Choisir la bonne batterie pour la construction de votre véhicule électrique

De nombreux hackers ont regardé leur scooter, leur vélo ou leur skateboard et ont décidé que ce serait encore mieux s'il y avait un moteur dessus. Entreprendre d'électrifier son transport personnel peut être un voyage passionnant et productif, et qui promet d'enseigner de nombreuses leçons sur l'ingénierie mécanique et électronique. Fondamentalement, la clé de toute construction est la batterie, qui a le plus grand mot à dire en termes de performances et d'autonomie de votre véhicule. Pour vous aider, nous avons préparé un guide utile sur la sélection de la batterie adaptée à vos besoins.

Les batteries sont de toutes formes et tailles, et une variété de chimies différentes qui ont toutes leurs propres propriétés et applications uniques. En ce qui concerne les petits véhicules électriques, il est souhaitable d'avoir une batterie de faible poids, de taille compacte, avec beaucoup de courant pour une accélération rapide et une grande capacité pour une longue autonomie.

Il y a 30 ans, les options étaient limitées aux batteries au plomb-acide, au nickel-cadmium et au nickel-hydrure métallique. Celles-ci étaient lourdes, avec une faible sortie de courant, une faible capacité et des temps de charge incroyablement lents. Heureusement, les batteries au lithium polymère sont apparues entre-temps et sont plus performantes dans tous les domaines. Offrant des taux de décharge énormes, une charge rapide, un poids léger et une grande capacité, ils sont indéniablement le choix ultime pour un véhicule électrique haute performance. Ils sont aussi très populaires, et donc bon marché aussi !

Il y a cependant quelques blocages. Il est important de maintenir toutes les cellules d'un pack à la même tension afin d'éviter que les cellules ne se rechargent mutuellement. Cela peut endommager le pack, voire provoquer des explosions ou un incendie. Maintenir les tensions de la batterie pour éviter cela s'appelle "l'équilibrage". Il peut être manipulé de différentes manières, selon le style exact de batterie que vous utilisez, comme nous le verrons plus tard.

De plus, les batteries au lithium n'aiment pas être trop déchargées. En règle générale, c'est une bonne idée de ne pas laisser vos batteries descendre en dessous de 3,0 V par cellule. Ne pas garder cela sous contrôle peut conduire à la ruine d'un pack, nuisant à sa capacité maximale et à sa capacité à fournir du courant.

Heureusement, il existe des moyens de contourner ces problèmes, et ceux que vous utilisez dépendent de la batterie que vous choisissez pour votre application.

C'est une chose de dire que vous devriez utiliser une batterie au lithium polymère, mais elles sont disponibles dans une grande variété de saveurs pour différentes applications. Le type que vous utiliserez dépendra du véhicule que vous essayez de construire, de vos objectifs de performances et d'autonomie, ainsi que de vos propres capacités et de votre désir de construire ou d'acheter.

Les cellules au lithium polymère sont évaluées nominalement à 3,6 V et leur capacité est mesurée en ampères-heures ou milliampères-heures. Lorsque vous examinez un pack pour votre véhicule électrique, vous voudrez noter la tension totale du pack et sa capacité. Des tensions plus élevées sont bonnes pour les véhicules plus performants et une efficacité améliorée, car plus de puissance peut être fournie à des courants plus faibles avec moins de pertes. Cependant, cela nécessite d'empiler plus de cellules en série, ce qui peut augmenter les coûts, et nécessite également des contrôleurs et des solutions de charge plus coûteux. Des capacités plus élevées sont bonnes pour une portée plus longue et sont souvent obtenues en empilant plus de cellules en parallèle.

En raison de la capacité limitée des cellules individuelles, de nombreux packs pour vélos électriques et véhicules électriques empilent plusieurs cellules en parallèle. Les packs basés sur 18650 sont souvent désignés par des désignations telles que 10S4P, indiquant qu'il y a 4 ensembles parallèles de 10 cellules chacun dans la batterie. Une telle batterie aurait une tension nominale de 36 V, avec une capacité comprise entre 10 et 14 Ah selon les cellules 18650 utilisées.

