🔋 La batterie lithium de nos trottinettes électriques

Bienvenue dans notre guide complet dédié à l’univers de la batterie lithium sur les trottinettes électriques et les autres Engins de Déplacement Personnel Motorisés (EDPM).

Dans cet article introductif, nous allons explorer ensemble les fondamentaux, les différentes caractéristiques d’une batterie lithium et les notions électriques essentielles.

Ensuite, nous vous partagerons des astuces et conseils pratiques pour utiliser votre engin de manière plus sûre et efficace, tout en prolongeant la durée de vie de la batterie.

Les batteries des trottinettes, monoroues et skates électriques

La batterie, c’est le réservoir d’énergie de votre engin. Elle stocke le courant qui peut être consommé par le moteur électrique, les lumières, le contrôleur et d’autres accessoires.

La plupart des véhicules électriques sont équipés de batteries lithium-ion.

Les batteries lithium offrent plusieurs avantages significatifs par rapport aux autres types de batteries :

1. Leur poids : elles sont bien plus légères que les autres modèles lorsqu’on compare leurs densités énergétiques (quantité d’énergie stockée en fonction de leur poids physique).
2. Une grande capacité énergétique et un courant de sortie élevé : elles peuvent stocker et restituer une grande quantité d’énergie, ce qui signifie que votre véhicule électrique peut être performant et il peut parcourir une longue distance sur une seule charge.

Ajouté : Trouver le bon compromis entre le poids de la batterie et l’autonomie souhaitée.

Choisir des batteries de grandes capacités pour faire plus de kilomètres, c’est un critère de choix important pour de nombreux utilisateurs. Cependant, elles augmentent également la taille et le poids, rendant ainsi une trottinette électrique plus lourde, voire (très) difficile à porter.

Nous ne développerons pas le sujet concernant les (anciennes) batteries au plomb-acide, montées sur les véhicules thermiques. Elles sont rarement utilisées pour la e-mobilité vu qu’elles ont deux inconvénients majeurs : une faible longévité et une faible quantité d’énergie qu’elles stockent, ce qui alourdirait nos véhicules électriques.

Composition d’une batterie lithum

Comparaison des configurations proposées :

Pack	Lithium-ion	LiPo
Stockage de l’énergie	Plusieurs cellules	Une à plusieurs batteries
Gestion électronique	Systèmes de gestion de batterie (BMS). En général, le BMS est assemblé avec le pack de batteries lithium-ion.	Contrôleur « ESC » (Electronic Speed Controller)

a) Batterie lithium-ion

Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont composées de nombreuses cellules, assemblées dans une structure en forme de brique, ce qui permet de construire des batteries sur-mesure, pour tout type de véhicule électrique.

Ok, mais c’est quoi cette « cellule » ?

Une cellule individuelle ressemble à une pile ordinaire, mais celle-ci est rechargeable.

Prenons l’exemple d’une batterie constituée de cellules 18650, de dimensions cylindriques de 18 mm x 65 mm. Chaque cellule génère un potentiel électrique de 3,2 à 4,2 volt, avec une capacité de 3,4 ampères-heure (environ 12 watt/heure).

Le nombre de cellules connectées en série donne la tension de votre pack.

Le nombre de cellules connectées en parallèle donne la capacité (Ah).

Ainsi, on arrive à obtenir des batteries avec des centaines, voire de milliers de watt/heure.

La classification des cellules par taille : c’est un choix de format, de la conception au SAV.

Marques

Sur un pack de batteries lithium (Li-ion) haut de gamme, les cellules sont fabriquées par LG, Samsung, Panasonic, Sanyo, Molicel, Tesla…

Sur le marché des trottinettes électriques économiques et à prix moyen, la plupart des packs sont fabriqués à partir de cellules génériques fabriquées en Chine.

La différence entre les cellules de marque et celles génériques (chinoises) ? C’est une plus grande garantie de contrôle de la qualité, si vous achetez une trottinette avec les cellules de marque.

Si cela ne correspond pas à votre budget, assurez-vous d’acheter un engin auprès d’un fabricant réputé, qui utilise des pièces de qualité et qui dispose de bonnes mesures de contrôle de la qualité. Xiaomi et Segway Ninebot sont des exemples d’entreprises susceptibles d’avoir un bon contrôle qualité.

b) Autres batteries lithium

Les batteries lithium polymère (LiPo) se retrouvent majoritairement sur les drones et le modélisme, plus rarement sur nos engins.

