Réalisation et paramétrage d’une batterie Lifepo4

Préambule

Le Campérêve Magellan 540 avec l’option Truma D est équipé de 2 batteries cellule Banner pb-acide de 100 Ah situées sous la banquette arrière à côté du Truma D. Au-delà de ce dernier qui est assez énergivore avec une consommation de 10 A durant la phase de démarrage, (3-4 mn) puis 2 A ensuite, il y a aussi le frigo à compression (85 l) de 45 w qui tourne plus de la moitié du temps en moyenne (20 mn de fonctionnement et 30 à 20 mn de pause soit 45 Ah par 24 h.

Les 2 batteries pb-acide de 100 Ah

En ajoutant l’éclairage, la pompe et la recharge des différents appareils (smartphones, tablette, batteries du drone, …) et en tenant compte que les batteries pb-acide ne peuvent délivrer que 50 % de leurs capacités on arrive à un peu plus d’une journée d’autonomie si on ne roule pas. La production du panneau solaire (120 w) reste également marginale lorsque la météo n’est pas favorable et notamment en période hivernale ou par temps couvert.

Nous ne faisons pas d’aires ni camping et nous ne sommes donc jamais raccordé sur le réseau 230 v hormis en stockage à la maison et après 3 ans et demi de bons et loyaux services, les batteries existantes commençaient à présenter des signes de faiblesses avec une seule journée d’autonomie.

Nous avons parfois des périodes de 3-4 jours où nous roulons peu quand nous visitons une région et pour avoir de l’autonomie électrique, la seule solution est d’augmenter le réservoir pour compenser la non production.

Les batteries Lifepo4 sont une opportunité car elles offrent plusieurs avantages : gain de poids et de volume, nombre de cycles plus important et surtout 80% de capacité disponible sans effet mémoire mais l’inconvénient est le prix pratiqué par les revendeurs en France. En achetant directement les composants en Chine (y compris avec l’ajout de la TVA française pour les achats sur les plateformes chinoises depuis le 1er juillet 2021) et en la montant soi-même, (Do It Yourself) on peut relativiser cet inconvénient en accédant au lithium pour le prix d’une batterie Gel ou AGM de capacité équivalente en France.

Les composants

Caractéristiques des cellules

Caractéristiques de la boîte

Caractéristique du BMS

Caractéristique du coulomètre (optionnel)

Divers

  • 1 application Android ou IOS pour la gestion du BMS et de la batterie
  • Vis, 3 barrettes cuivre étamé, câble souple de 25 mm², cosses
  • Outillage isolé
  • Pince à sertir
  • Alimentation stabilisée (10A – 30 v)

ATTENTION DANGER – Portez des lunettes de protection

Les éléments Lifepo4 ne supporteraient pas un court-circuit direct à leurs bornes et il y a lieu de prendre d’infinies précautions lors de leur manipulation ou lors de manipulation d’outils métalliques au-dessus.

Couvrir les bornes d’un isolant adhésif lors des manipulations, utiliser des outils isolants ou recouverts d’un isolant adhésif et lors des raccordements ne laisser qu’un seul potentiel apparent à la fois en masquant les autres sous un film plastique.

Vérification des cellules

Lors de la réception, il y a lieu de vérifier l’état des cellules afin qu’elles ne présentent pas de défaut physique, (Choc, gonflement, …etc.) mesurer le poids et également la tension électrique de chaque élément afin qu’ils présentent des valeurs similaires ou relativement proches.

Les éléments de batterie au déballage
Mesures à T0Elément 1Elément 2Elément 3Elément 4
Poids5 205 g5 195 g5 205 g5 210 g
Tension3,312 v3,265 v3,295 v3,315 v

Equilibrage des cellules

Il faudra procéder à un premier équilibrage en montant les cellules en parallèle (les maintenir en pression entre deux plaques ou dans leur contenant définitif pour éviter leur éventuel gonflement lors de la charge) et en appliquant 10 A sous une tension limitée à 3,65 v à l’aide d’une alimentation stabilisée jusqu’à ce que le courant soit nul. Cela peut prendre plusieurs heures voire jours en fonction de la capacité totale de l’ensemble. On aura alors la certitude que l’ensemble des cellules sont chargées à la même capacité mais attention à ne pas dépasser la limite de 3,65 v. (Valeur à vérifier dans les caractéristiques des cellules)

Equilibrage des cellules
Equilibrage des cellules

Montage des cellules

J’ai fait l’acquisition d’une boîte de très bonne facture, avec des dimensions convenant parfaitement aux éléments Lifepo4 et une tolérance de 5 mm sur la largeur que j’ai compensé par un film de mousse d’emballage en compression sur 3 faces et une armature en bois en forme de H de 45 mm d’épaisseur qui vient caler les éléments dans la longueur. Depuis le montage on m’a également conseillé de placer un film Rhodoid entre chaque élément pour améliorer l’isolation donnée par le film bleu qui risque de s’user avec les vibrations et fixer les 4 éléments ensemble avec du ruban adhésif.

