Batterie au lithium DIY : 2 ans plus tard, ma configuration maison fonctionne toujours aussi bien

Deux ans après l’avoir construite, l’ingénieur Andy Pag partage quelques leçons surprenantes sur les performances de sa batterie domestique au lithium...

Andy Pag’s Lagoon 410 Cushla

Tous nos besoins énergétiques, pour deux d’entre nous, vivant à temps plein à bord de Cushla depuis deux ans, ont été satisfaits par la banque de batteries au lithium que j’ai assemblée à partir de cellules au lithium individuelles.

J’ai utilisé 16 cellules LiFePo4, chacune évaluée 3.2V et 120Ah. En connectant quatre cellules en parallèle, j’ai créé ce que j’appelle une « supercellule » de 3.2V 480Ah, et mis quatre supercellules en série pour créer la batterie 480Ah 12V. J’ai un système de surveillance de batterie Daly (BMS) évalué pour 250A. Cela protège la batterie au lithium de plusieurs façons.

Tout d’abord, il agit comme un voyage de 250A. Techniquement, les batteries au lithium se déchargent et se chargent à un courant équivalent à 1C – leur ampère-heure – donc dans mon cas 480A, mais il n’y a rien sur le bateau qui en consommerait autant, donc 250A est une bonne marge de sécurité. Deuxièmement, il protège les cellules individuelles en les maintenant équilibrées.

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La clé pour qu’une batterie au lithium ait une bonne capacité est que toutes les cellules sont en équilibre. Lors de la construction de la batterie, la première étape consiste à « équilibrer par le haut » les cellules; mettez toutes les cellules en parallèle et chargez-les jusqu’à 3.65V.

C’est la tension où ils sont à peu près tous chargés à 100%. Ensuite, au fur et à mesure que le courant entre et sort de la batterie, toutes les cellules montent et descendent ensemble. Au fil du temps, une ou deux cellules peuvent dériver, ce qui signifie que lorsque vous mettez votre charge de 14,6 V, certaines cellules seront inférieures, mais certaines dépasseront 3,65 V.

La surcharge peut les endommager ou pire les provoquer une surchauffe. J’ai constaté que la fonction d’équilibrage du BMS n’a pas vraiment la puissance nécessaire pour rester au top des grandes supercellules de capacité de 480Ah et tous les 12 mois, j’ai dû démonter la batterie et l’équilibrer à nouveau. L’ensemble de l’opération prend environ une journée si vous le planifiez correctement.

La banque de batteries au lithium domestique 480Ah DIY d’Andy Pag utilise des cellules au lithium individuelles câblées en série et en parallèle. Il peut tout alimenter depuis sa bouilloire, son grille-pain et sa machine à laver avec sa batterie au lithium – mais pas tous en même temps. Le facteur limitant est l’onduleur du bateau, pas les cellules au lithium

LiFePo4 n’aime pas non plus être chargé à des températures inférieures au point de congélation. Le système de gestion de la batterie protège contre cela en coupant la batterie. Si votre bateau est dans un climat froid, réfléchissez à la façon de créer un espace chauffé autour de la batterie afin de ne pas être coupé au moment où les conditions deviennent glaciales.

J’ai choisi les cellules de plus grande capacité disponibles à l’époque. En utilisant des cellules, j’ai estimé que si l’une d’entre elles tournait mal, je pourrais l’échanger sans avoir à acheter une toute nouvelle batterie. Mais juste un an plus tard, les cellules 120Ah étaient à peu près obsolètes et certainement difficiles à trouver.

Les plus proches que j’ai pu trouver étaient 240Ah. Le rythme du développement et de la chute des prix a été stupéfiant. Maintenant, si l’une de mes cellules meurt, je devrai mettre à niveau tout le système.

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Les cellules LiFePo4 aiment être chargées pas plus de 3,65 V chacune ou 14,6 V. J’ai réglé mes chargeurs sur le 14.4V légèrement inférieur. Il est censé mettre moins de stress sur la chimie et les cellules dureront plus longtemps. Cela donne également une certaine marge de manœuvre – si l’une des cellules est déséquilibrée, elle ne surchargera pas.

Le moniteur de batterie se connecte au téléphone et à la tablette via bluetooth. Le logiciel est maladroit et glitchy mais fait ce qu’il doit faire. La vérification de 'Diff Volt' est une tâche de maintenance hebdomadaire. Si les cellules sont déséquilibrées de plus de 100 mV, il est temps de retirer les cellules et de les équilibrer par le haut.

