Discutons des batteries lithium. Faire? Pas faire? Et la sécurité?

[abracadabra75]

Merci Hulk.

Mais pour ne pas charger ce tuto remarquable par mon cas particulier, je vais ouvrir une nouvelle discussion pour m'éviter de faire de nouvelles bêtises.

A+
-----

[invite03481543]

Fusibles et protections.


Dans ce chapitre nous allons faire le tour des protections que l'on peut utiliser pour une batterie.


1/Fusibles


Ce dispositif est le plus ancien moyen de protection contre les surcourants et autres court-circuits.
Traditionnellement simple, autonome, peu cher, il offre un avantage qui le rend incontournable:
la faculté d'isoler physiquement la source de la charge après mise en protection.


Sous réserve de bien respecter la tension d'isolement (nous y reviendrons car cela est souvent négligé).
Nous verrons aussi que les fusibles peuvent être plus complexe qu'il n'y parait à première vue et coûter très cher dans certains types d'applications.
Le dimensionnement d'un fusible est bien plus compliqué qu'il n'y parait, dans certains cas complexes un logiciel est même requis.


Ce qui est moins connu ou pris en compte dans les design ce sont les influences des phénomènes liés à l'environnement immédiat dans lequel évolue un fusible.
Par exemple le champ électromagnétique dans un bus bar, qui induit des effets thermo-mécaniques qui vont générer des stress et nuire à la durée de vie, la température ambiante
et intrinsèque pour lesquelles un derating (déclassement) sera à considérer, le profil des courants circulants (continus ou pulsés)
devra être bien modélisé selon les conditions au sein de l'application.
Tous ces phénomènes doivent être bien considérés pour assurer un dimensionnement fiable et une protection pérenne.


Un fusible à 2 fonctions: Protéger et Veiller


-> Protéger en cas de dépassement de la consigne de courant définie pour l'application en ouvrant le circuit.
-> Veiller, c'est à dire être le moins intrusif possible pour le reste du circuit qu'il protège, lorsque le courant circule nominalement ou en dessous d'une valeur limite prédéfinie.


Nous savons que l'énergie dissipée sous forme de chaleur par une résistance s'écrit Wj=R.I²t
La grandeur caractéristique de coupure d'un fusible est définie traditionnellement par la grandeur I²t qui, pour l'élément résistif qu'est le fusible, correspond à une énergie par unité
de résistance.
Vous voyez que si R vaut 1 Ohm nous retrouvons bien W=I²t, c'est cette caractéristique qui est utilisée dans les docs de fusible.


Si Wj>Wa (Wa énergie admissible) le fusible fait son travail, il ouvre le circuit.
Cela traduit le fait que si le carré d'un certain courant circule durant un temps suffisant t, l'énergie fournie sera suffisante
pour échauffer le conducteur présent dans le fusible et provoquer son ouverture par fonte du matériau.
En réalité il y a 2 phases dans ce principe.


A/ Si l'énergie atteint une valeur dite de "pré-arc", la fusion est initiée de manière irréversible.
B/ Après avoir atteint le "pré-arc" on entre dans la phase d'ouverture du fusible proprement dite, ou phase d'arc, phase d'extinction du courant.


Donc pour le dimensionnement nous devons prendre en compte I²t= I²t(pré-arc)+I²t(arc)


Nous voyons qu'il nous faut connaitre avec précisions l'allure du courant (on parle de profil) par exemple lors de la mise sous tension (inrush current).
Notamment dans le cas de la charge d'une grande capacité électrochimique vide à l'état initial, l'appel de courant peut être très élevé et faire fondre le fusible si rien n'est prévu.


Le nombre de marche/arrêt, les écarts de températures, le profil de courant, l'influence de l'environnement, accentuent le phénomène de "fatigue thermique", qui peut se définir comme
étant l'ensemble des contraintes au fil du temps vécu par le fusible.
De manière imagée pour s'en faire une bonne idée, un trombonne en acier plié x fois finira par rompre.


