Batterie Lithium fer

Batterie lithium-fer

 

Quand on recherche du poids à enlever sur une voiture, quoi de plus logique que s’attaquer au gros morceau de plomb que représente la batterie ? Sur l’Exige, la batterie d’origine représente presque 12 kg très mal placés puisque juste au-dessus de la roue arrière gauche, qui est déjà la plus chargée.

Jusqu’à peu, tout le monde dans l’industrie automobile semblait ignorer que les batteries avaient fait de gros progrès depuis l’introduction des batteries au plomb il y a de nombreuses décennies. Les technologies à base de lithium sont les plus avancées, et le potentiel de gain de poids est très grand. En revanche, certaines technologies de batteries lithium, particulièrement les premières mises sur le marché, peuvent prendre feu assez facilement si elles sont maltraitées. Dans quelques très rares cas, ces batteries peuvent prendre feu spontanément. Boeing en a fait l’amère expérience très récemment durant ses tests de certification du 787 Dreamliner. Il est bien évidemment hors de question de mettre une batterie avec un risque élevé de feu dans le coffre de l’Exige. Mais une des technologies de batteries semble toute indiquée pour l’utilisation en tant que batterie de démarrage : le LiFePO4. Cette technologie est la plus sûre des technologies lithium actuelles avec un risque d’incendie très limité quelque soient les contraintes électriques, thermiques ou mécaniques infligées à la batterie. Elle permet également de très fortes puissances au détriment, il est vrai, de la quantité d’énergie stockable.

Calculs préliminaires

Première étape à la réalisation de la batterie, vérifier les tensions du système. Avant de me lancer dans le lithium pour l’Exige, je l’ai fait pour mon kart Rotax Max. Ce moteur n’a pas d’alternateur, la batterie doit donc être rechargée après utilisation pour permettre de lancer le démarreur et alimenter l’allumage des bougies. Pour mon kart j’ai pu prendre une batterie lithium polymer, certes avec un risque d’incendie plus élevé, mais dans ce cas la batterie est clairement visible, et de toute façon si petite qu’elle est inoffensive. On parle là d’une batterie qui fait à peine 3 fois la taille d’une batterie de smartphone. La tension retenue était de 11.1V nominaux, ce qui correspond à 3 cellules de 3.7V en série, pour 12.6V quand la batterie est complètement pleine.

Le cas de l’Exige est un peu différent. L’alternateur recharge la batterie, et cet alternateur a été conçu pour des batteries au plomb. Celles-ci, si elles ont une tension nominale de 12V, sont en fait presque complètement déchargées lorsqu’elles sont à cette tension. Une batterie au plomb chargée au repos est à 13.2V et peut monter jusqu’à 14.8V en charge, valeur de coupure de certains alternateurs. Heureusement pour moi, celui de l’Exige coupe avant. En prenant la tension de la batterie moteur allumé et quel que soit le régime moteur, la tension n’est jamais montée au-delà de 14V.

Les batteries LiFePO ont une tension nominale de 3.3V, qu’elles maintiennent pendant presque tout le cycle de décharge, et une tension maximale de 3.6V. Quatre de ces cellules en série donnent donc une batterie de 13.2V nominaux pour une tension maximale de 14.4V. Un tel montage s’avère donc parfaitement compatible.

Matériel et fabrication

Quel modèle de batteries choisir ? La réponse à cette question dépend de la puissance nécessaire au démarrage. Pour l’Exige, il faut environ 300A au démarrage. La solution que j’ai retenue fut de prendre 16 cellules d’une copie des 26650M1A 2.3Ah de A123, pour un montage en 4s4p : 4 blocs en parallèle de 4 cellules en série. A ce moment, se procurer des cellules A123 authentiques était compliqué vu la situation financière de l’entreprise qui a depuis trouvé un repreneur, qui lui a ouvert un canal de distribution officiel pour les particuliers. Au final je me suis monté une batterie 13.2V 9.2Ah de 1.2kg et qui m’a couté 170€.

 

Les cellules étaient livrées avec des languettes soudées à chacun de leurs terminaux. J’ai replié ces languettes dans la bonne direction pour l’assemblage et les ai brasées à l’étain. Les connexions aux bornes des batteries sont faites avec de courtes sections de câble 8 AWG terminées avec des connecteurs banane. Un câble d’équilibrage des cellules est soudé en plus pour la recharge.

L’isolation est faite tout simplement au scotch pour les cellules, et à la gaine thermo pour les connecteurs.

Batterie lithium fer montée dans le coffre de l’Exige, à coté de la batterie d’origine.

Voici le résultat. Pas extrêmement propre mais efficace. La batterie est bien plus petite que celle d’origine. En revanche, vu que je ne me sers de cette batterie que sur circuit, je n’ai pas prévu de protection particulière, ni même de la poser au plus près d’un bord. La batterie est simplement installée au milieu du coffre, tenue par deux bandes velcro haute résistance de chez 3M.

Le premier test fut concluant : le moteur froid est parti au quart de tour ! Si bien d’ailleurs que j’ai tenté de démarrer avec seulement 3 groupes de cellules, mais sans succès. 4 bancs en parallèle sont bien le minimum.

Utilisation

Après 2 ans et demi d’utilisation, je suis globalement satisfait de mon bricolage : la batterie ne m’a jamais laissé tomber sur circuit. Alors certes, je ne m’en sers pas en tant que batterie principale, mais de toute façon, 9.2 Ah sont à mon avis trop juste pour gérer l’alarme et les autres fuites de courant plus d’une nuit. L’hiver dernier, la batterie a commencé à avoir du mal à démarrer l’Exige moteur froid et par temps froid. Le problème a été résolu en chargeant à bloc la batterie avant de la monter, ce qui à mon avis a plus aidé grâce à la chaleur apportée à la batterie pendant le processus que grâce à la poignée de mAh supplémentaires ajoutés à une batterie déjà globalement pleine. Les deux problèmes les plus gênants furent le dessoudage de deux des câbles principaux de la batterie. Les brasures tiennent vraiment mal les vibrations, surtout que pour éviter d’endommager les cellules il faut limiter la chaleur apportée aux cellules pendant la brasure. Il devient alors très facile d’obtenir une brasure pas assez chaude et avec une mauvaise adhésion à la cellule.

Une nouvelle batterie ?

Je pense en revanche me faire une nouvelle batterie. Pour un autre projet je vais certainement m’acheter des cellules A123 20Ah. Le problème est que les fournisseurs qui vendent ces cellules authentiques ne les vendent pas sur des quantités inférieures à 20. Je n’ai besoin que de 2 cellules pour mon autre projet, et vu le prix de ces cellules, hors de question de les laisser dormir dans un coin. Si je me lance dans la fabrication d’une deuxième batterie, ce ne sera pas pour faire du bricolage comme pour la première, mais plutôt pour faire une batterie sans brasures, compatibles avec les cosses d’origine, dans un boitier carbone. Le but est de la fixer à l’emplacement de la batterie d’origine et d’en faire la batterie permanente de la Lotus. Le poids serait de 3kg tout compris en utilisant 4 cellules.

Comme vous l’aurez compris, il me restera 14 cellules. Si vous êtes intéressés, je vends ces cellules prix coutant, c’est-à-dire 79€, ou la batterie complète si je décide de la faire à 400€. Contact par mail dans la section contact, ou dans les commentaires ci-dessous.

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