Les accus modernes : le lithium-ion

Après avoir évoqué les accus NiCd et leur remplacement plus ou moins heureux par le NiMH, abordons maintenant les batteries modernes. Toutes utilisent une technologie basée sur le lithium-ion (Li) couplée à l'usage d'un second élément (d'où les variantes LiFe, LiPo etc). Ce second élément est extrêmement important pour les caractéristiques finales de la batterie. Toutefois, toutes les batteries à base de lithium-ion possèdent des points communs : poids très inférieur aux NiCd et NiMH (30% minimum à capacité égale), capacité de stockage supérieure (autonomie), taux de décharge supérieur, faible auto-décharge, aucun effet mémoire (pour de vrai, pas comme avec les NiMH), durée de vie au moins égale aux meilleurs NiCd (cycles charge/décharge). Quelle liste d'avantages, d'autant que les batteries au lithium-ion ne contiennent pas de métaux lourds ou autres polluants fatals pour l'environnement (ce qui ne dispense aucunement de les recycler).

Cependant, ce tableau idyllique cache quelques inconvénients : coût plus élevé que les NiCd / NiMH, risque d'incendie et/ou d'explosion des batteries, procédures de charge, de stockage et de manipulation à respecter scrupuleusement.

Dernier point général sur les batteries lithium-ion : tous nos appareils "mobiles", "nomades" et "portables" d'aujourd'hui sont alimentés par ce type de batteries (téléphones, ordinateurs, tablettes, appareils photo/vidéo, GPS, outillage...). Bref, à peu près tous les appareils et accessoires qui se rechargent comportent une batterie au lithium-ion. Mais pas seulement : on en trouve dans certains véhicules électriques ou hybrides (et dans le KERS des Formule 1), dans les avions, les satellites etc...

Pas de catastrophisme cependant : pour ces applications "de tous les jours", les batteries incorporent des dispositifs de sécurité qui éliminent les risques d'incendie ou d'explosion. Enfin, presque : il reste parfois des défauts de fabrication (particules métalliques dans des batteries de iChoses, PC portables... qui se mettent à gonfler ou prendre feu et qui ont fait l'objet de rappels massifs de la part de leurs fabricants). Globalement donc, la technologie est bonne et sûre : réfléchissez au nombre d'appareils que vous possédez et qui doivent être rechargés, ajoutez 5 (pour ceux auxquels vous n'aurez pas pensé), multipliez par la moitié de la population mondiale (supposons que l'autre moitié n'a pas ce luxe) et rapportez cela au nombre d'incidents dont vous avez entendu parler (que vous multiplierez par 10 parce qu'on nous cache tout et qu'on ne nous dit jamais rien ^^). Voilà : tranquille 

Oui, mais... nos batteries RC offrent-elles ces protections ? Justement... non !
Nous reviendrons en détail sur ce point en abordant le cas spécifique de chaque type d'accu LiFe et LiPo. 

Avec les accus au lithium, quelques notions supplémentaires sont apparues : 

Les cellules et les S

L'équivalent de l'élément (ou "pile") d'un NiCd / NiMH s'appelle cellule dans un accu LiFe / LiPo. Chaque cellule possède une capacité en mah et une tension (3.3V en LiFe, 3.7V en LiPo). Un accu avec 1 cellule de 1100mah sera noté 1S 1100mah pour une tension de 3.3V ou 3.7V selon le type d'accu. Dans nos modèles, nous utilisons des accus 2S, donc 2 cellules de 3.3V ou 3.7V câblées en série (d'où le S) pour une tension finale de 6.6V ou 7.4V. Dans l'aéromodélisme à grande échelle, on peut trouver des accus LiPo 14S (soit 51.8V) voire davantage.

Ensuite, il faut considérer l'agencement interne des cellules dans l'accu. Prenons l'exemple d'un accu 2S de 4000mah :

• 2 cellules de 2000mah en série => 2S1P
• 2 ensembles en série de 2 cellules de 1000mah branchées en parallèle => 2S2P 

En théorie, un accu 2S1P favorise l'intensité alors qu'un 2S2P favorise l'autonomie. En pratique, aucune différence n'est perceptible : avant tout, il s'agit d'un choix du fabricant. Il est si peu important que la mention n'apparaît pas toujours dans les caractéristiques des accus au lithium.