Mise en boîte
Mise en boîte

La partie haute de cette armature est munie de glissières dans lesquelles prend place le BMS.

Calage des éléments
Calage des éléments et support du BMS

Les éléments Lifepo4 sont raccordés en série à l’aide des barrettes en cuivre étamé livrées avec mais j’ai remplacé les vis fournies par des vis inox M4 avec une tête plus large et légèrement plus longue afin de pouvoir ajouter une rondelle éventail également en inox. C’est vraiment la partie la plus délicate car il faut faire attention à ne pas détruire les taraudages effectués dans les bornes en alu en serrant trop fort et l’ajout de rondelles éventail permet d’être efficace avec un serrage modéré. En cas de problème, il faudra percer et retarauder à 6 mm mais sans aller plus profond que le trou existant ; à voir si les éléments avec tige filetée en guise de borne ne sont pas plus fiables car on n’agit pas en rotation directement dans l’alu.

Visserie
Visserie livrée à gauche et celle installée à droite

Le raccordement du BMS se fait sur la sortie négative de la batterie avec le ou les câbles de puissance ainsi que les fils de mesure sur chaque élément en prenant soin de bien respecter l’ordre mentionné sur la documentation. (Effectuer le raccordement sur la batterie et vérifier la tension croissante du Moins vers le Plus sur le connecteur avant raccordement)

Raccordement BMS
Raccordement du BMS

Raccorder également le connecteur du module Bluetooth, fixer celui-ci sous le couvercle de la boîte et placer également la sonde de température au-dessus et au contact des éléments à l’aide de ruban adhésif.

Câblage
Câblage de la batterie

La liaison positive ira directement de la borne positive du dernier élément Lifepo4 à la borne positive de la boîte et pour ces raccordements, j’ai également fait l’acquisition de vis M8 Inox à tête large avec rondelles plates et rondelles éventail et d’un morceau de câble de 25 mm² en adéquation avec mon courant de 120 A max.
Pour l’ensemble des raccordements par câbles, j’ai utilisé des cosses à sertir de 10 mm² pour les 2 x 3 liaisons du BMS et 25 mm² pour la liaison positive avec un sertissage effectué avec une pince spécifique qui effectue un rétreint sur 6 faces. (Attention aux serrages dans l’étau ou à la pince multiprise comme j’ai pu le voir sur l’installation de mon panneau solaire effectuée par mon concessionnaire qui ne tiennent pas car on ovalise le fût de la cosse et l’âme du câble s’étale à l’intérieur)

Sertissage des cosses
Sertissage des cosses

Pour les cosses de mesure des tensions du BMS, j’ai utilisé des cosses de 2,5 mm² mais j’ai effectué une soudure à l’étain après le sertissage pour garantir la connexion.

Raccordement du coulométre

Le coulométre est un élément optionnel qui permet de visualiser instantanément la capacité restante dans la batterie (en % et en Ah) mais également le courant entrant (charge) ou sortant (décharge) ainsi que la tension. Le shunt doit se placer directement sur la sortie négative de la batterie de manière à voir passer l’ensemble des courants entrants et sortants. Il faut ensuite paramétrer la capacité totale de la batterie ainsi que son point 0 et son point 100%.

Raccordement coulométre
Raccordement du coulométre

Paramétrage du BMS

Pour effectuer le paramétrage et la gestion du BMS, il faut utiliser une application sur smartphone et se connecter à la batterie via le Bluetooth. Le constructeur préconisait d’utiliser l’application « Xiaoxang » mais j’ai trouvé que l’application « CarploungeBMS » mieux noté sur le Play Store fait mieux avec la même interface et donne surtout la possibilité de modifier les paramètres.

Présentation de l’application
Lorsqu’on lance l’application on tombe sur la page de connexion qui montre le (ou les BMS) à
proximité et à portée de Bluetooth. On choisit le BMS désiré et après identification, on arrive
sur la vue principale qui regroupe un certain nombre d’informations

Menu Carplounge
Menu Carplounge
Vues1 Carplounge
Vues2 Carplounge
Vues3 Carplounge

Paramétrage du BMS

Les paramètres ci-après sont ceux que j’ai appliqué pour mon utilisation et je rappelle que je n’ai aucun besoin de tirer des courants forts pour un convertisseur et que, n’ayant pas modifié le câblage de mon installation, j’ai aussi limité les courants de charge aux mêmes valeurs que ce que j’avais avant avec mes batteries Pb-acide.

Explications réglages
Explications réglages
Explications réglages (suite)
Explications réglages (suite)
Caractéristiques batterie
Caractéristiques utiles de la batterie

Paramètrages connexes

Afin d’être compatible avec une batterie Lithium Lifepo4, j’ai adapté le chargeur secteur présent dans mon fourgon (Nordellectronica NE196RA) en le paramétrant sur la position Gel.

Configuation NE196RA
Configuation chargeur NE196RA

Idem pour le régulateur de panneau solaire MPPT Victron 75/15 qui lui a été paramétré sur Lifepo4 via son application Bluetooth.

