Les piles du 21e siècle

C'est actuellement la meilleure source d'énergie pour les projecteurs LED modernes et puissants, et il n'y a aucune raison d'utiliser un autre type de batterie aujourd'hui. Elles sont utilisées par la NASA dans les satellites et par les constructeurs automobiles dans les voitures électriques en raison de leurs avantages indéniables : grande capacité, faible poids et fiabilité.

Les batteries Li-ion présentent le meilleur rapport entre la capacité et le poids (volume). Elles ont été testées dans le cadre d'une utilisation industrielle et sont sûres. Les cellules sont légères et stockent une grande quantité d'énergie. Elles sont fabriquées uniquement pour être rechargeables, elles ne polluent donc pas l'environnement comme les piles jetables. Elles vous dureront de nombreuses années sans complications et si vous les entretenez correctement, vous ne constaterez aucune baisse de capacité au fil des ans. Elles sont vraiment fiables, si vous les chargez, elles fourniront toujours de l'énergie.

Les batteries Li-ion (Lithium-Ion) sont presque exclusivement des batteries cylindriques avec une tension de charge de 4,2V et une durée de vie de 500-1500 cycles complets. Il existe différentes tailles, mais le type le plus répandu est la taille 18650, une cellule cylindrique avec un diamètre de 18mm et une longueur de 65mm. Plus récemment, les voitures électriques ont adopté le type 21700.

Paramètres techniques des accumulateurs 18650 actuels

Toutes les batteries Li-ion standard sont chargées par l'algorithme CC/CV jusqu'à une tension finale de 4,2V. La tension moyenne, nominale, est de 3,6V (ou 3,7V). Les batteries peuvent généralement être déchargées jusqu'à 2,5V, alors qu'auparavant elles n'allaient que jusqu'à 2,8V. Une tension inférieure est dangereuse, vous pouvez détruire la cellule. La résistance interne varie de 20 à 80 milliohms en fonction de la marque et du type (courant faible ou élevé).

Lacapacité de courant la plus élevée est d'environ 3450mAh avec une énergie stockée ne dépassant pas 12,4Wh. En cas de consommation plus élevée, l'énergie stockée (et la capacité) diminue légèrement.

La batterie permet généralement un appel de courant maximal (courant continu de décharge maximal) de 3 à 10 A, les batteries à courant élevé utilisées dans les outils pouvant aller jusqu'à 30 A.

La batterie effectuera 500 à 1000 cycles complets avant que sa capacité ne tombe à 70-80% de sa valeur d'origine. La durée de vie peut être prolongée (ou le vieillissement ralenti) par un faible courant de charge (par exemple C/5), un stockage à long terme dans un état partiellement chargé (3,93V = 70%) et une utilisation uniquement au-dessus de 0°C. Pour en savoir plus sur la prolongation de la durée de vie, consultez le site : www.luciferlights.net/li-ion-starnuti

Les piles fonctionnent même par grand froid - par exemple -20°C - mais une telle utilisation les détruit irréversiblement et progressivement. Pour en savoir plus sur l'utilisation à des températures glaciales, consultez le site : www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

L'état decharge de la batterie peut être mesuré à l'aide d'un voltmètre. La tension de la cellule donne une indication assez précise de l'état de charge. L'état de charge peut varier légèrement en fonction du fabricant et de la désignation de la batterie. En général, le tableau suivant indique l'état de charge :

Avantages et inconvénients des batteries Li-ion par rapport aux batteries conventionnelles

Par rapport aux piles AA et AAA (NiMh, NiCd, etc.), les piles Li-ion présentent de nombreux avantages. Les piles durent plus longtemps (généralement plusieurs années), ont une résistance interne plus faible et sont conçues pour des consommations de courant élevées. Leur capacité ne diminue pas de manière significative en cas de charge élevée. Les batteries Li-ion n'ont pas besoin d'être formatées de quelque manière que ce soit avant la première utilisation, vous pouvez les utiliser à tout moment, quel que soit leur état de charge.

Les batteries Li-ion ont un taux d'autodécharge très faible, elles peuvent rester au repos pendant des mois et leur état de charge ne changera pas beaucoup.

Les piles au lithium-ion (taille 18650, 21700) offrent actuellement les rapports capacité/poids et capacité/volume les plus élevés. Les batteries NiMh sont nettement moins performantes (je dirais presque "ordres de grandeur"), de sorte que pour la même énergie stockée, vous devez transporter un poids et un nombre de batteries sensiblement plus élevés.

S'il y a un inconvénient, c'est que vous ne pouvez certainement pas les acheter n'importe où dans le monde. Un autre inconvénient peut être que votre chargeur actuel ne sera probablement pas en mesure de charger ces batteries, ou que le Batterypack se chargera lui-même avec son propre chargeur secteur par l'intermédiaire d'un câble. Le dernier inconvénient est le risque accru de court-circuiter intentionnellement ou d'endommager mécaniquement la batterie. Cependant, cela ne se produit jamais dans le cadre d'une utilisation normale et les cellules de qualité sont très sûres.

Convient également pour les longs voyages et les expéditions

Nous sommes souvent contactés par des personnes qui souhaitent choisir une lampe frontale pour une expédition et qui veulent qu'elle soit alimentée par des piles AA classiques. L'argument est que vous pouvez les acheter partout.