Enfin pour calculer ce fusible il nous faut connaitre avec exactitude l'ensemble des caractéristiques du chemin de courant (résistance de ligne: valeur du shunt de mesure de courant
estimation de la piste de puissance du cuivre sur le PCB, l'inductance de ligne, les résistances Rds(on) des MOS).
Car pour un accu lithium sa résistance interne étant très faible, le courant en cas de court-circuit peut être très grand et ses valeurs habituellement négligeables ne le sont plus.
Si on les néglige le i²t sera faux, et le fusible fera son travail trop tôt ou bien trop tard.
Nous verrons que le temps de réaction d'ouverture des MOS en cas de défaut en courant est essentiel et doit être court pour que le fusible ne s'ouvre pas trop tôt et surtout que le SOA des MOS ne soit pas atteint (SOA: Safe Operating Aera), caractéristique souvent très négligée, voir ignorée par beaucoup.

Tout cela participe à l'efficacité d'un dispositif accumulateur, et vous verrez que tout cela est rarement présent dans les batteries bon marché.

J'essaierai de conclure le chapitre fusible et protection demain avant de partir.
Nous verrons ensuite un exemple concret de dimensionnement d'une batterie avec un BMS, au cours duquel nous reviendrons plus en détail sur certains aspects que nous avons juste survolés jusqu'à maintenant.
Fin de semaine prochaine car je serai absent jusqu'à jeudi.
@+

[bobflux]

Petit point sécurité du jour : que se passe-t-il quand on stocke dans la même poche un 18650 nu et non protégé, et un porte-clés ?

Réponse en vidéo

[invite03481543]

Ce jeune homme a eu beaucoup de chance, cela aurait pu être bien pire si il avait été à l'intérieur de l'établissement, visiblement un boite de nuit, il y aurait eu davantage de blessés ou provoquer un départ d'incendie.
Alors essayez d'imaginer ceci:
http://www.jumboroger.fr/vol-mh-370-...dans-la-soute/

Malheureusement trop de gens sous estiment la nécessité des certifications type UN38.3 qui se sont encore nettement renforcées depuis 2014.
Il y a beaucoup trop de laxisme en ce domaine, pas assez de moyens au niveau des douanes, pas assez de sanctions fortes pour décourager les exportations de ceux qu'on peut appeler de véritables criminels.

[Yvan_Delaserge]

ça me rappelle la scène dans laquelle le Terminator se débarrasse d'une de ses batteries avant qu'elle n'explose parce que son boîtier a été endommagé accidentellement. Bon, sa batterie est plus énergétique qu'une 18650, ça va sans dire.

[mizambal]

Bonsoir,

Petite question : comment peut-on expliquer qu'une batterie de vapoteuse au repos (ni en charge ni en décharge) puisse exploser comme ça :

http://www.ladepeche.fr/article/2016...ose-poche.html

[f6bes]

Bsr à toi,
Dans un célébre sketch la réplique est:...".Y a comme un défaut !"( Fernand Reynaud )
La vapoteuse en avait probablement un aussi !
Bonne soirée

[invite03481543]

Dans les 2 cas d'accidents il s'agit de batterie de rechange.
Mon avis sur les cigarettes électroniques est sans appel: il y aura d'autres accidents de ce type vu la non qualité de ce dispositif pas suffisamment encadré sur le terrain comme bon nombre d'autres produits d'ailleurs, alors que le dispositif législatif est bien là, il suffit de l'appliquer c'est tout.

Je vous ai évoqué les protections INDISPENSABLES qui doivent être présentes sur n'importe quel lithium, il suffit de regarder un circuit de protection d'une cigarette électronique et on a de suite la réponse: c'est une pure fumisterie.

C'est toujours pareil, tant qu'une amende exemplaire ne sera pas donnée et avec la menace de prison ferme à la clé, rien ne bougera.
De plus comme les boites qui fabriquent ça sont toutes en Asie, il est illusoire de penser que ça va bouger.