Elles présentent surtout l’intérêt d’être plug & play.

Gestion électronique autour d‘une batterie Lithium

Revenons à la tension d’une seule cellule. Elle peut être utilisée sur une plage de fonctionnement avec une tension qui varie généralement de 2,9 à 4,2 volt par cellule lithium-ion. Pour prévenir les dommages dus à une décharge excessive, l’engin s’arrête lorsqu’on atteint le point de coupure de décharge (également appelé « cut-off »), paramétré autour de 3 volt. Toutefois, ces valeurs peuvent différer légèrement en fonction de la chimie de la batterie et du niveau de sécurité choisi par le fabricant. Ces plages de valeurs sont vraiment différentes avec une batterie lithium-fer-phosphate (LiFePO4).

Nos batteries lithium présentent de nombreux avantages, mais elles peuvent devenir dangereuses si elles sont utilisées de manière inappropriée. Une surcharge ou une décharge trop profonde peuvent endommager la batterie puis déclencher une surchauffe, un incendie… Dans les meilleurs cas, cela réduira la durée de vie de la batterie.

a) Le système de gestion des batteries Lithium-ion (BMS)

C’est pour les raisons évoquées ci-dessus qu’un système de gestion de batterie (BMS) est intégré avec les batteries lithium-ion. Ce contrôleur électronique surveille et régule le flux d’électricité délivré par la batterie :

• lors de l’utilisation de l’engin ;
• lors de la charge de la batterie, avec une étape de sécurité d’équilibrage des tensions pour éviter des écarts de charge entre les cellules.

Les systèmes de gestion de batterie plus sophistiqués surveilleront également la température du pack et déclencheront une coupure en cas de surchauffe.

Cependant, une batterie au repos se décharge. Faites attention si vous stockez vos batteries pendant une durée prolongée.

b) Le contrôleur (ESC) des batteries LiPo

Si vous utilisez une batterie LiPo :

• lors de la recharge, c’est le chargeur de la batterie qui endosse le rôle du BMS. Il est important de souligner que la sécurité de la batterie lors de la recharge dépend en grande partie de la qualité du chargeur utilisé et de la manière dont il est utilisé. Pour votre sécurité, votre chargeur doit disposer de fonctions d’équilibrage et de surveillance de tension. Vous devez également choisir le bon niveau d’intensité de charge, en tenant compte des spécifications de la batterie ;

• le contrôleur « ESC » (Electronic Speed Controller) régule le flux d’électricité seulement lors de l’utilisation de l’engin, sans surveillance ni protection des cellules de la batterie LiPo. Ce contrôleur offre une sécurité nettement inférieure à celle d’un BMS.

Notions électriques pour comprendre les caractéristiques des batteries

Le nombre de cellules connectées en série à l’intérieur de la batterie détermine la tension de votre pack.

Prenons l’exemple d’une tension nominale de chaque cellule à 3,7 V.

Une 6S signifie qu’il y a 6 cellules en série dans la batterie. Pour calculer la tension de la batterie : 6 x 3,7 = 22,2

Vous obtenez une tension de 22,2 V.

⚠️ Lors de la recharge d’une batterie au lithium de plus de 100 Wh à domicile, son énergie est suffisamment importante pour occasionner de graves dommages, notamment lorsqu’elle est totalement rechargée. Suivez les consignes de sécurité.

Chimie d’une batterie lithium

Une batterie lithium, c’est de la chimie dont voici une courte liste ci-dessous :

• Lithium Nickel Manganèse Cobalt (NMC), avec une autonomie correcte jusqu’à 500 cycles de recharge, en décroissance au-delà ;
• Lithium Fer Phosphate (LFP), avec une meilleure durée de vie (de 1000 à 2000 cycles de recharge) ;
• Autres chimies plus anciennes : LCO, LMO, NCA…

Chacune de ces chimies de batterie représente un compromis entre sécurité, longévité, performances et prix. L’impact écologique est à prendre en compte dans les choix des matériaux utilisés.

Vie de la batterie lithium

En fonction de sa chimie et la qualité de production, la durée de vie d’une batterie est estimée de 300 à 1500 cycles de charge / décharge. Elle va vous transporter longtemps, jusqu’à 15 000 km à parcourir ❗️

Il est important de noter que la capacité et l’autonomie des batteries diminuent progressivement selon le nombre de cycles de charge.