Assurez-vous que toutes les sources de charge de votre batterie sont réglées pour rester inférieures à 14,6 V; Contrôleur de charge solaire, alimentation à quai, alternateurs de générateur et de moteur.

On parle beaucoup de la surchauffe des alternateurs si on leur demande de charger des batteries au lithium. Le trope est que les alternateurs ne sont pas conçus pour produire leur courant maximum longtemps sans chauffer.

Je n’ai pas testé cela de manière approfondie car mon réseau de panneaux solaires me donne beaucoup de jus, mais lorsque je l’ai testé, j’ai constaté que le maintien du régime du moteur élevé signifie que le ventilateur de l’alternateur est plus qu’un match pour la chaleur générée, alors testez votre système avant de faire des folies sur un limiteur de courant ou un alternateur amélioré.

Selon ma lecture de ma police, tant que les systèmes sont tous installés selon le code, il n’y a pas de marge de manœuvre pour les assureurs de bateaux pour éviter de couvrir un bateau avec des batteries au lithium.

En tant qu’ingénieur qualifié, je suis heureux d’approuver le système. Mais c’est un exercice utile et qui donne à réfléchir aux conséquences résultant de la défaillance de votre batterie.

Lorsque je fais bouillir la bouilloire (2kW), elle tire près de 150A de la batterie. C’est suffisant pour souder du métal ensemble, donc c’est plus que suffisant pour obtenir la résistance d’une connexion corrodée à la lueur rouge.

J’avais ceci sur l’interrupteur de coupure de l’onduleur, ce que j’ai heureusement remarqué en raison de la chute de tension entre la lecture de l’onduleur et la lecture BMS.

Fig 1: Courbe de charge pour LiFePo4. La tension d’une pile au lithium indique si elle est pleine ou vide. Presque à pleine charge, cela passe à 3.65V. Le BMS utilise cette fonction pour déconnecter la batterie, évitant ainsi la surcharge. La portée par cellule est de 3V - 3.65V ou 12V - 14.6V pour le banc de batteries.

Je compare constamment les lectures de tension et vérifie les températures de connexion avec un thermomètre laser. C’est la meilleure façon de trouver des connexions corrodées et c’est un travail de maintenance qui doit être fait régulièrement. Maintenant, je polis tous les connecteurs annulaires avec un grain de 400 sur un bloc plat et j’enduis le tout de graisse diélectrique.

J’ai investi dans de bons outils de sertissage pour les fils de petit et grand calibre. Après des années de mauvais sertissage des connecteurs avec des pinces, ces choses sont un plaisir à utiliser.

Si je commençais aujourd’hui, je pourrais regarder les batteries au lithium prêtes à l’emploi, qui sont moins chères que les cellules de bricolage de nos jours et qui s’équilibrent mieux, mais je me débarrasserais certainement de l’acide de plomb.

Fig 2: Courbe de décharge pour LiFePo4. Les batteries au lithium ont une résistance interne inférieure à celle de l’acide de plomb, de sorte que les courants élevés peuvent circuler plus longtemps et se charger plus rapidement. Ils ne souffrent pas de chutes de tension lorsqu’ils se déchargent, même s’ils délivrent des courants élevés.

Il existe une différence entre les batteries lithium-ion et lithium-fer (également connues sous le nom de lithium fer phosphate ou LiFePo4). Les téléphones et les appareils électroniques utilisent le lithium-ion.

S’ils ne sont pas construits correctement, les cristaux peuvent se développer à l’intérieur de la batterie et éventuellement s’étirer entre les bornes positives et négatives, provoquant un court-circuit et générant suffisamment de chaleur pour déclencher un incendie.

Les applications de plus grande capacité comme les batteries domestiques sont mieux adaptées à la chimie du lithium-fer, et bien qu’elles ne soient pas à l’abri de prendre feu, la chimie interne signifie que la croissance des cristaux n’est pas un tel problème.

Mettre trop de volts à travers eux peut les faire chauffer et se déformer, créant un risque. Le perçage d’une cellule pourrait également provoquer un court-circuit interne et un incendie, afin de protéger les cellules des pièces mobiles du moteur ou de la boîte de vitesses qui pourraient s’envoler.

Cette fonctionnalité est apparue dans l’édition de novembre 2022 de Practical Boat Owner. Pour plus d’articles comme celui-ci, y compris le bricolage, des conseils d’économie, d’excellents projets de bateaux, des conseils d’experts et des moyens d’améliorer les performances de votre bateau, abonnez-vous au magazine de navigation le plus vendu de Grande-Bretagne.

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