Pour assembler un pack, la soudure est une mauvaise option en raison du risque d'échauffement des cellules, et les résultats sont généralement faibles d'un point de vue mécanique. Le moyen le plus fiable consiste à utiliser une soudeuse par points pour connecter les cellules avec des bandes métalliques d'une borne à l'autre. Certains choisissent de construire leurs propres soudeuses par points, mais si vous essayez simplement de faire rouler votre véhicule, cela serait considéré comme un rasage de yak inutile. Ils peuvent être achetés à la place. Dans les deux cas, une fois les cellules connectées, des câbles individuels peuvent être ajoutés aux différentes cellules pour la connexion à un système de gestion de batterie, ou BMS - une carte qui surveille les tensions individuelles des cellules dans le pack. Cette carte accepte une connexion à partir d'un chargeur mural qui se trouve à la tension maximale de la batterie, et gère la charge et l'équilibrage pour maintenir la batterie en bonne santé, et protège également contre les décharges excessives et les surintensités. Tout cela peut ensuite être enveloppé dans l'enceinte de votre choix. Grâce au boîtier métallique des cellules individuelles, souvent un simple film plastique peut suffire.

Les packs 18650 fabriqués à la maison sont utiles si vous souhaitez personnaliser un pack selon vos propres spécifications ou si vous souhaitez construire à moindre coût avec des pièces recyclées. Cependant, il y a beaucoup de travail à faire et vous constaterez peut-être que l'argent que vous dépensez en outils pour faire le travail l'emporte sur les économies réalisées en cours de route.

Avantages : peut être bon marché, tension, capacité et emballage personnalisables Inconvénients : travail important impliqué, peut être plus lourd que les autres options

Pour ceux qui ne souhaitent pas créer leurs propres packs, il existe une autre option. Avec la prolifération des vélos électriques dans le monde, les pièces sont désormais facilement disponibles pour ceux qui souhaitent se lancer seuls. Une grande variété de packs de batteries pour vélos électriques sont désormais disponibles, dont la plupart sont construits avec exactement les mêmes outils et techniques que les packs homebrew mentionnés ci-dessus. Le principal avantage de ceux-ci, cependant, est que quelqu'un d'autre a fait tout le travail acharné !

Composés de 18650 cellules associées dans diverses configurations pour s'adapter à différentes applications, ils sont disponibles dans une gamme de tensions de 36 V à 60 V et parfois plus, avec de grandes capacités pour une longue portée. La grande majorité est livrée avec un système de gestion de batterie intégré et un connecteur de charge déjà branché, et de nombreux vendeurs ajouteront également un chargeur mural approprié.

C'est un excellent choix si vous voulez un pack haute capacité prêt à l'emploi, prêt à l'emploi, sans trop de tracas. Un inconvénient, cependant, est que bon nombre de ces packs sont quelque peu entravés par l'usine en termes de sortie de courant. Alors que le 18650 moyen est capable de délivrer un courant important sans suer, il n'est pas rare de trouver une batterie 36 V limitée à une sortie relativement faible de 15 A par le BMS intégré. C'est bien si vous construisez un vélo électrique de 200 watts pour naviguer sur la plage, mais si vous essayez de construire un scooter rapide pour parcourir des chemins de gravier avec un moteur de 500 watts, vous allez rencontrer des problèmes avec le BMS coupant le courant. Cela peut souvent être piraté, mais cela enlève l'éclat de la commodité de ces packs prêts à l'emploi.

Avantages : Prêt à l'emploi, solution complète, assez robuste Inconvénients : Peut avoir des problèmes avec les limites actuelles, options d'emballage limitées

Les batteries au lithium polymère ont été une aubaine pour le modélisme, avec leur haute densité de puissance et leur capacité à fournir d'énormes quantités de courant à tout moment. Ceux-ci utilisent généralement des cellules à poche, dans lesquelles l'électrolyte est contenu dans une poche en plastique sans coque extérieure dure. Ceux-ci ont une grande efficacité d'emballage et sont beaucoup plus légers que les cellules à boîtier métallique, mais sont également beaucoup plus délicats. Les cellules ont tendance à gonfler un peu avec le temps et sont faciles à endommager si elles sont pressées ou percées. Cela peut provoquer des incendies ou des explosions, et donc ces cellules doivent être installées de manière à les protéger contre des dommages accidentels.