La seule solution, comme bien souvent, est d'alerter les gens en les formant, ce que je tente de faire modestement ici, afin qu'ils soit prudents et critiques dans leurs choix d'achats.
Les revendeurs eux mêmes sont les premières victimes, car en cas d'accidents ce sont eux qui vont prendre cher, pour ne pas avoir toujours fait le nécessaire pour vérifier ou demander les homologations indispensables, vérifier les informations, l'origine, etc.
La course au prix le plus bas est le meilleur allié de l'accidentologie, c'est pas nouveau et valable dans tous les domaines.

Seul un encadrement plus sérieux ET AVEC DES MOYENS pour les douanes en leur affectant des spécialistes, en ayant leurs propres labos, permettra d'épurer une situation exsangue, qui en matière de respect des normes est totalement à l'abandon en Europe.
Il suffit de voir l'encadrement pour la CEM par exemple, la majorité des produits provenant de Chine est hors norme, pour les chargeurs par exemple c'est la quasi totalité de ce qui circule chez les VPCistes.
Tout le monde le sait, c'est un secret de Polichinelle.

Aujourd'hui la DGCCRF se concentre sur le contenu des liquides, elle ne peut pas être partout tant la mission en matière de fraudes est immense, c'est comme vouloir vider l'océan avec une petite cuillère:
http://www.francetvinfo.fr/sante/dro...s_1106217.html

La sécurité du système d'énergie passe largement au second plan par manque de moyens et d'experts.

[PIXEL]

c'est une pure fumisterie..

ce qui s'impose pour une cigarette

[invite03481543]

Bonsoir,

Petite question : comment peut-on expliquer qu'une batterie de vapoteuse au repos (ni en charge ni en décharge) puisse exploser comme ça :

http://www.ladepeche.fr/article/2016...ose-poche.html

Lorsque la batterie est mise dans la poche, les contacts + et - ne sont pas protégés contre les contacts métalliques type clés, pièces de monnaie et autres objets conducteurs.

La sécurité mise en place est de type PCM, c'est à dire que la sortie n'est jamais à 0V comme il se devrait, sauf si la batterie était sous la tension de limite basse.
C'est donc la tension cellule qui est présente directement tant que celle-ci est suffisamment chargée, ce qui est le cas le plus fréquent pour une batterie de rechange, on peut même dire qu'elle est bien pleine dans la majorité des cas.
C'est un peu comme avoir une pile dans une poche, à la différence que les pôles de la pile sont à 180° et le risque est donc plus faible à moins d'avoir un objet métallique suffisamment large pour faire le contact.
Il est bien plus rare de nos jours d'avoir une pile en poche.
Dans un BMS, le simple fait de ne pas avoir de courant de décharge permet d'ouvrir le MOS de décharge et d'assurer ainsi la sécurité, c'est toute la différence, le prix n'est pas le même par contre.
La sécurité est juste une question de prix, pas de technique.

[balisto56]

Bonjour.

Bon ! vous êtes sympa avec vos piles lithium, mais avec tous les problèmes de sécurité ça me fout les miches, je ressors du placard mes vieilles Wonder.

Cordialement.

[invite03481543]

La peur n'écarte pas le danger c'est pas toujours la meilleure méthode pour s'en protéger.

Tu montes bien dans ta voiture et le danger est pourtant bien présent à chaque instant, mais tu as appris à conduire.
Tu as aussi des prises électriques chez toi et pourtant tu n'y mets pas les doigts parce que tu as appris que ce serait dangereux de le faire.

[gienas]

Bonsoir à tous et particulièrement à HULK 28 qui a déjà bien avancé.

Comme la discussion reçoit des commentaires certes intéressants, mais qui nuisent à la consultation de la partie utile, j'ai commencé à rassembler la dite rédaction dans un fichier unique pdf et que je vais placer en #1 pour le retrouver plus facilement.

Pour retrouver plus facilement chaque paragraphe dans le cadre de la discussion, les numéros des interventions ont été conservés. Ils me servent aussi à moi pour m'y retrouver.

Également, pour retrouver plus facilement la discussion, je déplace la discussion dans les épinglés, ce qui avait été annoncé dès le début.

Excellent week end à tous, même si la météo n'est pas à la fête.