En fait, les li-ion sont parfaitement utilisables pour les personnes qui s'éloignent de la civilisation pendant 2 à 3 semaines. La grande capacité pour un faible poids et la grande efficacité de nos lampes frontales font que si vous êtes économe avec la lumière, elle vous durera absolument et plus longtemps que n'importe quelle autre lampe frontale avec des piles AA. La lampe frontale Lucifer M en est un exemple : dans son mode le plus faible, elle émet 25 lumens et dure 180 heures avec une seule batterie. La luminosité de 25 lumens est souvent le maximum des lampes frontales ordinaires en plastique, vous pouvez marcher confortablement la nuit avec une telle luminosité. Les 180h devraient durer 2 à 3 semaines, ou avec une batterie de rechange, vous pouvez atteindre 360h, c'est-à-dire 15 jours d'éclairage continu ou 30 jours d'éclairage toute la nuit !

Li-ion protégé et non protégé

Lesbatteries protégées sont dotées d'une protection contre la sous-décharge, la surdécharge et les courts-circuits. Elles sont toujours fabriquées à partir d'éléments non protégés en ajoutant un circuit de protection. Elles sont donc légèrement plus longues (2 à 4 mm) et plus épaisses (0,5 à 1 mm). Les piles protégées sont généralement remplaçables, c'est-à-dire que l'utilisateur peut les manipuler, les charger dans un chargeur à arbre externe et, comme les autres piles ordinaires, les insérer dans le boîtier de la lampe. Les batteries protégées sont proposées par de nombreux fabricants différents, la qualité de la batterie résultante dépendant de la qualité de la cellule d'origine et de la qualité du circuit de protection (par exemple, l'importance de la résistance supplémentaire de la protection).

Lesbatteries non protégées sont souvent connectées en parallèle ou en série, puis un circuit de protection est ajouté, commun à l'ensemble de la batterie. Le bloc-batterie est ensuite chargé par un câble et les batteries ne peuvent en aucun cas être désassemblées en éléments individuels. Il s'agit d'un schéma courant pour les lampes frontales de grande puissance, car à des charges plus élevées, les batteries doivent être mises en série, par exemple 2 S. Cela permet d'obtenir une tension plus élevée et de réduire la consommation d'énergie. Cela permet d'obtenir une tension plus élevée et le courant dans le câblage est alors divisé par deux.

Attention aux contrefaçons omniprésentes !

Les fabricants chinois ont l'habitude d'exagérer la capacité des batteries. Sachez que les batteries li-ion de qualité proviennent strictement et exclusivement de Panasonic (Sanyo), Samsung, LG et Sony. Seuls ces quatre fabricants sont en mesure de produire des cellules li-ion non protégées d'une capacité de premier ordre. Cette dernière correspond actuellement (mars 2020) aux paramètres suivants

• 258,3 Wh/kg à une décharge de 0,5 A
• 749,7 Wh/l à une décharge de 0,5 A

Ces paramètres, très similaires, sont atteints par les batteries 18650 Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 et LG MJ1 18650. Aucun autre fabricant ne se rapproche vraiment d'eux en termes de capacité !

Les batteries de taille 21700 et 20700 qui ont proliféré principalement en raison de l'électro-automobilité (Tesla) n'offrent pas encore aujourd'hui un meilleur rapport poids/capacité que la norme 18650, mais elles s'en rapprochent. Par exemple, LG 21700 M50 5000mAh et Samsung INR21700-50E 5000mAh.

L'évolution de la technologie Li-ion et les prévisions pour les développements futurs

La technologie Li-ion a vu le jour dans les années 1980 et 1990. Par exemple, en 1994, les cellules 18650 étaient disponibles à un prix élevé et avec une capacité de seulement 1100mAh. Depuis 2000, la technologie Li-ion a connu un développement rapide et des augmentations de capacité régulières et significatives. Progressivement, la norme de taille des cellules cylindriques 18650 (18 mm de diamètre, 65 mm de longueur) s'est imposée, et les piles ont fait leur entrée dans les batteries d'ordinateurs portables. Au cours des dernières années, le développement s'est pratiquement arrêté au seuil de capacité de 3400-3500mAh.

Ce n'est qu'au cours des dernières années que d'autres applications li-ion importantes ont vu le jour. En raison de leur capacité suffisante, elles se sont répandues en masse dans la mobilité électrique(voitures électriques, scooters électriques, vélos électriques, etc. Elles sont utilisées dans les phares depuis longtemps, mais représentent une minorité du nombre total de cellules produites.

Actuellement, le développement des batteries Li-ion s'est heurté à des barrières physiques qui empêchent d'améliorer encore leur capacité et de nombreux chercheurs travaillent sur la prochaine génération de batteries Li-ion. Le développement de batteries dites "à l'état solide", c'est-à-dire sans électrolyte liquide et avec des électrodes en graphène, semble très prometteur. De telles batteries n'existent pas aujourd'hui (mars 2020) ! Mais il est réaliste de penser qu'elles pourraient apparaître d'ici 3 à 5 ans. Les chercheurs prévoient que la capacité pourrait alors augmenter d'un tiers. Je serais plus prudent et pessimiste dans toutes les estimations où le mot "augmentation" est utilisé.

Autres sources d'information

https://batteryuniversity.com/learn/ - une énorme source d'informations sur les batteries Li-ion
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - mesures approfondies de la capacité de toutes les batteries Li-ion possibles.