Conçues pour les exigences des avions RC de grande puissance, ces cellules sont capables de fournir du courant à un rythme immense, avec 20 fois la capacité totale de la batterie, ou 20C, étant courante. Des packs haut de gamme sont facilement disponibles et peuvent dépasser 75C, soit 150 A pour un pack de 2 Ah. Cela rend ces packs RC utiles pour les applications hautes performances, où les gros moteurs consomment plusieurs kilowatts de puissance sous charge. Le compromis réside dans le stockage, les packs RC étant généralement assez volumineux pour une capacité donnée, en raison de la taille des électrodes nécessaires pour supporter des appels de courant aussi élevés. Ces packs ne se présentent généralement que sous forme de packs de 6 cellules maximum en série ; souvent, vous en aurez besoin de deux ou plus pour atteindre une tension plus appropriée pour votre véhicule électrique où 10 S à 12 S sont généralement plus souhaitables.

Les packs hautes performances ont également un coût élevé, en particulier par rapport aux cellules 18650 qui bénéficient d'économies d'échelle. Ils sont également livrés sans aucun système de protection ou de gestion de la batterie. Lorsqu'ils sont utilisés dans un véhicule électrique, ils peuvent soit être retirés après utilisation et branchés à un chargeur RC standard, soit câblés à un BMS pour une solution de charge plus confinée. Quoi qu'il en soit, il est important de prêter attention à l'équilibrage et à la maintenance, car ces packs à courant élevé sont plus sujets aux incendies et aux explosions que les autres.

Avantages : énorme livraison actuelle, poids légerInconvénients : prix, doit être manipulé délicatement, nécessite une solution de charge installée

Les cellules au lithium-polymère ont également révolutionné l'industrie des outils électriques et rendu les outils sans fil beaucoup plus pratiques que jamais. La plupart des outils sur le marché utilisent des packs 18 V ou cinq cellules, différents fabricants utilisant des cellules 18650 ou des cellules en sachet selon leurs goûts. Ils sont généralement livrés dans un boîtier en plastique dur avec un connecteur propriétaire pour se connecter à une certaine marque d'outils. À l'intérieur, il y a généralement un BMS de base pour gérer l'équilibre des cellules et pour arrêter les choses en cas de problème.

Les packs d'outils électriques ont l'avantage d'être très robustes, car ils sont conçus pour résister à l'environnement de construction. Les outils peuvent être assez gourmands en énergie, de sorte que la livraison actuelle est généralement assez solide également. Un inconvénient est que ces packs peuvent être assez chers, car les fabricants veulent enfermer les consommateurs dans leur propre écosystème d'outils. L'interface avec eux peut également être pénible, en raison des connecteurs propriétaires. Les solutions de contournement courantes impliquent des clous et du ruban adhésif, l'impression 3D ou simplement l'éviscération d'anciens outils. La charge est simplement gérée en branchant le chargeur standard, les batteries ayant l'avantage d'être facilement remplaçables à chaud de par leur conception. Comme ils traînent souvent déjà, ils peuvent être un excellent moyen de tester la construction d'un véhicule électrique avant d'investir dans une solution de batterie permanente plus adaptée.

Avantages : Facilement remplaçable à chaud, vous en avez déjà quelques-uns, robustes Inconvénients : Connecteurs propriétaires coûteux, pas particulièrement économes en espace

Nous avons la chance d'avoir plus d'options de batterie que jamais auparavant, et à mesure que les capacités et les puissances de sortie continuent d'augmenter, nous continuons à voir de nouveaux véhicules électriques plus innovants que jamais. En pesant les facteurs pertinents et en choisissant avec soin, vous pouvez choisir la solution optimale pour le véhicule spécial de votre vie. J'espère que vous trouverez ce guide utile pour vous orienter dans la bonne direction avec vos propres constructions, et lorsque vous aurez terminé, assurez-vous de nous envoyer un message !