Une introduction aux batteries NIMH, Li-ion, Lithium

Sebastien L'Horty / 26 novembre 2015

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Deux infos et une clarification avant de débuter:

-le terme de batterie est ambivalent: on l’utilise aussi bien pour désigner des accumulateurs mis en série qu’un accumulateur rechargeable seul. Ainsi, dans le langage courant, accumulateur et batterie désigne souvent la même chose.

-pour connaitre la capacité d’un accu, on regardera le nombre en miliampere heure (mAh). Il est à mettre en rapport avec le voltage: une batterie possédant les informations 1000mAh 1,5V contiendra moins d’énergie qu’une batterie 1000mAh 3,7V. Une lampe alimentée par un accu de format AA délivrera ces 100 lumens pendant une durée proche avec un 14500 de 840mAh (3,7V) qu’avec une Eneloop de 2000mAh (1,5V). Si ce n’est pas clair, cela va s’éclairer par la suite.

-le voltage, nous allons retrouver le plus souvent ces deux valeurs: 1,5V et 3,7V. Pas plus d’info la dessus pour le moment, juste retenir que les batteries, les piles, les accus, etc, peuvent ne pas délivrer le même courant.

Li-ion (Lithium-ion):

C’est la chimie présente dans la batterie de votre APN ou de votre smartphone. Ce qui va nous intéresser ici c’est que l’on fabrique des accumulateurs avec cette technologie dans des formats standards (pile classique (AA ou AAA) ou autre). Pour ceux là, le terme de batterie n’est pas employé, on utilise toujours celui d’accumulateur (« accu »). Ils délivrent 3,7V (voir 4,2V à pleine charge) alors qu’une pile classique (alcaline par exemple) tourne autour de 1,5V. Si l’équipement n’est prévu que pour ces dernières, l’introduction d’un accu de 3,7V va l’amocher sérieusement (les composants vont cramer…). Par contre, si il est compatible, on aura pour une lampe par exemple, un gain de puissance lumineuse très notable.

Un point important: ces accus demandent quelques précautions et peuvent devenir dangereux (gonflement, incendie) quand ils sont mal utilisés (exposition à une forte chaleur (voiture en plein soleil), inversion de polarité dans un objet n’ayant pas de protection, contact avec de l’eau, etc). On veillera à ne prendre que des accus de qualité de marque connue. Le chargeur devra l’être tout autant.

Deuxième point: ces accus existent presque tous en deux versions, protégés et non protégés. Le premier inclus un petit circuit électronique qui va détecter les surcharges et les décharges trop importantes. En effet, ces accus se détériorent dans ces deux cas. Cependant, la protection occupe un certain volume. Comparé à un ne l’ayant pas: on aura soit un accu plus long (problème de compatibilité) ou ayant moins de capacité. L’objet dans lequel ils sont insérés peut également disposer de ce circuit de protection. Dans le cadre de la randonnée, nous allons plutôt opter pour des équipements optimisés et donc de qualité qui possèdent normalement cette sécurité, il est donc possible de se passer de celui intégré à l’accu.

Liste des formats non exhaustive:

-10440: identique au AAA, il a peu d’intérêt et le nombre d’objet l’acceptant est limité.

-14500: format AA, très utile et apprécié dans les lampes de poche. On obtient dans un format miniature une puissance d’éclairage considérable. A noter que les volts s’aditionnent, ainsi une lampe qui accepte deux piles 1,5V est prévue pour fonctionner à 3V, si l’on insère deux accus 14500, on passe à plus de 7V, elle ne va pas beaucoup apprécier.. La contenance des meilleurs accus actuellement dans ce format est de 840mAh pour 19g.

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Le KeepPower, un de ceux ayant la plus grosse capacité mais sa taille légèrement plus grande que la moyenne (présence d’une protection) pose des problèmes de compatibilité avec certains équipements.

-16340 ou RCR123: c’est le format CR123A, des piles lithium assez petites utilisées surtout dans des lampes de poche compactes (pour arme de poing ou porte clé par exemple). Cet accu permet de les remplacer par du rechargeable. Deux exemples:

 

 

FourSevens Atom AL et Mini ML-X (252lm…)

-18650: pas d’équivalent en pile classique mais c’est le plus intéressant de tous. Le rapport capacité / poids est loin devant tous les autres, on obtient pour les meilleurs actuellement autour de 3400mAh pour 46g. Mis en série, il compose les batteries de tout un tas d’objets, de l’ordinateur à la voiture (7000 sur une Tesla). On pourra l’utiliser aussi bien pour alimenter une lampe (directement ou via un boîtier déporté) que pour stocker l’énergie d’un panneau solaire ou bien simplement en batterie de secours pour recharger ces appareils dessus (à l’aide d’un boîtier comme ceux exposés plus bas).

