rapides sous 2 voire 3 ou 4C !

Pour etre encore plus clair :

Comment charger par exemple un accu de 3S 5000 mah 30C avec son chargeur doté d'une fonction d'équilibrage intégrée ?
- On allume son chargeur et on sélectionne sur son chargeur un programme "lipo" de charge/équilibrage
- on branche les 2 prises de l'accu : charge/décharge (la grosse a 2 fils) et équilibrage (la petite avec plein de fils, ici dans l'exemple elle a 4 fils car 3 éléments)
- On programme son chargeur :
    - accu 3S => 3 éléments => on indique sur son chargeur "3S" ou nb d'éléments=3 (donc pour info 3*4.2=12.6V)
    - accu 5000 mah => ca fait une capacité de de l'accu de 5Ah => on indique sur son charge un courant de charge de 5A
    - accu 30C => on s'en tape pour la charge
- on lance la charge.

Toujours laisser un accu lipo se reposer pendant 2 ou 3 heures avant de le recharger.

L'équilibrage :
On a vu qu'un accu est constitué de plusieurs éléments. De plus, chaque élément doit impérativement rester dans une fourchette de tension comprise entre 3.3V et 4.2V. Or, si des éléments d'un accu sont déséquilibrés entre eux (ex: un élément est à 3.3V et un autre à 4.1V) alors le chargeur risque de voir une tension globale de l'accu normale avec le risque de surcharger l'élément le plus chargé (ex celui à 4.1V) avec pour conséquence de gros gonflements de l'accu, au pire explosion avec feu.
Pour cette raison, tous les chargeurs lipo digne de ce nom permettent d'y connecter la prise d'équilibrage de l'accu lipo. Le chargeur surveille ainsi chaque élément lors de la charge, adapte le courant de charge de façon optimale et d'équilibre en tension les éléments entre eux de l'accu. C'est indispensable d'utiliser ces programmes de charge/équilibrage.

Lors de la charge, par sécurité, ne jamais être trop loin de l'accu en charge afin d'intervenir en cas de souci. Il est classique de les charger dans un pot en terre cuite. Dans le même ordre d'idée, éviter la charge dans le coffre de la voiture sur le terrain...
Pour les plus paranoïaques, il existe des sacs de charge ignifugés. On met l'accu dans le sac pendant la charge. Si l'accu prend feu ou explose, le sac permet d'éviter la propagation du feu en contenant les flammes à l'intérieur. (Est-il utile de préciser qu'un sac ne sert qu'une fois ? )

Maintenant, relativisons:
On lit beaucoup de bêtises sur le net, et il est quasi impossible de faire prendre feu à un accu lipo lors d'une utilisation normale
Le seul cas ou on peut y arriver (et encore pas toujours), c'est en le chargeant sous 4 ou 5C avec un programme inadapté (nimh au lieu de lipo par exemple). Bref, quand on charge ses accus en étant bien bourré :-p

Exercice corrigé :p
J'ai acheté un super chargeur de la mort qui tue de 70 Watts et capable de chargeur des packs jusqu'à 10 éléments. J'ai des supers packs d'accu 5S 4000 40C qui déchirent sa race capables d'être rechargés sous 4C. Donc en 1/4 d'heure, puisqu'ils sont capables d'être rechargés sous 4 fois leur capacité instantanée. ( 60 / 4 = 15 minutes)
Ben non, c'est faux.
1 / pourquoi ?
2/ combien de temps au maximum me faudra t il pour recharger mes accus ?

=> solution :
1/ mon pack possède 5 éléments (5S) donc 5x4.2 = 21V
charge sous 4C, ca fait un courant de charge de 4*4000 mah / 1h = 16A
Donc une puissance nécessaire de 16 * 21 = 336W
Or, mon chargeur ne fait "que" 70W < 336W => je ne pourrais donc pas le recharger sous 4C

2/ mon chargeur donne 70 watts. mes packs font 21V, donc le chargeur ne pourra fournir qu'un courant max de charge de 70/21 = 3.333 A
Il faudra donc 4000 (capacité totale de l'accu) /3333 * 60 = 72 minutes
De plus, on sait que le courant diminue en fin de charge et qu'il faut compter en gros 30% de temps en plus. Il me faudra donc 72 + 72*30% = 72*1.3 = 93.6 minutes, soit donc 1 heure et 33.6 minutes pour le recharger...

Comment les entretenir ?

