Les batteries Lithium

Sylvain Legendre a écrit:Il ne m’a pas fallu longtemps pour être convaincu par le Lithium! C’est vrai que lorsqu’on fait le point sur les inconvénients de nos batteries au plomb, on réalise bien vite quelles contraintes on s’est habitué à endurer pour propulser nos bateaux au moteur électrique. Au chapitre des inconvénients des batteries Plomb classiques on peut sans se creuser la tête citer:

un poids énorme, à environ 30kg la 110Ah, en sachant qu’on peut en avoir jusqu’à 3 ou 4 dans le bateau en plus de la batterie de démarrage…
un gros volume. Le format moyen d’une batterie de 110Ah est de 35*20*20cm
une durée de vie limitée (au bout de 2 saisons en général la capacité est vraiment réduite)
un temps de charge long (suivant le chargeur il se peut qu’une nuit ne suffise pas)
une puissance qui chute vite au fur et à mesure que la batterie se vide, obligeant à accélérer davantage pour conserver la vitesse
une gestion à l’aveugle et donc une source de stress puisqu’on ne sait jamais combien d’énergie il nous reste
Du côté des inconvénients du Lithium on peut citer le prix, puisque ça reste très cher, mais à mon avis c’est largement compensé par la durée de vie du produit. Pour ce qui est de la question environnementale on rejoint le débat sur les voitures électriques. Ce n’est pas parce que c’est une pile au Lithium que c’est de l’énergie verte. Alors dans le cas présent on évite plomb et acide en grande quantité, mais le minerai provient bien de quelque part. Pour la fabrication des batteries au Lithium dont on parle ici c’est majoritairement du Chili et d’Australie.



Bref, j’ai donné la parole à Franz et Stéphanie Heil, les boss de Lithium Boat Solution qui fabrique des batteries pour Fish & Ship. Pour faire court sur leur bio cela fait 20 ans que Franz travaille sur cette technologie après des études supérieures dans le domaine. Des années d’expérience dans l’Airsoft (qui utilise beaucoup les batteries Li) et pour les utilisations intensives dans l’armée lui ont permis de mettre ses connaissances au service des pêcheurs. Stéphanie quant à elle est ingénieur de recherche. Je leur ai demandé qu’ils nous expliquent simplement la technologie Lithium adaptée aux batteries de pêche, car on a vite fait de se faire enfumer par des termes compliqués, vu l’investissement l’idée est quand même de ne pas se tromper et d’avoir un produit sûr qui correspond bien à notre usage.

Pour faire simple donc, une batterie Li ce sont des piles au Lithium…



et un BMS qui est un système électronique qui fait fonctionner le tout…



Une fois assemblé c’est protégé dans une caisse étanche (monté artisanalement comme les batteries Instinct/LBS et BBS) ou moulés dans une coque comme Rebelcell.



Quelques notions importantes:

La durée de vie d’une batterie lithium
L’industrie considère qu’une batterie lithium n’est plus suffisante pour les objets à mobilité quand elle a perdu 20% de sa capacité. Donc une batterie de capacité initiale de 100Ah, une fois arrivée à 80Ah, n’est plus « bonne » pour ce type d’objets mobiles. En réalité une batterie lithium peut continuer à fonctionner sans souci jusqu’à 25% de sa capacité initiale. Donc une batterie de 100Ah va fonctionner sans problème jusqu’à atteindre 25 Ah de capacité. Passé cela, les risques de dysfonctionnement deviennent trop élevés et les batteries doivent être recyclées.

L’industrie les utilise en recyclant les batteries comme stockage d’énergie fixe (second usage).



Les batteries lithium et la pêche
Afin de comparer ce qui est comparable, oubliez les ampères heures et cherchez les Watts Heures Wh ou Kilowatts heure kWh. Il s’agit d’un véritable point de comparaison important et réel. Et en cas de doute, demandez s’il s’agit des Wh si la batterie est neuve, Wh testé ou théorique. Parfois les tests sont faits dans des conditions irréalistes et idéales qui ne seront jamais les mêmes que quand vous pêcherez.



