🔋Les batteries de nos trottinettes, monoroues et skates Ă©lectriques

Voici tout ce qu’il y a Ă  savoir sur les batteries des EDPM, y compris leur type, le nombre de watts / heure, leur durĂ©e de vie prolongĂ©e, ainsi que leur utilisation et stockage appropriĂ©s.

Batteries des EDPM

La batterie est le rĂ©servoir de carburant de votre EDPM. Il stocke l’Ă©nergie consommĂ©e par le moteur Ă  courant continu, les lumiĂšres, le contrĂŽleur et d’autres accessoires.

La plupart des EDPM auront un type de batterie Ă  base de lithium-ion en raison de leur excellente densitĂ© Ă©nergĂ©tique et de leur longĂ©vitĂ©. Beaucoup d’engins pour enfants et d’autres peu coĂ»teux contiennent en rĂ©alitĂ© des batteries au plomb-acide.

Le bloc-batterie est composé de cellules individuelles et de composants électroniques, appelés systÚmes de gestion de batterie, qui assurent son fonctionnement en toute sécurité.

Les batteries plus grandes ont une plus grande capacité , mesurée en wattheures, et permettent à un engin de faire plus de kilomÚtres. Cependant, ils augmentent également la taille et le poids de la trottinette, la rendant ainsi moins portable.

Packs de batterie

Les cellules 18650 Li-ion, illustrĂ©es ci-dessus, constituent le bloc-batterie d’un EDPM.

Les batteries d’un engin sont composĂ©es de nombreuses cellules individuelles. Plus prĂ©cisĂ©ment, elles sont constituĂ©es de cellules 18650, une classification de taille pour les batteries au lithium ion (Li-ion) de dimensions cylindriques de 18 mm x 65 mm.

Chaque cellule 18650 d’un bloc-batterie est assez peu impressionnante : elle ne gĂ©nĂšre qu’un potentiel Ă©lectrique de 3,5 volts et une capacitĂ© de 3 ampĂšres-heures (ou environ 10 wattheures).

Pour construire une batterie d’une capacitĂ© de centaines, voire de milliers de wattheures, de nombreuses cellules 18650 au lithium-ion sont assemblĂ©es dans une structure en forme de brique.

Le bloc-batterie en forme de brique est surveillĂ© et rĂ©gulĂ© par un circuit Ă©lectronique appelĂ© systĂšme de gestion de la batterie (BMS), qui contrĂŽle le flux d’électricitĂ© qui sort de la batterie.

Lithium-Ion

Les batteries Li-ion ont une excellente densitĂ© d’Ă©nergie (quantitĂ© d’Ă©nergie stockĂ©e en fonction de leur poids physique).

Elles ont Ă©galement une excellente longĂ©vitĂ©, ce qui signifie qu’elles peuvent ĂȘtre dĂ©chargĂ©es et rechargĂ©es ou cyclĂ©es plusieurs fois tout en maintenant leur capacitĂ© de stockage.

Lithium-ion fait référence à de nombreux produits chimiques de la batterie qui impliquent le lithium ion. Voici une courte liste ci-dessous :

  • Oxyde de lithium et de manganĂšse (LiMN2O4); alias : IMR, LMO, Li-maganese
  • Nickel de lithium et de manganĂšse (LiNiMnCoO2); aka INR, NMC
  • Oxyde d’aluminium de cobalt et de nickel (LiNiCoAlO2); aka NCA, Li-aluminium
  • Oxyde de lithium, nickel et cobalt (LiCoO2); aka sous-officier
  • Oxyde de lithium et de cobalt (LiCoO2); aka ICR, LCO, Li-cobalt
  • Phosphate de fer et de lithium (LiFePO4); aussi appelĂ© IFR, LFP, LI-phosphate

Chacune de ces chimies de batterie représente un compromis entre sécurité, longévité, capacité et courant.