1/ lorsqu'on prévoit de ne pas s'en servir pendant quelques temps (disons plus de 2 ou 3 semaines) alors faut le stocker mi-chargé. Pour cela, utiliser son chargeur qui généralement sait aussi décharger. Certains chargeurs offrent un programme de décharge "stockage", sinon, avec un accu plein, le décharger et lorsque la moitié de sa capacité est déchargée, arrêter la décharge et stocker.
Si on le stocke chargé, ce sont ses performances qui vont se dégrader (augmentation de la résistance interne).
Pour étayer ceci, prenez la peine de contrôler la tension du prochain accu neuf que vous achèterez avant de le mettre en charge : 3.7V/élément ... soit mi-charge.

2/ Le stockage : par sécurité, on prendra garde à isoler les prises de ses accus (gaine thermo, durite d'essence, ...) et les mettre dans un récipient ininflammable, résistant à la chaleur et non conducteur, genre en terre cuite (pot de fleur) et stocker l'ensemble dans un endroit suffisamment dégagé (flammes...) et sans trop d'écart de température.

3/ prendre la peine de programmer correctement la détection de fin d'accu sur ses contrôleurs brushless : en général, on met 3.3V / élément. Certains (comme moi) préfèrent désactiver cette protection ou la mettre tees basse (3.0V/élément) , avec l'argument qu'il vaut mieux faire souffrir l'accu que de crasher le modèle parce que le contrôleur a coupé l'alimentation des moteurs. La détection de fin d'accu se ressentant de toute façon naturellement avec la perte de puissance. Recommandé en hélico, mais aussi en quadri je dirais

4/ Avec un accu neuf,  faudra être gentil pendant les 2 ou 3 premières utilisations et ne pas trop tirer dessus (rodage). Il donnera ensuite le meilleur de lui même.

Que faire d'un vieil accu ou d'un accu mort ?

la fin de vie des lipos se détecte avec des symptômes du genre:
- gonflements anormaux lors de l'utilisation
- les volts chutent beaucoup lors de l'utilisation, (coupures voire arrêts moteurs, ...)
- Grosse augmentation de la résistance interne (certains chargeurs permettent de la mesurer)

On peut parfois leur redonner une seconde jeunesse en les utilisant pour des applications qui ne demande que peu d'ampère (accus d'émetteur...)

Dans le cas ou l'on veut s'en débarrasser, 2 choix sont possibles:

Choix  1: Recyclage, c'est la voie à privilégier.
On décharge son accu (avec son chargeur, avec une ampoule, ...), on isole les contacts électriques, on met l'accu dans un sachet plastique ou dans une boite faite pour, et on va le jeter dans un bac de récupération de piles/accus, il y en a partout, par exemple dans les supermarchés

Choix 2: Neutralisation
L'idée ici est de rendre inoffensif l'accu, d'un point de vue sécurité et protection de l'environnement. Pour cela, on va utiliser de l'eau salée :

- on finit de bien le décharger
Utiliser le chargeur qui en général sait aussi décharger. Ensuite, connecter aux bornes une ampoule adaptée (par exemple, une ampoule de voiture pour des accus 3S c'est parfait), résistance costaud, etc... et laisser pendant 12 à 24 heures pour être certains de la décharge. Ca va gonfler un peu, etc... mais pas grave.
NE PAS COURT CIRCUITER les bornes de l'accu pour le décharger !!!

- on récupère tout ce qu'il y a à récupérer (prises, connecteurs d'équilibrage, câbles/fils )

- On met gants et lunettes de protection, puis on effectue 2 incisions sur le coté de chaque élément, de façon à permettre à l'eau salée de rentrer dans l'accu et de laisser échapper les gaz. ATTENTION !!! assurez vous que l'accu soit bien déchargé avant de faire ces incisions !!!!

- on les plonge dans un sceau d'eau bien salée pendant 24 heures  :
inutile d'en mettre des kg, en gros une 1/2 tasse à café de sel dans un sceau de maçon pour se faire une idée) l'objectif est de provoquer une réaction chimique entre le sel de l'eau et l’électrolyte de l'accu de façon à le neutraliser

- puis on les amène à un centre de récupération/retraitement d'accus ou de piles quelconque (bac à piles des supermarchés). Cela dit, on lit/entend parfois qu'il est possible de les jeter à la poubelle classique: une fois passé à l'eau salée, il n'y a plus aucune forme polluante dans l'accu, donc poubelle classique ...).
Je n'ai pas réellement trouvé de "preuve" attestant de cette inoffensivité pour notre belle planète, je pourrais chercher plus, mais ça ira comme ça ! ;D
Dans le doute => hop, direction le bac de récupération de piles/accus