La batterie au lithium est une batterie légère, c’est ce qui en fait un des principaux attraits,,à titre d’exemple un bon accumulateur plomb acide fait 40Wh au kg et une batterie lithium nickel aluminium cobalt (NCA) fait 200 à 260 Wh au kg soit entre 5 et 6.5 fois plus léger que de la batterie au plomb.



Et la pêche dans tout ça ?

Aujourd’hui si vous avez un sondeur et ou un moteur électrique, il vous faut une batterie voir des batteries.



Les moteurs
Quelques généralités qui ne prennent pas en compte la force du vent, le poids du bateau et si vous avez une hélice différente de celle d’origine, etc. Ce sont des paramètres, entre autre, à prendre en compte au cas par cas.



Un moteur de 55 lbs consomme en moyenne à fond 50A en 12V ce qui fait 600W (P = U X I).

Il vous faudra pour tenir 1 heure à fond 600Wh. Moins vous allez vite, moins le moteur consomme.

Certaines tables sont disponibles selon les moteurs. Au minimum l’intensité est, en général, de 5A soit 60W



Sur un 80 lbs en 24V, vous allez consommer à fond 50A en 24V ce qui fait 1200W. Au minimum l’intensité est, en général, de 5A soit 120W.



Sur un 112 lbs en 36V, vous allez consommer à fond 50A en 36V sois 1800W. Au minimum l’intensité est, en général, de 5A soit 180W.



Un 30 lbs va être autour des 28 A soit 336W.



Un 40 lbs 36 A soit 432W et un 45 LBS 40A soit 480W.



A noter que 735W = 1 CV et qu’un coureur cycliste peut, moyennant de l’aide pas toujours très légale, développer 480 watts

Un moteur n’étant pas « parfait », il ne va pas restituer la puissance consommée, en général on compte 90 à 93% de rendement.

Il est donc important de savoir si vous allez naviguer en tout électrique, utiliser le moteur à faible vitesse ou en ancrage, ou lutter contre un courant, le vent ou encore pour des déplacements lents.

En effet, comme vous le verrez après, pour du tout électrique, il est préférable d’utiliser de la batterie LIFEPO4 pour Lithium Fer Phosphate. Certes plus lourde que du lithium type NCA ou NMC, leur tension de fonctionnement sur 95% de la décharge est aussi très stable, et leur gain de poids par rapport au plomb est en général de 3X plus léger, ce qui en fait un compromis très avantageux pour certaines utilisations.

Pour une utilisation mixtes moteur électrique/moteur thermique, les batteries dites Lithium Nickel Cobalt Aluminium sont les plus légères, jusqu’à 6,5 fois plus légères que le plomb, au prix d’un voltage qui baisse plus à travers de leur décharge.



ATTENTION : certaines marques utilisent des tensions de fonctionnement trop élevés par rapport aux batteries au plomb. Certaines batteries vont délivrer 16,8V une fois chargée au lieu de 12,6V pour d’autres, ce qui une fois utilisées sur une moteur électrique de 55 lbs va donner le calcul suivant 50A X 16.8V = 840W sois 1,3 fois plus de consommation et donc de puissance. Cela peut avoir pour conséquence des soucis avec votre moteur car il va surchauffer et vous allez l’abîmer. Pensez à vérifier la tension max.



Il reste une dernière technologie intéressante : le NMC pour Nickel Manganese Cobalt, réputée plus sécuritaire que le NCA mais avec un gain de poids que de 5 fois moins au mieux par rapport au plomb. Il est décrit un peu plus haut.



Concernant les sondeurs
De manière générale, un sondeur de 7 pouces classique consomme 10 à 12Wh, un sondeur 9 pouces 12 à 15Wh et un 12 pouces environ 24Wh. Mais un sondeur Solix 15 va consommer 55Wh, du fait des options et technologie présentes. Il est donc important de savoir ce que votre sondeur consomme ainsi que les accessoires qui vont avec.



Si vous prenez comme exemple un Solix 15 pour l’utiliser durant 10 heures de pêche, il vous faudra 550Wh d’énergie soit avec une batterie au plomb dite décharge profonde une batterie d’au moins 65Ah sois une réserve théorique de 780Wh. Mais avec une batterie au lithium, vous n’avez besoin que de prendre une petite marge de sécurité afin d’assurer vos 10 heures de pêches, ainsi 600Wh étant largement suffisant afin de contrecarrer l’effet du froid. Renseignez-vous, certaines marques prennent en compte la perte due au froid et au vieillissement dans le calcul de l’énergie disponible pour votre sondeur.

