Ybike version 01 phase 2 : types de piles lithium

J’avais envie pour cet article de vous faire un topo sur les types de piles, accus ou batteries rechargeables au lithium. J’ai choisi la technologie lithium car c’est actuellement la technologie la plus employée disposant du meilleur rapport contenance en énergie/poids. D’autre part, j’ai décidé que ce soit pour mon projet Ebike ou d’autres projets avec batterie autonome de fabriquer mes propres batteries (j’ai découvert que l’on pouvait en respectant certaines précautions !!!) à partir d’éléments unitaires : les cellules.

Les cellules plates de type « Pouch cells »

Ce sont les types les plus fréquemment rencontrés dans les téléphones portables ou même certaines tablettes. J’ai en ai récemment commandé une pour un téléphone. Il s’agit d’un petit « sac » (ou poche) avec deux connexions (+ et – soit anode et cathode). Ce sac est souvent de couleur jaune.On sait que la cellule (le sac) est usagé quand il commence à gonfler. D’ailleurs, c’est ce qui m’est arrivé récemment avec une tablette. Le sac a fini avec la pression par faire ouvrir le boîtier de la tablette ! J’ai essayé de percer ce sac, ce qui je l’ai appris après est à éviter. Le contact de la chimie interne avec l’oxygène peut éventuellement provoquer une réaction chimique incendiaire voire même une explosion. Il est aussi utile de préciser que le gaz qui s’en échappe est inflammable.

Voici à quoi cela ressemble :

Pouch cell -cellule sac
Cellule lithium ion en forme de poche (pouch cell)

Pour avoir une idée de ce qu’est un sac gonflé (« expand or puff »), voici à quoi cela ressemble :

Pouch cell gonflée
Pouch cell gonflée et hors d’usage

Le problème de ce genre de cellule est que si on désire les mettre en nombre pour constituer une batterie, il faudra prévoir des containers spéciaux, faits par exemple avec une imprimante 3D dans le but de créer une structure mécanique d’assemblage et de protection (elles peuvent être facilement percées) et aussi de les aérer les unes par rapport aux autres (le débit de courant les fait chauffer).

Il y a aussi un manque de standardisation au niveau des tailles. Chaque fabricant adapte la taille du sac à l’appareil (« le device ») dans lequel il doit rentrer. On constate aussi souvent des problèmes de délamination des couches internes ce qui entraîne une détérioration rapide ensuite. Leurs connecteurs sont souvent souples, fins et fragiles. Elles ne conviennent donc pas la plupart du temps pour un montage série ou parallèle.

Au niveau des avantages, elles sont légères et peu coûteuses.

Les cellules de type prismatique

Ces cellules ont une forme de pavé droit la plupart du temps. Elles sont à peu près identiques aux cellules de type « pouch » mais à la différence qu’elles ont une structure mécanique externe renforcée. Un gros avantage aussi est qu’elles ont des connecteurs de bonne qualité, parfois à vis.

Prismatic cell - Cellule prismatique
Cellule lithium ion de type prismatique (pavé droit).

Elles sont souvent utilisées pour des grosses installations dans l’habitat ou pour des véhicules électriques puissants. Leurs dimensions ne sont pas standardisées. Leur structure mécanique avec refroidissement (rainures) leur permet d’être montées en série et/ou parallèle. Nous verrons les types de montage « série » et « parallèle » un peu plus tard. Elles sont assez coûteuses et plutôt réservées pour l’industrie.

Les cellules cylindriques

Les cellules cylindriques ressemblent aux piles habituelles (AA par exemple) qui sont utilisées dans beaucoup d’appareillages électroniques de consommation courante (lampes torches par ex.).

Les cellules de type lithium sont en général plus grosses que les cellules de type AA ou AAA. Voici la comparaison avec le type lithium cylindrique le plus courant : 18650 :

Comparaison taille accus cylindriques
Comparaison de taille entre les piles AAA – AA et 18650 au lithium

L’enveloppe est faite de métal puis est recouverte d’une couche plastique pour l’isolation. A l’intérieur, on retrouve trois couches (Anode/isolant/Cathode) enroulées à partir du centre. Il y a bien sûr une perte de place par rapport aux cellules en forme de pavé droit. L’avantage est que les dimensions sont assez normalisées (ex : 18650).

Voici quelques explications concernant les dimensions : 18 est le diamètre et 650 la longueur. Mise en garde pour les innocents : n’allez par mesurer la longueur avec un calibre à coulisse joignant le + et le -, vous allez produire un court circuit (et vous faire péter le citron avec une explosion …).

Le type 18650 est le plus courant, il est notamment utilisé dans les batteries d’ordinateurs portables (il est courant de récupérer quelques cellules moins abîmées que les autres dans une batterie parfois). On trouve aussi le type 14500 qui a la taille des piles AA et le type 26650. Ce sont les trois types les plus courants. Plus récemment, Tesla a développé un type 21700 avec Panasonic qui est le leader avec Samsung, Lg et quelques autres dans le secteur. Les 21700 sont conçues particulièrement pour les véhicules électriques Tesla. Voici un lien intéressant pour ceux qui maîtrisent l’anglais sur ce sujet :

https://www.electricbike.com/new-21700-cells/

Parmi les plus gros types dans la catégorie LiFePO4 (on verra les catégories plus tard), on trouve les 40152. 15,2cm de long, ça commence à être assez gros ! En général, les très gros modèles disposent de connecteurs à visser ce qui peut être pratique pour les assemblages.

Autrement, au niveau des avantages, leur structure mécanique est solide et il est possible de faire des formes variées permettant de s’adapter à diverses configurations. Il est aussi important de savoir que certaines cellules contiennent un dispositif de protection électronique évitant les problèmes (surcharge, décharge trop profonde, surcharge, court-circuit etc.). Ceci réduit bien sûr la place pour l’enroulement mais améliore la sécurité.

Conclusion

En conclusion, j’ai décidé de choisir -pour le moment- pour mon Ebike (projet YBike) le type 18650. C’est le type le plus courant, versatile, assez peu coûteux et mécaniquement protégé. Il est assez facile à assembler. J’ai donc reçu pour test des accus achetés chez Banggood à cette adresse. Je n’arrive pas vraiment à savoir s’il s’agit de Panasonic originaux ou de contrefaçon mais les utilisateurs ont l’air satisfaits.

https://www.banggood.com/4pcs-NCR18650B-3400mAH-3_7-V-Unprotected-Rechargeable-Lithium-Battery-p-943453.html

La prochaine fois, je parlerai des types de chimie (Li-ion, LiFePO, etc.). N’oubliez pas de vous inscrire à la newsletter pour recevoir les nouveaux articles du blog.

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