L'intensité (ou C)

Les C indiquent le taux de charge/décharge d'un accu lithium (LiFe et LiPo). Dans tous les cas 1C = capacité de l'accu en ampères. Donc, pour un accu de 4000mah, le C égal 4A (ampères). Le fabricant indique toujours au moins une valeur en C pour son accu, parfois deux. La première est toujours la capacité de décharge en continu de l'accu, c'est à dire, l'intensité maximale en ampères que l'accu peut délivrer de manière continue. Par exemple, un accu 4000mah 30C peut délivrer 120A en continu (4A x 30C).

Une seconde valeur en C, toujours supérieure à la première, peut être précisée par le fabricant : il s'agit de l'intensité maximale que l'accu peut délivrer en pointe. Attention : en pointe (ou "burst") signifie quelques millisecondes (max 1-2 secondes). Sincèrement, cette valeur est une foutaise (et je pèse mes mots) : elle suppose en effet que votre accu crache déjà toute l'intensité dont il est théoriquement capable et qu'il va quand même répondre à un appel de courant, certes bref, mais encore plus violent. Reprenons l'exemple d'un accu 4000mah 30C : une valeur burst "marketinguement intéressante" serait au miminum de 45C voire de 60C (on double souvent le C nominal pour le burst) soient 180A voire 240A (!). Pour information : parmi les prises d'accu courantes en modélisme, pratiquement aucune ne supporte 100A en continu sans fondre. Justement, nous reparlerons des prises un peu plus loin.

Face à l'optimisme délirant de la majorité des fabricants d'accus lithium, considérez qu'un accu 2S de 2000mah (40A) et 20C (nominal, pas burst) est amplement suffisant pour un moteur type 540 Mabuchi. Pour un Sport Tuned et les moteurs 25T, prévoyez 60A, soit un accu 2S 2000mah 30C ou un 3000mah 20C. Pour un moteur 23T type SuperStock, prévoyez 80A (4000mah 20C ou 3000mah 25C voire 30C). Avec ces valeurs, vous vous assurez de rester éloignés des capacités maximales de votre accu. Car nous le verrons plus loin, négliger ces caractéristiques peut s'avérer extrêmement dangereux.

Softcase / Hardcase

Qu'il s'agisse de LiFe ou de LiPo, les cellules sont constituées d'un gel épais et d'une électrode (pour simplifier) hermétiquement enfermés dans une fine membrane souple. C'est le conditionnement extérieur enveloppant les cellules et le câblage qui fait ensuite la différence : softcase (non coqué) quand l'ensemble est placé dans une gaine souple (solution économique), hardcase (coqué) lorsque l'ensemble est placé dans une coque rigide en plastique (solution plus chère).

Ci-dessous, l'éclaté d'un accu LiPo trouvé sur le site internet de Traxxas. Egalement, une vidéo dans laquelle Jang de Ultimate RC démonte un LiPo hardcase : ne faites pas ça chez vous (ni ailleurs). Jang sait parfaitement ce qu'il fait et possède vraisemblablement le matériel de sécurité adéquat pour réaliser cette opération. Encore une fois, uniquement pour information : n'allez pas mettre le feu chez vous à cause d'une mauvaise manipulation ! 

A volume égal (encombrement), l'un des avantages des softcase, outre le prix, est la possibilité d'utiliser des cellules plus grosses, donc avec plus d'autonomie (mah) et/ou un taux de décharge plus important (C). Autres avantages : le poids et la possibilité d'avoir un contrôle visuel direct sur l'état des cellules (gonflement).

Inconvénient majeur : seule la gaine protège les cellules. Tout choc endommagera les cellules. Toute déchirure ou perçage de la membrane d'une cellule (gravillons par exemple) conduira au mieux à la destruction de la cellule (LiFe), au pire à une intense combustion par réaction avec l'oxygène présent dans l'air (LiPo).

Autre paramètre qui doit être pris en compte : pendant leur décharge (en cours d'utilisation), les cellules se dilatent légèrement. Ce phénomène est normal et ne doit surtout pas être contrarié : après 1 à 2 heure(s), les cellules reprennent leur volume normal.

Deux conséquences à cela :

• un accu ne doit jamais être comprimé dans le logement du châssis : éventuellement, utiliser de la mousse pour le caler. Le logement de l'accu doit toujours être suffisamment spacieux pour laisser l'accu "respirer" sur toute sa surface. En particulier avec des châssis comme les M-03 ou TL-01 dans lesquels l'accu est positionné en travers d'une poutre, la dilatation de l'accu doit pouvoir se faire aussi au niveau de la poutre sous peine d'endommager les cellules.
• ne jamais recharger un accu immédiatement après l'avoir utilisé : toujours patienter 1 à 2 heures le temps que les cellules reprennent leur volume normal. Idem après avoir chargé l'accu, patienter 30 à 60 minutes pour les mêmes raisons : bien que la tension de charge soit inférieure aux tensions de décharge, le phénomène de dilatation des cellules se produit (dans une moindre mesure toutefois).