Il est bon de noter que les batteries lithium-ion de 12.6V NCA ou NMC présentent un défaut pour l’utilisation avec le sondeur, les 30 derniers pourcents de l’énergie contenue dans la batterie le sont avec une tension inférieure à 10V, mais avec une gestion électronique intégrée appropriée, ce problème peut être résolu.



La batterie lithium et l’eau
Comme vous le savez peut être, le lithium et l’eau ne se mélangent pas sans risque, il va y avoir un dégagement important de gaz inflammable si de l’eau rentre en contact avec le lithium d’une batterie sans compter les court circuits et l’oxydation.

En somme une batterie lithium qui n’est pas étanche est dangereuse si mis en présence d’eau. Sur un bateau, il est souvent compliqué mais pas impossible d’avoir une batterie lithium qui n’est pas étanche a l’eau. Mais au vu des risques d’incendie et de simplement détruire la batterie en cas de d’eau qui pénètre dans la batterie, opter pour une batterie étanche prend tout son sens.

A noter que les normes que vous souhaitez voir apparaitre sont IP67, IP68 ou IP69.

En somme si vous avez déjà une batterie lithium cherchez par tous les moyens à le protéger de l’eau.

Des batteries oui, mais pas n’importe quoi
Ces points sont à réfléchir et à appréhender dès le début dans le choix de votre batterie au lithium. Cette technologie est très intéressante dans l’application à la Pêche et présentent de nombreux avantages, cependant il s’agit d’une technologie qui doit être bien maîtrisée pour en tirer tout le bénéfice sans pallier à la sécurité.



Dès lors que vous choisissez des batteries au lithium, soyez intransigeant avec la marque des batteries utilisées. Ce point est extrêmement important, ainsi que de savoir quelle technologie sera utilisée (NCA, LiFePo4….), chaque produit ayant ses spécificités propres. Trop de batteries et de fabricants ne précisent que « Lithium-Ion ».

Lexique

Ah = Ampères par Heures : Combien de courant par heure

A = Ampères : le courant a un instant T

V = Voltage : la tension de fonctionnement.

W = Watt = Unité d’énergie ou de PUISSANCE

Wh = Watts Heures = Énergie restitué en 1 heure (Ce que vous payez en KWh sur votre facture EDF)

BMS = Battery Management System = Gestion électronique de la batterie



Les technologies et chimie des batteries dit « lithium »
Il existe énormément de données sur les batteries au lithium, des discours relevant du bla-bla et des informations concrètes. Cette technologie entraîne de nombreux mythes et légendes urbaines. Ici je vais regrouper les différentes technologies et les points importants à noter.



Lithium ion type NCA Lithium Nickel Cobalt Aluminium
Il s’agit de la technologie des batteries utilisées sur les voitures Tesla. C’est aussi la chimie lithium grand public qui a le plus de capacité par rapport au poids.

Chargées en 4 heures idéalement pour maximiser la durée de vie. Il existe certains modèles qui peuvent être chargés en 1 heure mais au coût de la durée de vie ou de la capacité des batteries.

Au vu de leur grande capacité d’énergie, ce sont les batteries les plus sensibles et délicates à assembler et sécuriser, elles nécessitent donc l’intervention d’un professionnel formé à cette technologie. En cas de mauvais assemblage un court-circuit interne de la batterie se trouvant avant le BMS va dissiper beaucoup de chaleur.

Or elles sont sensibles aux fortes chaleurs. En cas d’exposition d’une température supérieur à 60°C lors de leur décharge les batteries s’abiment, Passé 150°C il y a un risque d’emballement thermique. Pour faire simple un feu de lithium.



Les conseils important d’utilisation et d’achat.



Garder ces batteries chargées en dessous de 30% quand vous ne les utilisez pas et chargez-les avant d’aller à la pêche. En effet une batterie stockée en dessous de 30% perd nettement moins de capacité qu’une batterie chargée à fond. Chaque marque et modèle a une tension de stockage idéale parlez-en avec votre fournisseur.



