Des batteries pour tout type d'application

On entend tout et n'importe quoi sur les batteries à tel point qu'on finit par s'y perdre. Lesquelles sont mieux ? Faut il les décharger avant recharge ? Quelle est leur durée de vie ? Comment fait-on pour les stocker ? Au fait, ça se recycle bien ? Et dans quelques années, comment je fais pour les retrouver vos batteries ?

Le sujet est de taille et déterminant dans le choix d'un vélo électrique.

Vous trouverez ici des informations techniques simples, faciles à digérer... et à mettre en oeuvre.

Alors si pour vous les termes "Pb, Nicad, Ampères, Li-ion, Lipo, effet mémoire..." c'est du chinois, lisez un peu la suite.


__ LES BASES... pour mieux comprendre

Une batterie est caractérisée par sa tension (U), exprimée en Volts (V) et sa capacité (C), exprimée en Ampère-heure (Ah).

C désigne la capacité d'une batterie à délivrer un certain courant pendant un certain temps (des ampères x des heures : Ah)

Exemple : une batterie de 10 Ah peut délivrer :

- 10 A pendant 1 heure
- 20 A pendant 1/2 heure
- 200 mA pendant 50 heures


Le courant (I), exprimé en ampère ou milliampère (A ou mA), est la "quantité" d'électrons circulant dans les câbles.

Il existe d'autres paramètres comme la résistance interne que nous ne développerons pas car trop pointu et utile uniquement pour le choix d'accus boostés et triés (compétition notamment).

On parle également de courant de charge/décharge exprimé en fonction de C.

Exemple : charger à C/10 une batterie de 12 Ah revient à charger avec un courant de 1,2 A.


Sur la batterie de votre vélo électrique, plus vous avez de tension (V), plus vous aurez l'impression de puissance (si vous avez un bon ensemble variateur / capteur de pédalage). Plus vous avez d'ampère-heure (Ah), plus vous aurez d'autonomie. On peut comparer les Ah d'une batterie à la taille d'un réservoir d'une voiture.

Notre conseil : 36 Volts / 8 Ah est un minimum si on veut un bolide digne de ce nom avec une autonomie respectable (nous ne faisons plus de 24 Volts depuis plusieurs années pour manque de puissance en côte et les faibles ampérages, s'ils sont vendeurs car légers sont trompeurs car ils cachent de très faibles autonomies).

__ LES GRANDES FAMILLES DE BATTERIES

On distingue principalement 4 grandes familles que l'on retrouve dans 99,9% des applications de la vie de tous les jours.

Malgré ce qu'on entend souvent, il est impossible d'affirmer, avant de savoir à quoi elle va servir, comment elle va être mise en oeuvre, etc... que telle ou telle batterie est supérieure ou inférieure à une autre. On peut par contre donner une tendance en se basant sur des caractéristiques techniques. Chaque type de batterie a une application spécifique, des avantages et inconvénients respectifs.

On ne parlera pas ici des piles électriques (éléments non rechargeables) ni des batteries Nickel-Fer, très peu développées.

Une chose est sûre, une batterie reste un élément chimique qui se déteriore dans le temps. Des recommandations simples peuvent vous permettent de la tenir en bon état de nombreuses années.

 

1- Les batteries Plomb (Pb) : 


Batteries gel plomb : un standard universel !
Batteries gel plomb : un standard universel !

Il en existe plusieurs types mais les batteries plomb à electrolyte gélifiée (sans entretien) se généralisent. C'est ce que nous proposons de série sur nos v.a.e. parce qu'elles ont beaucoup d'avantages.

Techniquement, une batterie Pb a une tension nominale de 2,1 V environ. Une batterie de 12 V est donc constituée intérieurement de 6 éléments.

Contrairement aux idées reçues, une batterie plomb est entièrement recyclable.

Les + :

- Prix dérisoires
- Solides
- Capables de fournir des courants élevés
- Eléments standards trouvables n'importe où dans le commerce
- Facilité de mise en oeuvre
- Sans effet mémoire (c'est à dire qu'on peut les recharger quand on veut, à n'importe quel niveau de décharge)
- Souplesse d'utilisation
- Excellent rapport prix/durée de vie (3/4 ans)
- Ne pollue pas si bien recyclé

Les - :

- Densité d'energie
- Poids
- Autodécharge (1% par jour environ)
- Sensibles aux températures négatives (perte d'autonomie jusqu'à -25% à -10°C)
- Risque de cristallisation de sulfate de Pb si laissée trop longtemps déchargée et donc perte de capacité irréversible

Batteries Plomb

__ Sa durée de vie est en moyenne de 300 à 400 cycles (charge/décharge) ou 3/4 ans. Elle n'aime pas les décharges profondes. Préférez des recharges plus répétées et n'excédez jamais 3 mois sans la recharger. Après une charge, retirez toujours le chargeur du secteur (maxi 12 heures) ou prévoyez un programateur. Après 3/4 ans, votre autonomie chutera logiquement de manière progressive.

