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Apparues depuis mi-2007, elles se développent dans le modélisme avec un certain succès et petit à petit dans la robotique.

La chimie de ces batteries est à base de Lithium, comme d’autres batteries de technologie récente (Li-Po et Li-Ion), plus précisément le phosphate de fer lithié (LiFePO4).

L’utilisation de nanotechnologies a permis à la société A123 de produire des accumulateurs LiFePO4 aux caractéristiques particulièrement intéressantes pour la robotique.

Caractéristiques

La tension à vide est de 3.6V (pour rappel, les Li-Po possèdent une tension de 4.2V à vide).

Ces éléments NE PEUVENT DONC PAS être chargés avec un programme LiPo. Il est nécessaire de les charger avec une tension constante de 3.6V/élément.

Pour une capacité de 2.3Ah et un poids de 70g, un élément A123 (appelé aussi "M1") offre une tension de 3.3V et une résistance interne faible, autour de de 8 milliOhms. Ces éléments sont annoncés à 30C (30 fois leur charge) en continu (donc 2.3 * 30 = 70 Ampères) et 50C (120A) en pointe.

Les meilleurs éléments Li-Po en sont incapables à ce jour (25 C max). Bien sûr, ces chiffres sont données par le fabriquant et ils méritent d’être soumis à des tests en utilisation courante !

Autre aspect intéressant du fait de leur chimie et de leur conception, ces éléments sont sécurisés (soupape de libération de gaz intégrée). Des charges (très) rapides sous 4C voire plus sont donc possibles, ces accus peuvent se recharger en 15 minutes, reste à avoir le chargeur qui va bien.

Petit bonus, ces accus s’améliorent au fur et à mesure de leur utilisation, c’est-à-dire que la résistance interne diminue.

Enfin, à puissance équivalente, leur poids comme leur prix se situe entre le NiMh et le Li-Po.

Courbes de décharges

Fournies par la société A123.

Nous notons en particulier que la tension chute d’environ 0.8V entre une décharge de 1A et une décharge de 40A. Avec 10 éléments en série (10S), ce sont donc 8V qui seront "perdus". Ce point est important car sa connaissance permettra de déterminer le bon nombre d’éléments en fonction de la consommation attendue.

Ce premier graphe montre clairement la chute de tension en fonction de l’ampérage et de la température. Force est de constater que les données annoncées correspondent (grosso modo, vu l’échelle de celles fournies par le constructeur...)

Un autre point à noter est la linéarité de décharge qui est très correcte : cela assure des performances quasiment constantes sur 90% de la décharge.

La courbe ci-dessus montre la tenue des éléments sur différentes décharges successives à 60A. Au-delà du fait d’être rassuré sur la capacité de ces éléments à fournir 60A, la chute de tension est importante, autour de 1.2V.

Tirer 60A sur ces éléments sera donc une limite vraiment haute. Dans la pratique, il ne faudra pas dépasser 45 à 50A pour assurer une tension d’au moins 2.5V aux bornes d’un élément. Au-delà, il vaudra sans doute mieux passer en 2P [1].

Conclusion

  • Taux de décharge : en xS1P, il ne faut pas aller au-delà de 50A, car la chute de tension devient trop importante et passe en dessous de 2.5 volts par élément. Donc au-delà de 45A, il vaut mieux passer en 2P, ne serait-ce que pour des questions d’autonomie (voir ci-dessus). Il est à noter que la courbe de décharge est très proche de celle des Li-Po : une tension bien constante sur la durée de la décharge, avec même une petite remontée de la tension en fin de décharge avant de s’écrouler.
  • Charge : un gros plus par rapport aux Li-Po. Ces batteries, plus sécurisées, permettent des recharges plus rapides et plus nombreuses (jusqu’à 1000 cycles à 10C). On utilise ces accus A123 comme des NiMH : une fois l’accu déchargé, on recharge aussi sec l’accu sous 6A à 8A.
  • Sécurité : là aussi, énorme progrès : ces accus possèdent une double sécurité.
    • chimie de l’accu : le Lithium étant transformé lors de la charge, à la fin de la charge, il n’y a plus de lithium sous sa forme dangereuse, il supporte donc les "surcharges"
    • le 2ème point est mécanique : chaque élément possède une valve de sécurité qui permet de faire dégazer l’accu lorsqu’une émanation de gaz apparait pour une raison quelconque.
  • Vieillissement : le nombre de cycle de ces accus flirte avec le millier (données constructeur). Ces accus se bonifient avec le temps, les cycles de charge/décharge montrent une diminution de Ri (la résistance interne) et donc un taux de décharge s’améliorant au fur et à mesure de leur utilisation.

Liens

-  http://www.a123systems.com


[1] Les lipos ou les li-ion peuvent se câbler en pack en série mais aussi en parallèle (ce qui n’est pas le cas des autres accus). Ceci vient d’une part de leur stabilité en tension et du fait que leur tension est proportionnelle au niveau de charge (là aussi ce n’est pas le cas de autres batteries ...).

Pour des NiCd ou NimH en //, les éléments se déchargeraient les uns dans les autres, lipos/li-ion se contentent de s’équilibrer donc il est possible de les monter en //. On parle alors par exemple d’un pack 3S2P, qui contient 6 éléments, en série par groupe de 3 et les deux groupes en //.

En pratique ça permet de multiplier la capacité et le courant de décharge. C’est assez pratique pour pouvoir former à volonté des packs plus ou moins balèzes. Par exemple, si j’ai 4 packs de 3 éléments en série (3S1P donc), je vais pouvoir faire 2 packs 3S2P ou 2 packs 6S1P , ou 1 pack 3S4P , etc, etc : j’aurais alors des packs avec une tension plus ou moins élevé et des capacité de délivrer plus ou moins de courant.

Pour conclure je dirais que la mise en // a tendance à disparaître car on trouve des lipos à forte décharge qui tiennent de fort courant, et ou des A123 qui sont carrément super costaud sur ce point.


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