 

 

Panasonic 18650B 3400mAh et Sanyo NCR18650GA 3500mAh

La résistance au froid de ces accus est moyenne et il convient, quand ils sont en action, de les protéger autant que faire se peut. Par contre, quand ils ne sont pas utilisés, le froid va préserver l’accu et limiter l’auto-décharge. Pas besoin de garder tous ses accus dans ses poches et dans son sac de couchage la nuit, on ne préservera que celui qui est utilisé et le prochain qui viendra le remplacer afin qu’il soit déjà réchauffé avant de l’utiliser.

Les chargeurs sont faciles à trouver et surtout ils existent en différents formats: spécialisé pour un type d’accu, multi-format, à un ou plusieurs emplacements, etc. On pourra privilégier un chargeur pouvant servir de batterie de secours: il sera muni d’un port USB sur lequel on pourra brancher l’appareil à recharger.

 

 

Boîtier ENB 2×18650 / Miller ML-102: les deux ont un port USB pour la recharge d’un appareil annexe (la recharge de l’accu à l’intérieur se faisant avec du micro-USB).

Pour un chargeur uniquement dédié à la recharge de l’accu et plus ergonomique quand au placement d’accus de différents formats, on peut regarder du coté de Nitecore et Xtar. Sachant que pour ce type d’accu, plus le chargeur est de qualité (et donc cher), plus la durée de vie de l’accu sera longue. A noter qu’il existe des chargeurs capables de prendre en charge aussi bien ce type d’accu que les NIMH (type Nitecore I2 ou I4).

NIMH (nickel-hydrure métallique):

Ce sont les piles rechargeables que l’on trouve le plus couramment. On passera sur les diverses marques pour se concentrer sur la plus intéressante: Eneloop.

A première vue le rapport poids / capacité de ces piles ne fait pas rêver: 30g pour 2000mAh à 1,5V (format AA). Elles seront donc exclues d’un projet de rando que l’on veut optimiser au maximum. Cependant, le fait qu’elles acceptent un très grand nombre de cycles de charge/décharge les rendent particulièrement rentables sur le long terme et dans un usage quotidien. Elles possèdent également une auto-décharge très limitée, au bout d’un an sans utilisation, elles ne devraient perdre que 10% de leur charge. La résistance au froid est inférieure au li-ion.

Ainsi, elles sont autant présentent dans ma frontale qui sert au bricolage que dans ma petite lampe de rando AAA et le GPS. Pour quelques grammes de plus, je m’évite l’achat constant de nouvelles piles et je suis assuré qu’elles sont chargées à fond avant de partir. Pour des randos où le poids compte plus, il est évident que les lithium seront plus adaptées.

Les Eneloop sont disponibles en trois versions:

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-Lite: la moins chère, capacité moindre (1000mAh), accepte un très grand nombre de cycle d’utilisation (3000)

-Standard: bonne capacité (2000mAh), grand nombre de cycles (1800)

-Pro: la plus chere, celle ayant la meilleure capacité (2500mAh) mais le nombre de cycles est plus limité (500), l’autodécharge est un poil plus importante (85% après un an en place de 90% pour la standard).

A noter la difficulté de trouver des chargeurs légers et compacts pour ce type de batterie, le choix est vraiment limité. La durée de vie de ces piles semblent dépendre de la qualité du chargeur et pour un usage quotidien il est donc préférable dans prendre un bon (Panasonic BQ-CC16 / BQ-CC18).

Lithium primaire:

Pile non rechargeable mais au rapport poids / capacité imbattable: pour une AA, 2500 à 3000mAh (1,5V) pour 15g… La résistance au froid est également excellente et l’auto-décharge presque nulle. C’est clairement le meilleur choix en terme d’optimisation. Seul bémol (en excluant l’aspect environnemental du jetable): le prix, en AA, il faut compter autour de 1,5€ pour une seule pile.

 

 

L’Energizer Ultimate lithium passe pour la meilleure sur le marché / La Nice lithium, plus abordable.