Les batteries étaient autrefois des objets lourds et maladroits qui fournissaient une puissance ridiculement faible pour leur taille et leur poids. Heureusement, la technologie s'est améliorée au fil du temps et, en 2020, nous avons d'excellentes batteries lithium-polymère haute puissance qui fournissent autant d'énergie que votre projet mobile a besoin. Cependant, il y a quelques points à garder à l'esprit lors de leur utilisation - je vous suggère donc de lire un guide du débutant sur la façon d'utiliser correctement LiPo dans votre projet.
Tant de types!
Les premières batteries lithium-ion commerciales sont entrées sur le marché en 1991 et au cours des 30 dernières années, nous avons vu des progrès rapides. En conséquence, nous avons de nombreuses technologies et types de batteries différents, divisés par le type de conception et les matériaux utilisés. Afin de manipuler correctement les batteries, il est important de savoir sur quel type vous avez mis la main, et il est très important d'y prêter attention.
Cellules au lithium-ion 18650 à partir d'un ordinateur portable. Des kits comme celui-ci sont généralement soudés par points avec des bandes de nickel.
Habituellement, les batteries lithium-ion ou Li-ion sont appelées l'ensemble de la technologie des batteries au lithium rechargeables dans son ensemble, mais c'est souvent le nom des cellules traditionnelles avec un boîtier métallique cylindrique. Une option est le 18650 très respecté, mais il existe de nombreuses options et tailles. Leur coque robuste les a rendus populaires dans les véhicules, car ils subissent un stress physique important.
Le lithium polymère, ou Li-Po, fait référence aux batteries lithium-ion qui utilisent un électrolyte polymère au lieu d'un électrolyte liquide. Grâce à cela, ils peuvent être réalisés sous la forme de récipients de différentes formes. Cette flexibilité les rend utiles pour des applications telles que les smartphones et les tablettes qui nécessitent une grande capacité et une batterie déchargée. Ils sont également souvent utilisés dans les modèles radiocommandés, car leur faible poids confère un avantage significatif aux véhicules volants.
Batteries emballées au lithium polymère pour utilisation dans les modèles radiocommandés
Lithium-HV, ou batteries au lithium haute tension, sont des batteries au lithium polymère qui utilisent un additif spécial silicium-graphène sur la borne positive, ce qui les empêche d'être endommagées par la haute tension. Si vous chargez la plupart des batteries au lithium à une tension supérieure à 4,2 V, elles perdront considérablement leur capacité et leur durée de vie sera considérablement réduite. En utilisant cet additif, les cellules peuvent être chargées jusqu'à 4,32 V sans ces effets négatifs. L'augmentation de la tension donne une augmentation d'environ 10% de la densité d'énergie par rapport aux batteries au lithium polymère conventionnelles.
Batteries au lithium fer phosphate ou LiFePO 4, utilisez une chimie légèrement modifiée, afin qu'ils puissent supporter plus de cycles de charge / décharge au détriment d'une capacité énergétique légèrement inférieure. Ils fonctionnent mieux dans la plage 3,0 V à 3,65 V, plutôt que dans la plage 3,0-4,2 typique de la chimie standard du lithium-ion. Ceci et la courbe de décharge très plate les rendent idéales pour remplacer les batteries au plomb-acide 12V dans de nombreux cas, et au lieu des six cellules d'origine, quatre sont utilisées. Ils sont généralement plus stables, moins sensibles à l'autodécharge et à la perte de capacité au fil du temps.
Respecter les limites
Une erreur peut conduire à des résultats désagréables
Par rapport à la plupart des types de batteries, les piles au lithium ne tolèrent pas les abus. Une décharge en dessous de la limite inférieure conduit à la formation de dendrites de cuivre, en raison desquelles leur capacité diminue et un court-circuit peut se produire. Une surcharge peut endommager l'anode par des dépôts de lithium, qui peuvent former des dendrites de lithium, entraînant souvent un court-circuit ou une réaction de génération de chaleur auto-entretenue - la batterie commence à fumer et à brûler. Aussi, chaque élément du groupe doit être maintenu au même niveau de tension que tous ses voisins pour que les éléments ne se dégradent pas trop rapidement.
Il est important de ne pas charger les piles au lithium trop rapidement. La température ambiante affecte également considérablement les performances de la batterie. Les batteries au lithium n'aiment pas les températures glaciales, surtout lorsqu'elles sont complètement chargées. Ils ne peuvent pas être chargés à des températures glaciales. Parce que le lithium métallique peut se déposer sur l'électrode négative, ce qui peut endommager la cellule ou provoquer un court-circuit. En principe, ils peuvent être chargés jusqu'à -5 ° C, mais cela doit être fait très lentement. De plus, les batteries peuvent être endommagées si elles sont chargées à des températures supérieures à 45 ° C.