A stocker chargé en cas de non utilisation prolongée.

Si vous suivez ces recommandations simples, vous garderez longtemps votre batterie plomb et elle vous donnera de bonnes performances.

La batterie plomb reste une valeur sûre et fiable depuis de nombreuses années dans beaucoup de secteurs d'activité. Sur un vélo électrique, c'est un excellent compromis d'utilisation.

La standardisation de ces batteries est un gage de sécurité et de pérennité pour le client qui est sûr de pouvoir les retrouver n'importe où dans plusieurs années.


2- Les batteries Nickel Cadmium (Ni-cd)

Assemblage en série d'éléments Nicd

Recyclage des batteries, une étape obligatoire à la sauvegarde de l'environnement

Elles se présentent sous forme de "piles bâtons". Les batteries Ni-Cd sont aujourd'hui relativement dépassées au profit des batteries Nimh (voir ci-dessous), elles mêmes concurrencées par les batteries Lithium.
Leur principal défaut est
l'effet mémoire (toujours attendre qu'elle soit déchargée avant de la recharger).

Une batterie Ni-cd a une tension nominale de 1,25 V.

Le cadmium est un métal lourd qui a été interdit par un arrêté depuis 2000 mais que l'on continue à trouver, notamment pour des applications de modélisme.

Les batteries Ni-Cd sont les premières générations d'accumulateurs rechargeables utilisées sur les téléphones portables. C'est pour cette raison que l'on vous rabachait : "Il faut bien décharger votre batterie avant de la recharger !" C'est ce que font encore beaucoup de personnes avec leur portable alors qu'on peut maintenant recharger son mobile quand on veut ! Eh oui, on est passé sans s'en rendre compte au Nimh puis au Lithium qui ne souffrent pas, eux, de l'effet mémoire.

Les + :

- Aptes à supporter de grands courants de charge et décharge grâce à leurs faibles résistances internes.
- Faible coût
- Solidité mécanique et électrique
- Recharge facile et grande tolérance face aux surcharges

Les - :

- Effet mémoire
- Densité énergétique moyenne
- Recyclage compliqué à cause du cadmimum qui est un métal lourd et polluant

Batteries Ni-Cd

__ Sa durée de vie est en moyenne de 500 cycles ou 4 / 5 ans. Il est conseillé de la décharger en profondeur (ne pas descendre quand même sous 0,8 V/élément) avant de la recharger. Il faut vraiment un chargeur approprié.

A stocker déchargé en cas de non utilisation prolongée.

Les batteries Ni-cd sont de plus en plus rares et maintenant dépassées. Dans un format identique, optez plutôt pour du Nimh voire Lithium.


3- Les batteries Nickel Metal Hydride (Nimh) 


Le format "piles bâtons" est aujourd'hui le plus répandu pour ce type de batteries.

Comme les Ni-cd, elles se présentent le plus souvent sous forme de "piles bâtons", assemblées en série pour obtenir la tension désirée. Commercialisées au début des années 1990, elles remplacent les Ni-cd pour des raisons écologiques bien que leur recyclage doit être effectué très soigneusement. En effet, l’hydroxyde de potassium, un composant de la batterie Nimh, réagit violemment avec l’eau. Il est irritant et corrosif pour la peau, les yeux, les voies respiratoires et digestives.

Leur densité d'énergie est 1,5 fois plus élevé que pour les Ni-cd et ne souffrent pas d'effet mémoire (du moins pas au début de leur vie). Elles sont aujourd'hui assez répandues car elles représentent une alternative entre le Ni-cd et le Lithium.