Comme pour n’importe quelle batterie rechargez-la dans un lieu bien ventilé. Et surtout pas sans surveillance. Le chargeur de batterie 220V reste vulnérable a des sur tensions du réseau voir d’une décharge électrostatique. Même si il y a un BMS efficace le système reste de l’électronique. Si vous subissez une surcharge type foudre ou transformateur qui beug alors le chargeur et le bms peuvent se retrouver déréglés ou grillés. En cas de surcharge les batteries vont surchauffer et donc créer un risque d’incendie. Une bonne batterie doit bénéficier d’une protection type ESD (Electro Static Discharge)



Nous avons choisi cette technologie pour développer nos batteries Lithium Boat Solution. En 12V 24V 36V et 48v et plus, en prenant soin de mettre en place toutes les protections nécessaires afin d’éviter tout problème.

L’inconvénient de cette technologie la large bande de tension d’utilisation. Une batterie de 12v chargé à fond fait 12.6V, une batterie déchargé fait 7.5 volts bien que pour éviter d’abîmer les batteries nous limitions la décharge à 8.7 volts. Pour un moteur électrique, l’hélice va tourner moins vite et vous irez donc moins vite mais vous consommerez aussi moins de courant. Votre moteur de 55 lbs au début va consommer 12.6v x 50A = 630Watts ; à 50% la tension est de 11.1Volts x 50A = 555W, et enfin à 10% sois 9.4V vous aurez 470 watts. Pour une utilisation pêche classique avec moteur avant et gps vous ne verrez presque rien mise à part si vous partez à 100%. Pour l’utilisation avec des sondeurs il vous faut donc avoir un régulateur de tension sans quoi en dessous de 10.5 à 10V l’électronique va se couper.

Pour cela nous avons développé une gamme de 12v sondeur appelée Dolfy (dispo sur demande chez Fish & Ship)

A noter que toutes batteries de 12v 24v et 36v pour moteurs peuvent aussi avoir des sorties 12V pour vos sondeurs ou besoin en énergie en 12v

Ainsi vous pouvez ainsi utiliser la même batterie pour vos moteur , sondeurs , pompes de cales et vivier

Gamme ESOX (12V) , Shark (24V) et Orca (36V). (dispo sur demande chez Fish & Ship).



Lithium ion type NMC Lithium Nickel Manganese Cobalt
Avec un peu moins de capacité par poids que les batteries NCA, elles sont plus stables et plus sures que les NCA. L’ajout de Manganèse apporte une stabilité lors de fonctionnements et ne chauffe que très peu lors de forte charge et décharge.

Avec moins d’énergie emmagasinées, ce sont aussi des batteries plus résistantes à la chaleur grâce à l’ajout du Manganèse mais tous aussi délicates que les NCA à gérer. Les batteries NMC sont réputées aussi pour avoir une durée de vie plus importante que les NCA dans des conditions identiques d’utilisation : 1000 à 2000 cycles avant perte de 20% de la capacité. La durée de vie est sujette à la gestion et à la profondeur de décharge des batteries. C’est la technologie utilisée par Rebelcell par exemple qui a misé sur la combinaison sûreté/poids/durée de vie.

Températures max avant emballement thermique 210°C



Lithium Ion dite LFP pour Lithium Fer Phosphate LiFePO4
Elles ont un avantage énorme d’être très sûre car le phosphate dans la batterie va, en cas d’incendie, diminuer l’incendie ou l’éteindre par ses propriétés auto-extinctibles. Elles ne continent pas de cobalt. A une durée de vie plus élevée que les autres batteries lithium sur le marché. La tension aux bornes de la batterie est très stable même en charge .

Les moteurs électriques ne perdent pas en puissance au cours de la décharge de la batterie et ce sur 95% de la décharge.

Développé en 12v et 24V la gamme instinct batterie (en stock Fish & Ship) vous permet d’avoir un avantage de poids et de stabilité de puissance. Elles peuvent, si bien dimensionnées, être utilisées comme batterie de démarrage pour certains moteurs hors bords. Voir notre gamme LUTH pour les batteries de démarrage étanche.

Peut-être rechargée en 1 Heure mais le temps de charge idéale est de 3 heures. Pour les plus performantes, au mieux seulement, ces batteries sont 3 fois plus légères que le plomb. Inconvénient : la décharge naturelle est plus élevée qu’une batterie lithium classique.