Lithium maganĂšse – INR – NMC

Heureusement, de nombreux EDPM de qualitĂ© utilisent la chimie de la batterie INR – une des chimies les plus sĂ»res.

Cette chimie de la batterie donne une capacitĂ© et un courant de sortie Ă©levĂ©s. La prĂ©sence de manganĂšse diminue la rĂ©sistance interne de la batterie, permettant une sortie de courant Ă©levĂ©e tout en maintenant des tempĂ©ratures basses. Par consĂ©quent, cela rĂ©duit les risques d’emballement thermique et d’incendie.

Certaines trottinettes Ă©lectriques avec la chimie INR sont les modĂšles : WePed GT 50e et Dualtron.

Plomb-acide

Le plomb-acide est une trÚs vieille chimie de batterie qui se trouve couramment dans les voitures et certains gros véhicules électriques comme les voiturettes de golf.

On les trouve Ă©galement dans certaines trottinettes Ă©lectriques, notamment les trottinettes pour enfants, peu  onĂ©reuses, produites par des entreprises telles que Razor. Les batteries au plomb-acide ont l’avantage d’ĂȘtre peu coĂ»teuses, mais souffrent d’une densitĂ© d’Ă©nergie trĂšs faible, ce qui signifie qu’elles pĂšsent beaucoup par rapport Ă  la quantitĂ© d’Ă©nergie qu’elles stockent.

En comparaison, les batteries Li-ion ont une densitĂ© d’Ă©nergie d’environ 10 fois celle des batteries au plomb.

Capacité

La capacitĂ© de la batterie de l’EDPM est Ă©valuĂ©e en unitĂ©s de wattheures (Wh abrĂ©gĂ©), une mesure de l’énergie.

Cette unitĂ© est assez facile Ă  comprendre. Par exemple, une batterie de 1 Wh stocke suffisamment d’énergie pour fournir 1 watt pendant 1 heure. Une plus grande capacitĂ© Ă©nergĂ©tique, c’est-Ă -dire que plus le watt-heure de la batterie est Ă©levĂ©, plus la portĂ©e de l’EDPM est grande, pour une taille de moteur donnĂ©e.

Un EDPM aura une capacitĂ© d’environ 250 wattheures et pourra parcourir environ 16 km. Alors que les EDPM disposant d’une grande autonomie vont avoir une capacitĂ© allant jusqu’Ă  des milliers de wattheures et des plages allant jusqu’Ă  96 km.

Marques

Les piles au lithium ionique (Li-ion) individuelles d’une batterie d’un EDPM sont fabriquĂ©es par une poignĂ©e de sociĂ©tĂ©s de renommĂ©e internationale. Les cellules de la plus haute qualitĂ© sont fabriquĂ©es par LG, Samsung, Panasonic et Sanyo.

Ces types de cellules ont tendance Ă  ĂȘtre trouvĂ©s uniquement dans les packs de batteries de trottinettes haut de gamme. La plupart des trottinettes Ă©lectriques Ă©conomiques et Ă  prix moyen ont des packs fabriquĂ©s Ă  partir de cellules gĂ©nĂ©riques fabriquĂ©es en Chine. Il y a de trĂšs bonnes cellules chinoises et d’autres trĂšs pauvres. La diffĂ©rence entre ces cellules de marque et celles gĂ©nĂ©riques chinoises c’est une plus grande garantie de contrĂŽle de la qualitĂ©, si vous achetez une trottinette avec les cellules de marque.

Si cela ne correspond pas Ă  votre budget, assurez-vous d’acheter un engin auprĂšs d’un fabricant rĂ©putĂ©, qui utilise des piĂšces de qualitĂ© et qui dispose de bonnes mesures de contrĂŽle de la qualitĂ©. Xiaomi et Segway Ninebot sont des exemples d’entreprises susceptibles d’avoir un bon contrĂŽle qualitĂ©.

