Batteries Lithium Pour Vélos : Les Différents Types

Les Batteries Lithium Pour Vélos sont constituée de cellules (appelées aussi éléments) assemblées en série ou en série/parallèle et d’un circuit électronique permettant la gestion en charge et en décharge des cellules ; ce circuit est appelé « BMS » pour Battery Management System.

Il existe deux familles de batteries Lithium pour vélos : Lithium-métal et Lithium-ion.

Il existe différents types de batteries Lithium-ion ; les plus couramment rencontrées sont : Lithium Manganese (LiMn), Lithium fer Phosphate (LiFePO4), Lithium Nickel Manganese Cobalt (LiNiMnCo) et Lithium-ion polymère.

Dans une batterie Lithium-ion, des ions Lithium se déplacent de l’anode vers la cathode durant la décharge de la batterie et inversement durant la charge. L’électrolyte est un polymère gélifié dans les batteries lithium-ion Polymère et une solution saline dans les autres types de batteries Lithium-ion. L’électrolyte évite la dégradation des électrodes.

Les batteries Lithium-Ion ont une densité énergétique comprise entre 90Wh/Kg pour les LiFePO4 et 180Wh/Kg pour les Lithium-ion polymère.

Les batteries Lithium-Metal ont une densité énergétique de 110Wh/Kg.

Les batteries Lithium-ion Polymère sont souples, ce qui leur permet de prendre des formes fines et variées.

Une batterie Lithium-Ion est recyclable à 80% (contre 98% pour une batterie Plomb).

Les batteries au Lithium manganèse sont les plus utilisées sur les vélos électriques car elles ont une bonne résistance aux chocs et sont plus stables que du Lithium polymère.

Comme vous vous en doutez, il y a là aussi des « bonnes » batteries LiMn et des « mauvaises » batteries LiMn. Notez aussi qu’il existe d’autres éléments que le Manganèse dans les batteries LiMn comme par exemple le Cobalt et le Nickel. Ces derniers ont leur rôle à jouer dans la performance et la stabilité de votre batterie.

Une cellule LiMn est souvent de forme cylindrique mais peut avoir une forme rectangulaire.

Ces batteries lithium pour vélos électriques sont robustes, encaissent de fortes intensités de décharge en continu et ont une durée de vie plus longue que les autres technologies de batteries lithium. Cependant elles sont aussi plus lourdes, c’est pour cela que nous les réservons aux tricycles, scooters ou quadricycles.

Les cellules LiFePO4 peuvent être de formes cylindriques ou rectangulaires. Nos batteries LiFePO4 sont constituées de cellules cylindriques « Headway » et peuvent accepter jusqu’à 60A.

Les batteries lithium, comme tout types de batteries, ont besoin d’un BMS (Battery management System). Le BMS est une carte électronique, dont le rôle est de réguler la charge et la décharge de chaque élément constitutif d’une batterie.

Pour la régulation de la batterie, le BMS contrôle plusieurs données qui sont : La tension des éléments, leur température, leur état de charge ou de décharge, l’intensité d’entrée (pour la charge) ou de sortie (pour la décharge).

Notez cependant, que certains BMS n’intègrent pas toutes ces fonctions. Sur les batteries d’entrée de gamme, le BMS assure seulement la coupure seuil haut (pour éviter de dépasser la tension maxi des cellules) et la coupure seuil bas (pour éviter la décharge profonde du pack).

Les BMS les plus perfectionnés, équipant les batteries hautes performances OZO ou Samsung, peuvent enregistrer un historique de la vie de la batterie comme par exemple le nombre de cycles effectués par la batterie, le courant maximum de décharge ou de charge ou encore l’énergie totale délivrée par la batterie depuis sa sortie d’usine.

Le rôle du BMS est donc d’optimiser au mieux l’utilisation de la batterie et de la protéger contre une mauvaise utilisation (intensité de charge ou de décharge trop importante par exemple).

Celle-ci dépend des méthodes utilisées par les acteurs suivant : Le fabricant, l’assembleur, le distributeur et l’utilisateur.

Rôle du fabricant :

La durée de vie d’une batterie dépend tout d’abord de la qualité des cellules qui la composent. Plus l’électrolyte de la cellule est pur, meilleure sera la durée de vie de votre batterie. C’est pour cela que nous faisons le choix des cellules Samsung car les grands fabricants peuvent garantir une pureté maximale de l’électrolyte.