[abracadabra75]

Merci gienas.

Ayant l'intention de le distribuer aux bricoleux de ma connaissance, ignorants la plupart du temps (je l'ai constaté) des dangers de ces accus, je suggère d'y ajouter une page de titre, du genre "Du danger des accus au lihium" ou "Pièges à éviter en matière d'accus au lithium", ou meilleurs que ceux-ci.

Ceci permettrait de cerner d'un coup d'oeil l'objet du document et de rester d'actualité dans le futur.

En y mettant, bien sûr le nom de l'auteur afin de rendre à César ce qui n'appartient pas à Jules

A+

[invite03481543]

On va parler cette fois des problématiques de mise en série et en parallèle des accus lithium.

Que ce soit en série ou parallèle, il est important de monter un pack avec des éléments neufs provenant d'un même lot de fabrication (bien vérifier le code du lot).
Cela garanti un SOC nominal équivalent pour chaque cellule, une tension équivalente (aujourd'hui certaines marques sont à quelques mV d'écart seulement).
Il y a encore peu la norme voulait qu'une batterie neuve soit chargée à 50% en vue du transport, qui comme je le rappelle est un niveau de charge qui permet un courant de fuite minimum à température < 20°C.
La législation a évoluée depuis peu (avril 2016) et oblige à 30% max pour le transport désormais.
Voir par exemple ici:
https://www.ups.com/content/us/en/ab...attery_US.html

L'assemblage le plus critique est sans conteste le mode série unitaire (2S, 3S, ... 20S, etc) alors qu'on pourrait penser à priori le contraire.
La raison est simple, si un élément est défectueux la chaîne est rompu, la capacité du groupement sera réduite à l'élément le plus faible.
Autre problème en série, le déséquilibre.
Du fait des protections hautes et basses, si au moins un des éléments est à la traîne en charge il y aura un autre élément qui atteindra le seuil haut en premier, la charge sera alors stoppée et la capacité globale sera plus faible.
De même si un élément est faible, en décharge il atteindra le premier le seuil bas et la sécurité stoppera toute décharge alors qu'il reste potentiellement de l'énergie dans les autres cellules.
Dans les 2 cas la batterie ne stockera plus sa charge nominale, c'est le début de la fin.
Pour y remédier il faut donc impérativement équilibrer le pack, c'est à dire dériver du courant de la batterie la plus chargée pour le donner à la moins chargée, de manière générale il faut redistribuer au moins riche.
Il existe 2 types d'équilibrage:
-> équilibrage passif, c'est une résistance qui va dériver le courant
-> équilibrage actif, c'est un système de type DC/DC qui va être mis en oeuvre.

Chacun de ces 2 systèmes a ses avantages et ses inconvénients:

->passif
avantage: simple, peu cher
inconvénient: dissipe de l'énergie en chaleur => oblige à des courant d'équilibrage faible => temps d'équilibrage long. (équilibrage = balancing dans la littérature technique), équilibrage en décharge déconseillé.

-> actif
avantages: permet des courants forts => balancing rapide, rendement très élevé => quasiment pas de perte, permet un équilibrage en charge et décharge
inconvénient: cher, complexe

L'usage de l'un ou l'autre dépend donc du type de batterie, de sa capacité, du budget, des contraintes de l'application, du niveau technique du concepteur, du nombre de cycles visé.

Comme je le disais au début, la différence entre des cellules de même lot est très faible (attention pas chez tous les fabricants) et si le nombre de cycles visé n'est pas supérieur à 500 l'équilibrage sera très peu sollicité.
A condition également que le montage mécanique et électrique conserve un bon équilibre.
On comprend bien que si une des cellules est plus sollicitée que les autres par une électronique foireuse ça n'ira pas.
Donc hors de question de tirer une alim sur la cellule du bas par exemple ou toute autre individuellement, ça ne fonctionne jamais.
Toutes consommations sur un groupement série doit se faire sur l'intégralité du pack.