Les + :

- Bonne densité d'énergie
- Pas d'effet mémoire, pas officiellement du moins
- Supporte des courants importants car résistance interne faible (les Ni-cd gardent cependant l'avantage dans ce domaine)
- Simples à stocker et à transporter
- Ne pollue pas si bien recyclé

Les - :

- Fragile car ne supportent pas la surcharge, nécessitant par conséquent l'usage de chargeurs automatiques beaucoup plus performants et couteux que les Ni-cd
- Détection de fin de charge difficile
- Durée de vie plus faible que les Ni-cd
- Auto-décharge importante
- Technologie dépassée au profit du Lithium

Batteries NimH

__ Les Nimh supportent environ 400/500 cycles de charge - décharge. En fin de vie, l'autonomie chutera progressivement.

A stocker chargé en cas de non utilisation prolongée en raison d'un taux d'auto-décharge important.

Le Nimh est une technologie éprouvée mais qui est aujourd'hui dépassée au profit des batteries Lithium.


4- Les batteries Lithium (Li), regroupant les Lithium ion (Li-Ion) et les Lithium ion Polymère (Lipo) 


La batterie lithium occupe aujourd'hui une place prédominante sur le marché de l'électronique portable. Ses principaux avantages sont une densité d'énergie spécifique et volumique élevée (4 à 5 fois plus que le Nimh par exemple) ainsi que l'absence d'effet mémoire. L'auto-décharge est relativement faible par rapport à d'autres accumulateurs. Cependant le coût reste important mais le rapport prix/prestation est exceptionnel.

Le Lithium est le métal ayant la plus faible masse molaire et le plus léger, avec une densité égale à la moitié de celle de l'eau.

On distingue les batteries Lithium ion (Li-Ion) et les batteries Lithium ion Polymère (Lipo) où l'électrolyte de cette dernière est un polymère gélifié.

La tension d’un élément Li-Ion est de 3,6 V et de 3,7 V pour une Lipo. La batterie Lipo utilise une chimie semblable aux batteries Li-Ion et a des caractéristiques proches mais possèdent tout de même quelques différences. La tension varie avec l'état de charge de l'élément. Elle est de 4,2V en fin de charge et de 3V déchargé, le seuil limite étant à 2,5V sous peine de destruction irréversible de l'élément.

 

Les avantages de la Lipo par rapport à la Li-Ion sont :

_Batterie pouvant prendre des formes fines et variées,
_Batterie pouvant être déposée sur un support flexible,
_Faible poids (le Lipo permet parfois d'éliminer l'enveloppe de métal lourde du Li-Ion),
_ Plus sûre que les Li-Ion (plus résistante à la surcharge et aux fuites d'électrolytes)

Les faiblesses de la Lipo par rapport à la Li-Ion sont :

_Plus cher,
_Charge soumise a des règles strictes en terme de charge/décharge

Toutes les batteries de téléphones portables utilisent dorénavant la technologie Lithium
La batterie Lithium sur les téléphones portables est devenue un standard

A noter que la technologie Lithium s'use même quand on ne s'en sert pas (corrosion interne et augmentation de la résistance interne). Les courants de charge et de décharge admissibles sont plus faibles qu'avec d'autres technologies mais restent tout à fait adapté au domaine du vélo à assistance électrique dans la mesure où le cahier des charges est bien pensé au départ.

Il faut éviter les décharges profondes et idéalement, stocker la batterie aux alentours de la moitié de sa capacité, à 15°C.

Les + :

- Densité énergétique très élevée grâce aux propriétés physiques du lithium
- Autodécharge très faible (5% par mois)
- Aucun effet mémoire
- Poids
- Agrément d'utilisation
- Accepte un nombre de cycles important (jusqu'à 1500 pour les meilleures)
- Faible résistance interne

Les - :

- Prix
- Nécessite un circuit de protection sérieux (B.M.S. et P.C.M.) pour gérer la charge et la décharge afin d'éviter la destruction des éléments... coûteux
- Usure même en cas de non utilisation

Batteries Lithium

__ Sa durée de vie varie de quelques mois pour les plus mauvaises à plus de 1500 cycles pour les meilleures.

Très grandes disparités entre les fabricants où le pire côtoie le meilleur.

Attention, les prix varient aussi sur une échelle de 1 à 10 pour des caractéristiques techniques apparemment identiques... sur le papier...

Nous pouvons vous assurer que les moins chères sont rarement les meilleures. En Lithium, un prix élevé est souvent synonyme de qualité.

A stocker idéalement entre 45 et 60 % de charge résiduelle. A recharger cependant tous les 6 mois en cas de non utilisation prolongée.

N'achetez pas une batterie de rechange si l'objectif n'est de s'en servir que dans 3/4 ans car non utilisée, elle s'use quand même.

   

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