Profondeur de décharge

🔌 Une batterie lithium pourrait être rechargée à tout moment vu qu’elle n’a pas d’effet mémoire, avec certaines précautions que nous aborderons dans un prochain article.

Les batteries lithium préfèrent les décharges partielles, ce qui assurerait une vie plus longue à ces accumulateurs. Il faut plusieurs recharges partielles pour être comptabilisées comme un cycle de décharge/recharge complet. Procédez ponctuellement à une recharge complète, avec un équilibrage des cellules.

Pour prolonger la durée de vie des batteries et par sécurité, il est préférable que l’état de charge (SoC) ne descende pas en dessous de 25%. C’est pourquoi, les constructeurs automobile peuvent limiter l’utilisation des cellules sur une plage de 25-85% de leur capacité réelle.

S’il semble intéressant de n’effectuer que des recharges partielles, l’utilisation que l’on souhaite faire de son engin électrique ne s’y prête pas forcément, notamment lorsque son autonomie diminue (froid…).

Vous pouvez donc recharger votre batterie à n’importe quel moment, sans vous soucier de la capacité restante.

❌ Et surtout, les batteries lithium n’ont pas besoin de décharges complètes périodiques, et c’est une situation à éviter.

Bien gérer l’état de charge – adoptons les bonnes pratiques

➡ Full à 💯 %… débrancher immédiatement le chargeur.

La batterie est prête à être utilisée, enjoy❗️

➡ 30% à 75% pour le Stockage, de quelques jours à plusieurs mois.

➡ 25% à 30% pour le Transport, puis recharger dès l’arrivée à destination.

Votre batterie peut se détériorer suite à une profonde décharge, en dessous du seuil bas défini par le fabricant (en dessous d’une tension qui est généralement à 2,9 V par cellule lithium-ion).

⚠️ Ne jamais laisser la batterie se décharger jusqu’à la fin de son autonomie, sinon elle peut devenir dangereuse lors de la recharge.

Nos recommandations

Faites-vous plaisir avec un engin fiable. En investissant dans un modèle de bonne qualité, vous allez pouvoir l’utiliser en sécurité pendant plusieurs années.

État de charge (SoC) de la batterie :

🟢 Entre 30 et 50% de charge, c’est parfait pour un stockage longue durée.

🔴 Ne stockez pas votre engin électrique complètement déchargé. Les batteries lithium se dégradent quand elles tombent en dessous de 2,9 V. Vérifiez périodiquement leur niveau de charge, et si besoin, rechargez-les partiellement.

🔴 Ne stockez pas complètement chargé ou avec le chargeur branché pendant des périodes prolongées. Garder la batterie au maximum de sa tension peut diminuer sa durée de vie. En cas de sinistre, vous avez un maximum d’énergie, ce qui représente un maximum de risques.

🟠 Chargez avec une intensité compatible avec les caractéristiques des cellules. Certains chargeurs plus sophistiqués vous permettent de contrôler l’intensité de la charge. Prolongez la durée de vie de la batterie avec une charge lente.

Température :

🟠 Les composants électroniques ont besoin d’être correctement refroidi. N’utilisez pas la batterie à des températures supérieures à 65 °C.

🟠 Diminuer le niveau d’intensité si la température est inférieure à 5 °C, tant en usage (décharge) qu’en charge car la circulation des ions est ralentie avec le froid, sinon il y a un risque d’endommagement (formation de dendrites jusqu’à un court-circuit interne).

Dans tous les cas, suivez les instructions du fabricant et de prendre toutes les précautions nécessaires pour assurer une utilisation sûre de vos batteries lithium.

Pour tout savoir sur les batteries lithium

Au cours de sa vie, une batterie subit des contraintes qui peuvent engendrer des défaillances techniques mineures ou majeures. Nous vous invitons à prolonger la lecture avec nos articles :

> Optimiser la consommation et aller plus loin

> Rouler par temps humide ? Attention aux conséquences…

> Risques d’incendie des batteries lithium et solutions

> Incendie Batterie Lithium – état des lieux (2022 – 2023) et perspectives d’évolution

Écologie et recyclage

Si vous souhaitez en savoir plus sur cet aspect, nous avons rédigé cet article :

> Les EDPM sont-ils écologiques ?

Merci à Khepri Rider et Jean-Pierre Aubert du Groupe Facebook Zero pour les informations qui ont permis la rédaction de cet article.

Article MAJ le 27 mai 2023.

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