SystĂšme de gestion de batterie

Bien que les cellules Li-ion 18650 prĂ©sentent des avantages incroyables, elles sont moins tolĂ©rantes que les autres technologies de batterie et peuvent exploser si elles sont utilisĂ©es de maniĂšre inappropriĂ©e. C’est pour cette raison qu’elles sont presque toujours assemblĂ©es dans des racks de batteries disposant d’un systĂšme de gestion de la batterie (BMS).

Le systÚme de gestion de la batterie est un composant électronique qui surveille la batterie et contrÎle la charge et la décharge. Les batteries au lithium ionique sont conçues pour fonctionner entre environ 2,5 volts et 4,0 volts. Trop les charger ou les décharger trop profondément peut raccourcir leur durée de vie ou déclencher des conditions dangereuses de surchauffe.

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

Intensité de charge

Il faut rentrer dans des dĂ©tails plus techniques pour comprendre l’intensitĂ© de charge maximale permise par un pack de batteries.
Les packs de batteries sont assemblés en cellules connectées en série et en parallÚle.

Le nombre de cellules connectées en série donne le voltage total. Le nombre de cellules connectées en parallÚle donne la capacité.
Par exemple, pour la batterie d’une trottinette Z10X avec une batterie 22,4 AH, il s’agit d’un pack 14S7P (14 en sĂ©rie, 7 en parallĂšle, soit un total de 98 cellules), ce qui donne 14S au voltage max d’une 18650 : 14 * 4,2 = 58,8v Ă  sa tension maximale, et 14 * 3,7 = 51,8V Ă  sa tension nominale.

Pour la capacitĂ©, il faut se reporter aux caractĂ©ristiques de la cellule, c’est lĂ  que l’on trouve des diffĂ©rences entre modĂšles.
Restons sur l’exemple de la trottinette Z10x 22,4 Ah : ce sont des cellules LG MH1. Sur les donnĂ©es fabricant, on trouve beaucoup d’informations dont la capacitĂ© (C), dans ce cas 3200 mAh.

Les 7 cellules en parallÚle donnent une capacité de 7 x 3200 mAh =  22400mAh, ce qui explique la dénomination 22,4 AH.
Les 3200mAh des cellules nous donne la capacité de décharge.

Ensuite, toujours dans les donnĂ©es du fabricant de la cellule, il faut regarder la capacitĂ© de charge. On va trouver deux choses : la capacitĂ© de charge maximale et la capacitĂ© de charge standard d’une cellule :

  • La charge maximale donnĂ©e est tolĂ©rĂ©e par la cellule, mais charger constamment Ă  cette intensitĂ© va rĂ©duire sa durĂ©e de vie.
  • La charge standard n’impacte pas nĂ©gativement la durĂ©e de vie de la cellule.

Communément (et cela vaut pour la LG MH1), la capacité de charge max vaut 1C, et la standard vaut 0,5C, soit dans mon exemple : max=3200mAh et standard=2600mAh (1550 mAh préconisé LG).

N’oublions pas Ă  ce stade de la dĂ©monstration, nos cours d’Ă©lectricitĂ© sur la mise en parallĂšle : 7 cellules en parallĂšle, ce qui vaut pour la dĂ©charge vaut pour la charge. Nous pouvons donc charger cette batterie en toute tranquillitĂ© Ă  7 x 1550, soit 10850 mAh. MĂȘme avec un chargeur Ă  10A, la charge est sĂ©curisĂ©e…

Il faut aussi tenir compte du courant max que le BMS est capable d’accepter. En effet, si, par exemple, une batterie 22,4 Ah peut accepter 11,2 Ah en charge « standard » (soit en C/2) sans aucun dĂ©gĂąt pour les cellules, il faut aussi vĂ©rifier que son BMS peut aussi un tel courant, sinon, il est possible que l’Ă©quilibrage des cellules se fasse mal, ce qui peut ĂȘtre dangereux. Malheureusement, le courant max admissible par le BMS est une information difficile Ă  obtenir.