Si vous dépassez les limites spécifiées, au mieux, vous tuez simplement la batterie, au pire elle prendra feu et explosera. De plus, ces éléments sont sensibles au gonflement, au dégagement de gaz et ne semblent généralement pas très pratiques à travailler. Il peut sembler trop difficile de les gérer. Heureusement, l'électronique moderne a appris à faire face à leurs problèmes. Le bon équipement et les précautions garantissent que les batteries au lithium peuvent être utilisées de manière sûre et efficace. Cependant, tous ceux qui travaillent avec eux doivent comprendre les dangers potentiels. Bob Baddeley a publié un excellent article sur ce sujet en novembre dernier .
Travailler avec des batteries
Dans le cas de l'utilisation de cellules individuelles ou de leurs groupes, par exemple, lors de l'utilisation de batteries LiPo dans des modèles radiocommandés, il suffit simplement d'utiliser un chargeur spécial pour batteries au lithium. Lors de la charge, vous devez connecter les fils pour vérifier l'équilibrage [vous permet de mesurer la tension sur chacun des éléments séparément / env. transl.], surtout si la batterie est complètement déchargée. La meilleure efficacité de la batterie peut être obtenue en utilisant des chargeurs intelligents (en particulier dans les cas avec LiFePO 4 et des cellules haute tension). Assurez-vous de disposer d'un moyen d'empêcher la batterie de se décharger si la tension chute trop bas - qu'il s'agisse d'un voyant, d'un bip ou simplement d'un arrêt automatique.
Des modules comme ceux-ci sont parfaits pour intégrer des batteries au lithium dans des prototypes.Si
votre appareil nécessite une batterie intégrée, des cartes de protection et de charge dédiées vous conviennent . Il existe des modules prêts à l'emploi et des circuits intégrés qui vous permettent de surveiller facilement le fonctionnement des batteries lithium-ion. En principe, il y en a beaucoup - de ceux qui interrompent simplement le circuit lorsque la tension chute, aux solutions complexes de charge et de protection. Des entreprises comme Adafruit vendent des modules qui sont parfaits pour les amateurs d'électronique débutants qui cherchent à intégrer une solution pratique de charge et de surveillance de batterie sans avoir à concevoir eux-mêmes des cartes. Cependant, il existe des solutions open source qui seront faciles à intégrer dans votre propre carte à l'avenir.
(BMS) 12 , 60 .
Pour les projets plus importants avec des batteries auto-assemblées, les systèmes de gestion de batterie (BMS) sont bien adaptés. Le BMS n'est pas vraiment très différent de la puce de sécurité, il est simplement conçu pour des tâches plus importantes. Le BMS est couramment utilisé pour les batteries avec une douzaine de cellules ou plus et est souvent utilisé dans des projets tels que les vélos électriques et autres véhicules. Le BMS est soudé directement aux batteries, et est connecté à chaque cellule séparément [à un groupe de cellules connectées en parallèle / env. trad.]. Sa tâche est d'équilibrer les éléments, de limiter le courant de décharge pour la sécurité, de contrôler le processus de charge. Les assembleurs de batteries expérimentés intègrent souvent le BMS dans le corps ou le boîtier de la batterie elle-même, ne laissant que le connecteur à l'extérieur. Cela permet à l'utilisateur d'ajouter simplement la batterie finie à son projet,sans se soucier de la protection.
Si votre projet nécessite une résistance environnementale particulière, vous devrez également surveiller la température de la batterie. Garder une trace de la température des cellules, en particulier pendant la charge, est un excellent moyen de protéger votre batterie contre les dommages. Les meilleures puces et BMS ont une fonction de suivi de la température. À ce niveau d'assemblage, vous fabriquerez déjà la batterie vous-même, en insérant des thermocouples aux bons endroits lors de l'assemblage. Pour les batteries produisant des courants élevés, les températures doivent être surveillées sans faute. Presque tous les vélos électriques et véhicules électriques disposent d'équipements pour surveiller la température des batteries et des systèmes de contrôle.
Résultat
Les batteries au lithium-ion peuvent être dangereuses, mais lorsqu'elles sont utilisées correctement, elles sont suffisamment sûres pour la plupart des projets. La clé est d'utiliser le bon équipement pour vous assurer de rester dans les plages de tension et de température, sinon un désastre peut survenir. J'espère que ce guide vous aidera dans votre recherche d'informations sur l'inclusion des batteries au lithium dans votre projet.
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