En assemblage parallèle la cellule la plus faible sera soutenue par sa ou ses copines en parallèle, donc plus un pack contient d'éléments en parallèle plus le pack sera fiable.
Même si une perte de capacité est à considérer, l'application continuera de fonctionner.
Il est facile de voir que si, dans un groupement de 5 cellules en parallèle, une a 10% de charge en moins la capacité des 5 sera affaibli de seulement 2%.

Un autre inconvénient du mode série unitaire ou série avec des groupements parallèles (3S5P par exemple) survient quand on doit faire des chaînes comme par exemple 24S ou plus encore.
Les circuits classiques sont faits pour mesurer au maximum 16S, il est donc nécessaire de réaliser ce qu'on appelle un stacking ou du daisy chain.

Sur le papier c'est assez simple dans le principe, ça consiste à empiler les circuits en reliant la masse du circuit supérieur au + du circuit inférieur et ainsi de suite.
Seulement il y a au moins 2 inconvénients:

1/il faut respecter l'ordre de branchement des mesures en partant toujours du potentiel le plus bas et aller vers le plus haut.
2/au delà d'une certaine tension des précautions sont à prendre, car par exemple 24S c'est 88V et on est en continu.

On peut ajouter un autre inconvénient qui est de pouvoir alimenter l'électronique en toute sécurité.
La première mise sous tension de ce genre de groupement ne se fait pas sans une certaine fébrilité, imaginez lorsque vous appuyez sur ON avec un groupement de 200 cellules.
Il a donc fallut imaginer des solutions plus confortables dont nous reparlerons.

J'en profite pour bien mettre en garde qu'à ce stade une recommandation incontournable est de vérifier au moins plusieurs fois son câblage et tout ce qui peut être vérifié DOIT l'être.
Une autre précaution que connaisse ceux qui ont suivi une habilitation électrique est de toujours utiliser des EPI (Equipement de Protection Individuel) qui a minima doivent être des lunettes spéciales pour protéger des éclats ou projections et des outils isolés.
Ici vous trouverez des infos:
http://www.officiel-prevention.com/f...179&dossid=227

Bien se rappeler qu'en électricité il n'y a pas que le risque en tension mais dans le domaine des batteries le risque du court-circuit est tout aussi dangereux (aveuglement, projections de matières en fusion, gaz, substances toxiques).

Pour en revenir à l'équilibrage, la qualité et la durée de vie de votre batterie en est directement impactée il faut donc à tout prix l'éviter.
Par exemple un des facteurs déclenchant est l'écart de température entre les différentes cellules.
Si dans un groupement par exemple de 10 cellules, une est soumise à une différence de 5°C elle va dans le temps vieillir différemment.
La notion de gradient thermique est donc à considérer.

C'est le cas si par exemple vous montez la batterie dans un ensemble et que sans faire attention vous avez un point chaud près du pack cellules (moteur, dissipateur, etc).
Pareil si vous collez votre circuit de protection sur le pack, il faudra éviter que par exemple les MOS chauffent une cellule.
La stabilité thermique est donc le point clé à ne pas négliger sous aucun prétexte.

@+

[Yvan_Delaserge]

En assemblage parallèle la cellule la plus faible sera soutenue par sa ou ses copines en parallèle, donc plus un pack contient d'éléments en parallèle plus le pack sera fiable.
Même si une perte de capacité est à considérer, l'application continuera de fonctionner.
Il est facile de voir que si, dans un groupement de 5 cellules en parallèle, une a 10% de charge en moins la capacité des 5 sera affaibli de seulement 2%.

Hello Hulk et merci pour ces explications.
Tu écris que l'on est beaucoup plus à l'aise avec des assemblages en parallèle que des assemblages en série.
Cela implique (tu me corriges au besoin, bien sûr!) qu'il est exceptionnel qu'une cellule lithium ion "meure" en se mettant en court-circuit?

Il y a eu justement récemment un fil sur ce forum où l'initiant tenait absolument à se protéger contre une telle éventualité en montant un fusible en série avec chaque cellule et si je me rappelle bien, tu lui avais dit que c'était superfétatoire. En particulier, les pros ne le font jamais.

Tu confirmes?