Profondeur de décharge

Tests et graphes Ă  l’appui, BatteryUniversity.com assure que les batteries lithium-ion n’ont pas d’effet mĂ©moire, accepte trĂšs bien les dĂ©charges partielles, et n’ont pas besoin de dĂ©charges complĂštes pĂ©riodiques. Un bĂ©mol pour ce dernier point, procĂ©der tout de mĂȘme Ă  un cycle de dĂ©charge/recharge complĂštes permet, dans certaines applications, le bon calibrage de la jauge de capacitĂ© associĂ©e. C’est la multiplication des petites dĂ©charges qui assurerait une vie plus longue Ă  ces accumulateurs. La diversitĂ© des composants internes aux cellules, se traduit par autant de comportements diffĂ©rents.

Pour faire durer les batteries, la plupart des constructeurs limitent leur utilisation sur une plage de 25-85% de leur capacitĂ©. En gros, sauf exception, on ne la charge donc pas au dessus de 85%, et l’engin s’arrĂȘte quand il reste 25% de capacitĂ©. Ce sont ainsi 40% de la capacitĂ© rĂ©elle de la batterie qui sont pas inaccessibles. S’il semble intĂ©ressant de n’effectuer que des recharges partielles, l’utilisation que l’on souhaite faire de son engin Ă©lectrique ne s’y prĂȘte pas forcĂ©ment.

Vous pouvez donc recharger votre batterie Ă  n’importe quel moment, sans vous soucier de la capacitĂ© restante. Étant donnĂ© qu’un cycle est dĂ©comptĂ© uniquement lorsqu’une dĂ©charge/recharge complĂšte est effectuĂ©e, la batterie ne sera pas affectĂ©e par des petits coups de recharge. Il est bon de rappeler que charger un engin de 50 Ă  100 % ne compte que pour un demi-cycle.

Écologie et recyclage

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

Les EDPM sont-ils Ă©cologiques ?

Vie de la batterie

Une batterie Li-ion typique sera capable de gĂ©rer 300 Ă  500 cycles de charge / dĂ©charge complets (dĂ©charger a moitiĂ© puis la recharger compte pour la moitiĂ© d’un cycle) avant de diminuer en capacitĂ©. Pour un engin moyen, cela reprĂ©sente 5 000 Ă  15 000 kms !

Les systÚmes modernes de gestion de la batterie aident à prolonger la durée de vie de la batterie et vous ne devriez pas trop vous inquiéter de la batterie. Toutefois, si vous souhaitez prolonger au maximum la durée de vie de la batterie, vous pouvez aller au-delà de 500 cycles.

Les rĂšgles Ă  suivre sont :

  • Ne stockez pas complĂštement chargĂ© ou avec le chargeur branchĂ© pendant des pĂ©riodes prolongĂ©es. Garder la batterie au maximum de sa tension diminuera sa durĂ©e de vie.
  • Ne stockez pas la trottinette Ă©lectrique complĂštement dĂ©chargĂ©e. Les batteries Li-ion se dĂ©gradent quand ils tombent en dessous de 2,5 V . La plupart des fabricants recommandent de stocker entre 30 et 50% de charge et de les complĂ©ter pĂ©riodiquement pour un stockage Ă  trĂšs long terme.
  • N’utilisez pas la batterie Ă  des tempĂ©ratures infĂ©rieures Ă  0 ° C ou supĂ©rieures Ă  45 ° C (113 ° F).
  • Chargez avec une intensitĂ© compatible des caractĂ©ristiques des cellules. Certains chargeurs plus sophistiquĂ©s vous permettent de contrĂŽler l’intensitĂ© de la charge. La principale chose Ă  faire ici est de ne pas abuser de la batterie et cela va durer toute la vie de votre engin.

 

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

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François Deslandes

Architecte systÚme d'information / Habite à Paris / La trot est mon moyen de locomotion principal / Président de l'ANUMME

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