La gamme instinct batterie a été développé pour faire fonctionner des sondeurs , des moteurs ou tous appareil demandant une source de 12v ou 24v. Les maitres mots sont longévité et gain de poids. En équilibre entre la pointe qui est la NCA et la batterie au plomb. Nos batteries LIFEPO Instinct batterie peuvent être assemblé en parallèle afin d’élaborer des batteries de 12v de 20ah en 20Ah et 24v de 60Ah en 60Ah .

Une gamme d’accessoires vous permettra d’utiliser la même batterie pour votre moteur et votre sondeur.

Nous conseillons tous particulièrement ces batteries pour une utilisation en navigation tout électrique et ou là longévité de la batterie prime sur le poids.

Malgré leur grande sécurité et leur robustesse, ces batteries ont une très forte décharge instantanée qui demande des bonnes précautions d’utilisation tout comme avec les batteries de démarrage au plomb.

Température d’emballement thermique 270°C. Si cette température est atteinte le phosphate joue alors le rôle de retardateur de feu et empêcheras des flammes mais pas un dégagement important de chaleur.

Durée de vie pour 20% de perte généralement supérieur à 2000 cycles . un peu plus de 1000 -1200 Cycles pour les batterie bas de gamme ou soumis à de très fort courants supérieur à 4000 cycles pour les grosses batteries industriel.















Attention danger. Ne jamais recharger quand la batterie est en dessous de 0°C. Par définition essayer de recharger la batterie que si elle est au-dessus de 5°C ou alors rentrez là à l’intérieur au chaud avant de la recharger durant au moins 4 heures. A moins que vous ayez un système de chauffage intégré.

La température idéale de charge de la batterie est de 20°C.

Ne faites pas confiance à l’électronique ou au jauges de températures intégré. En effet le capteur de température a pu être sous le vent et indiquer la température que d’une partie de la batterie. Vous risquez alors de recharger une batterie en dessous de 0°C. D’un autre côté l’extrême légèreté et la portabilité des batteries Li fait qu’on peut sans problème les descendre du bateau le soir pour les charger à l’intérieur après une bonne journée de verticale!







LIPO ou Lithium Polymère
Elles ne sont pas catégorisés lithium ion. Utilisées dans le monde du modélisme, ces batteries sont dangereuses et des cas de combustion spontanée ont été documentés. Pour le moment à fuir comme la peste, surtout dans ce type d’application.





Si vous optez pour des batteries lithium-ion NCA NMC demandez les marques utilisées. En effet trop souvent ce des batteries de mauvaise qualité sont utilisées.

Les marques à rechercher sont : Panasonic (SANYO), Murata (Sony), LG CHEM, Samsung SDI. Attention cependant, certains fabricants ont des usines dans leur pays d’origine et en Chine, la Chine servant de lieu de fabrication en grande série de batteries lithium dit « grand public » pour ces marques. Leurs usines dans leur pays d’origine soit Japon et Corée du sud pour les marques précédemment citées sont là pour les batteries de haute qualité.

Exemple : Samsung SDI fabrique en Corée du sud et en Chine, la même batterie fabriquée en Chine (même nom et modèle) aura 5% de capacité en moins et une durée de vie moins importante.



Souvent, des marques bien moins connues vont arriver avec des spécifications fantaisistes disant mieux faire que les grands acteurs sur le marché. Méfiez-vous, c’est à 99% trop beau pour être vrai.



Comme n’importe quel objet, une batterie s’use quand on l’utilise. Avec les batteries au lithium, la capacité baisse petit à petit. Cependant on est encore loin du Plomb et vous n’aurez pas à changer vos batteries aussi souvent.

Dépendamment de la qualité des éléments, du choix de la gestion de la charge et de la décharge, de la manière de stocker la batterie et du bon dimensionnement, vous aurez moins de perte de capacité.

J’espère que ces infos vous auront permis d’y voir un peu plus clair sur cette technologie finalement assez récente dans la pêche mais qui va devenir très vite la norme. A titre personnel ce sera bientôt 2 ans d’utilisation exclusive de batterie Lithium donc une expérience assez fiable. N’hésitez pas à poser vos questions sur le chat ou la page Facebook Fish & Ship!