De nombreux fabricants chinois de cellules n’utilisent pas les méthodes permettant de concevoir des cellules « pures » à 100%. De ce fait plus l’électrolyte sera pollué et moins bonne sera la durée de vie de votre batterie. Il n’est pas rare de voir des batteries d’origine chinoises ayant perdues 50% de leur capacité au bout de seulement 6 mois.

Rôle de l’assembleur :

Les batteries sont constituées de plusieurs cellules assemblées en série et/ou parallèle et d’un BMS. L’assembleur doit absolument respecter certaines méthodes, dont la plus importante est de constituer une batterie uniquement avec des cellules issues d’une même série de production, et ayant une résistance interne équivalente. Bien qu’indispensables, ces points ne sont généralement pas respectés par les assembleurs car cela demande une logistique sans faille, du temps et des outils. Si les cellules de votre pack n’ont pas la même résistance interne, il va se créer au fil du temps un déséquilibre qui engendrera une baisse significative de l’autonomie et des performances. Le choix du BMS est aussi très important. Les batteries premier prix ont un BMS qui surveille simplement les tensions maxi et mini alors que nous utilisons sur nos batteries des BMS qui surveillent la température des cellules et qui possèdent un étage d’équilibrage garantissant un maintien parfait de l’homogénéité de votre batterie. Un BMS équipé d’un mode veille évitera une décharge de la batterie lors d’un stockage prolongé.

Rôle du distributeur :

Un autre critère est la durée de stockage et la méthode de stockage utilisée par le distributeur. Avant de vous être vendue, une batterie a très bien pu être stockée pendant plus d’un an par le vendeur (ce qui est souvent le cas dans les magasins de cycles électriques) et elle a aussi pu être produite un an avant que ce vendeur la réceptionne, ce qui signifie que vous achetez une batterie ayant déjà deux ans. Ce cas est très courant.

Un autre point important est la façon dont le vendeur a stocké ses batteries. Est-ce que celles-ci ont simplement été mises dans un coin en attendant le futur acheteur ? est-ce qu’elles ont été stockées sous la tension de stockage préconisée par le fabricant ? Est-ce qu’elles ont été chargées ponctuellement ? voilà quelques points importants qui auront leur importance sur la durée de vie de votre batterie.

Rôle de l’utilisateur :

Vous avez vous aussi votre rôle a jouer pour maintenir les performances de votre batterie sur le long terme. Pour cela il vous suffit de suivre les consignes d’utilisation et de stockage qui vous seront fournies avec votre batterie OZO.

Estimation de la durée de vie si toutes les conditions ci-dessus ont été respectées au préalable : La durée de vie des batteries Lithium est donnée en « nombre de cycle » ; un cycle étant une décharge et une charge.

Pour les cellules Samsung que nous utilisons dans nos packs batteries, Samsung annonce une chute de seulement 10% de la capacité au bout de 300 cycles et de 30% au bout de 700 cycles (sous 1C). Notez que le facteur temps intervient aussi et que ces données sont valables pour un usage quotidien et non pour 300 cycles effectués sur 5 ans. Avec le recul nous estimons que l’échange de la batterie doit être envisagé au bout de 2,5 à de trois ans. Cela ne veut pas dire qu’au bout de trois ans votre batterie ne fonctionnera plus du tout, mais elle aura perdu une bonne partie de ses performances.

Un autre facteur qui influe sur la durée de vie de votre batterie est le taux de décharge sous laquelle vous l’utilisez. Par exemple pour les cellules Samsung 22P, la perte de capacité après 300 cycles est de 10% sous 1C (sous 10A continu pour une batterie de 10Ah) et de 20% sous 3C (sous 30A continu pour une batterie de 10Ah).

Une batterie Lithium pour vélo électrique est un produit de haute technologie qui se compose d’un assemblage de cellules lithium est d’un circuit électronique de régulation appelé BMS (battery management system). La différence de qualité entre une batterie et une autre se fait tout d’abord par les cellules. La plupart des cellules Chinoises acceptent des intensités de décharge de 15A en continu alors que les cellules Samsung que nous utilisons dans nos batteries peuvent accepter jusqu’à 50A en continu. La durée de vie et surtout les performances sur la durée vont être différentes. L’electrolyte d’une cellule haut de gamme est pure à 100% alors que celle d’une cellule bas de gamme ou moyen de gamme contient des impuretés diminuant la durée de vie.