Softcase ou hardcase ? Il faut être honnête : ce ne sont ni les quelques grammes de la coque, ni les miettes de mah ou de C qui feront la moindre différence en piste car ce sont avant tout les doigts du pilote qui déterminent la performance. Il s'agit de choisir entre la sécurité d'un contrôle visuel direct sur l'état des cellules de l'accu et la sécurité qu'apporte la coque. Pour ma part, j'estime que les possibilités d'endommager les cellules est trop grand et trop grave pour privilégier les softcase. 

Cut-off ou seuil de coupure

Le cut-off est une valeur à programmer dans le variateur électronique ou sur un dispositif externe d'alerte. Sitôt que l'accu reçoit des appels de courant faisant chuter sa tension en dessous de la valeur programmée, le dispositif coupe l'alimentation et/ou émet un signal d'alerte. Cette valeur est toujours indiquée par cellule, quel que soit le nombre de cellules présentes dans l'accu.

Il est impératif de disposer d'un dispositif de coupure ou d'alerte : si la tension chute sous un certain seuil, la cellule est irrémédiablement endommagée. Elle se mettra à gonfler puis à prendre feu dans les cas extrêmes (LiPo uniquement).

Il faut également savoir que la décharge ne se produit pas de manière équilibrée entre les cellules : sur un accu 2S, une cellule peut se retrouver avec une tension de 3.3V alors que l'autre est déjà descendue à 3.0V. D'où le recours impératif à un cut-off intégré au variateur ou un dispositif externe qui surveille en permanence la tension de chaque cellule de l'accu et qui déclenche la coupure ou l'alerte dès qu'une cellule atteint la valeur cible.

Exemples de dispositifs d'alerte externes appelés Lipoly Low Voltage Alarm, Low Voltage Alarm, LVC, buzzer ou cell checker :

Selon les cas, ces dispositifs externes peuvent être pré-programmés pour une alerte à 3.3V / cellule, idéale pour du LiPo, mais un peu haute pour du LiFe (on préférera 3.0V / cellule). Comme le montre la première photo, c'est la petite prise supplémentaire des accus LiFe/LiPo, appelée prise d'équilibrage, qu'il suffit de brancher sur le dispositif pour assurer le contrôle de tension. Dans le cas d'un variateur électronique à programmer, cette prise n'est pas à brancher car le contrôle de tension s'effectue directement par la prise de l'accu reliée au variateur.

Attention !

Le seuil de coupure pour les accus LiFe est de 3.0V / cellule :
pour une cellule LiPo, cette valeur est synonyme de DESTRUCTION ! et donc potentiellement d'INCENDIE !
Pour tous les variateurs électroniques Tamiya équipés de la fonction cut-off, il s'agit d'une coupure LiFe à 3.0V / cellule.
=> Ne JAMAIS utiliser le cut-off intégré aux variateurs Tamiya si vous utilisez des accus LiPo.

Pourquoi Tamiya est-il le seul fabricant (à ma connaissance) à ne pas équiper ses variateurs de coupure LiPo alors que ces accus sont bien plus répandus que les LiFe ? A ma connaissance, Tamiya n'a jamais communiqué sur ce sujet. Toutefois, l'ensemble des fabricants a opté pour le LiPo, probablement parce que la tension en 2S est plus proche de la tension "standard" des NiCd et NiMH que la tension de 6.6V des LiFe. Et bien sûr, pour une question de performances supérieures dues à une tension plus élevée.

Cependant, j'émets l'hypothèse que la préoccupation principale de Tamiya est la sécurité de ses clients : une partie non négligeable des utilisateurs est en effet constituée de jeunes et de débutants qui sont plus orientés vers le loisir que vers la performance pure. Tamiya aurait donc pris la décision de privilégier la technologie LiFe qui est beaucoup moins dangereuse que le LiPo en cas de mauvaise utilisation (pas de risque d'incendie), quitte à aller à contre-courant de toute l'industrie. Paradoxalement, cette décision impose de ne pas faire confiance à la coupure intégrée à certains des variateurs de la marque dans le cadre de l'utilisation d'accus LiPo car elle pose un grave problème de sécurité. Pour ceux qui souhaiteraient utiliser des accus LiFe, l'offre est extrêmement réduite, voire quasi inexistante en dehors des batteries proposées par Tamiya.

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