[invite03481543]

Oui.
On met un fusible sur les entrées de mesure uniquement, le risque étant de faire un CC ou une mauvaise manip avec le fil qu'on doit raccorder au BMS, donc un fusible de 100mA est suffisant.
Pour ma part je n'ai jamais vu une cellule se mettre en CC et si cela se produisait l'évent est là pour protéger.

[hmnrobots]

Super topic; merci
peut on dire que les LIFEPO4 sont actuellement les plus sûres ?
Encore merci.

[invite03481543]

Ca dépend.
Le LiFePO4 a une densité énergétique moins grande que les technologies au Cobalt et est endothermique ce qui constitue un gros avantage en terme de sécurité.
Le problème, comme bien souvent, est vouloir charger ou décharger au-delà du raisonnable avec des régimes inadaptés, comme on peut le voir dans le modélisme par exemple.
Pour un usage raisonnable cette techno est beaucoup plus stable sans aucun doute.

[hmnrobots]

sauf erreur je n'ai pas (encore) vu la réponse à cette question (et je profite de l'expertise de Hulk28) : pour conserver ces batteries pendant de longues périodes d'inactivité (par ex hiver) vaut il mieux les charger complètement ou les stocker déchargées ?
Merci d'avance.

[invite03481543]

Il me semble en avoir déjà parlé.

Pour conserver au mieux une batterie lithium il faut qu'elle soit chargée à 50% et maintenue à une température en dessous de 15°C pour avoir l'auto-décharge la plus faible.
Aucun problème de la charger à 100% avant stockage, sauf que l'auto-décharge sera plus grande.
Par contre la stocker sur du long terme totalement déchargée n'est pas du tout recommandé pour du lithium.

[trebor]

Bonjour à tous,

Mes piles ordinaires, je les mets au frigo à +/-4°C, est-ce trop froid pour celle au lithium ?

Merci et bonne journée à tous

[invite03481543]

Non ce n'est pas trop froid, il n'y a pas de problème.

[hmnrobots]

Merci encore pour ces précisions .
Bonne journée

[minushabens]

Dans les comparaisons du message #6 j'ajouterais, à la charge des batteries au plomb leur fin de vie abrupte: du genre on roule un jour sans soucis et le lendemain la voiture ne démarre pas. Avec le NiCd par exemple, on a une perte progressive de capacité, c'est plus facile à gérer.

[Dynamix]

Pour en revenir à l'équilibrage, la qualité et la durée de vie de votre batterie en est directement impactée il faut donc à tout prix l'éviter.

Eviter l' équilibrage

[invite03481543]

C'est le déséquilibre qu'il faut éviter bien entendu.

[nornand]

BJR homme vert:

question j'ai utilisé un appareil photo par des températures négatives - 1 -2 max j'ai perdu énormément d'autonomie sur l'accu , si j'ai bien compris ce que tu as écrit cela n'aurai pas du se produire , au retour a des températures normal 20 °c l'indicateur de batterie m'indiquait 3/4 de charge .
Donc problème d'accu ou problème de gestion de l'énergie par l'appareil photo

ci joint photo de l'accu intégré

[invite03481543]

Tu as raison je n'ai pas précisé ce cas.
Il faut distinguer le courant de fuite et la charge exploitable.

En stockage le courant de fuite à basse température est le plus faible donc la conservation est maximale mais la charge exploitable diminue de manière conséquente surtout quand on passe en température négative.
La raison est l'évolution de l'impédance interne.

Le courant de fuite double pour chaque 10 degrés, la charge exploitable est divisée par 2 entre 20°C et -20°C, elle évolue selon cette allure:

[invite03481543]

Sur les petits équipements la gestion de la charge restante est calculée par des circuits performants du type "impedance tracking" dont Texas possède un brevet.
Leur principe assure une mesure précise du SOC (State of Charge) quelque soit la température et le courant circulant, puisque le système fait à la fois appel à du comptage coulométrique et à des tableaux dans lesquels sont stockés des paramètres propres au modèle de la cellule utilisée en fonction de la température et qui alimente un algorithme de calcul.