Configuration MPPT
Configuration MPPT Victron

Remplacement des batteries

J’ai commencé par déconnecter l’alimentation réseau 230 v ainsi qu’isoler le panneau solaire après l’avoir couvert et ouvert le coupe-batterie 12 v cellule avant de déconnecter les batteries cellules.
Après dépose des 2 gaines de ventilation qui passaient au-dessus des batteries, j’ai pu les retirer ainsi que les bacs en acier posés sur cales qui les contenaient en retirant également les 2 tubes d’évent qui descendaient à travers le plancher.
J’ai réutilisé 2 tasseaux pour fixer 2 sangles sur le côté couloir, en lieu et place de la batterie existante.

Pose des tasseaux et sangles
Pose des tasseaux et sangles

J’ai pu ainsi poser la nouvelle batterie, avec ses 2 bornes accessibles vers l’avant, la sangler et visser une cale en bois en plus dans l’angle pour la maintenir en place.

J’ai ensuite positionné le shunt du coulométre dans une boîte plexo juste à côté de la borne négative où il est raccordé.

De la borne positive, part un fil vers le coupe-batterie et un fil vers le régulateur de panneau solaire ; coupe batterie que j’ai repositionné au fond, juste au-dessus de la batterie.

Nouvelle batterie posée
Nouvelle batterie posée
Coulométre et MPPT
Coulométre et MPPT

La suppression de la deuxième batterie laisse également un accès plus facile au Frost Control qui était auparavant derrière celle-ci.

Accessibilité du Frost Control
Accessibilité du Frost Control

La place ainsi libérée pourra recevoir, le jour venu, un convertisseur qui sera raccordé au plus près de la batterie.

Mise en service et tests

Consommateurs

Après vérification des raccordements, déverrouillage du BMS par appui sur le cadenas central de l’application pour l’ouvrir et fermeture du coupe-batterie, remise en fonction des consommateurs sur le panneau de contrôle et vérification du courant sur le coulométre externe en comparaison avec l’application du BMS.

Décharge de 0,5 A
Décharge de 0,5 A

Charge par le chargeur réseau

Remise sous tension du chargeur par le réseau 230 v et vérification du courant de charge de l’ordre de 17 A déduction faite des consommateurs en service.

Charge réseau 230 v
Charge réseau 230 v

Charge par l’alternateur

Mise hors tension du chargeur 230 v et démarrage du moteur pour vérifier la charge de la batterie par l’alternateur, toujours déduction faite des consommateurs.

Charge par l'alternateur
Charge par l’alternateur

Ne pas démarrer le moteur avec le chargeur sous tension car le relais du coupleur risque de ne pas apprécier le courant d’appel du démarreur.

J’ai ensuite fait quelques essais de décharges pendant plusieurs jours et remis ensuite le chargeur 230 v pour remonter une décharge d’environ 100 Ah en surveillant l’équilibrage des cellules qui reste toujours dans les valeurs préréglées.

Equilibrage en charge
Equilibrage en charge

Analyse du fonctionnement

Je suis ensuite parti en itinérance avec le fourgon sur plusieurs semaines sans jamais se raccorder au réseau et effectué l’analyse du fonctionnement (charge-décharge) de la batterie à partir des graphiques suivants:

Décharges Truma et réfrigérateur
Décharges Truma et réfrigérateur

Sur ce graphique, en vert, on peut voir les pics réguliers du courant occasionnés par le fonctionnement du réfrigérateur à compression durant la nuit mais également les 2 pics important du démarrage du Truma D en soirée et ceux moins régulier du frigo qu’on ouvre plus souvent soir et matin.

On peut également remarquer une très légère production solaire en matinée mais qui reste marginale.

On voit aussi la décroissance régulière de la capacité de la batterie en orange avec une petite remontée due au solaire et la tension en bleu qui reste stable.

Charges solaire et alternateur
Charges solaire et alternateur

Sur ce graphique qui est la suite du précédent, on voit le courant de 2,21 A produit par le solaire mais surtout la production apportée par l’alternateur en roulant avec une pause de 20 mn pour un ravitaillement en eau et vidange.

Le courant monte à 25 A et décroit ensuite jusqu’à la récupération de la capacité nominale de la batterie.

Kilomètrage effectué et charges mini-maxi
Kilomètrage effectué et charges mini-maxi

Enfin, une petite synthèse des niveaux haut et bas de la batterie en corrélation avec le kilométrage effectué chaque jour, mesures relevées sur le coulométre externe.

Conclusion

Pour l’utilisation attendue, la Lifepo4 répond parfaitement à ma demande de pouvoir avoir plusieurs jours d’autonomie et sans ajouter des boosters ou autres appareils DC/DC, il est possible de l’utiliser en simple échange standard. avec des batteries existantes au plomb et en ajustant quelques paramètres.

L’utilisation de paramètres réduits ne peuvent que contribuer à augmenter sa durée de vie, le compteur de cycle venant d’afficher 1 après deux semaines d’utilisation.

Le coût de revient en comptant les éléments ci-dessus mais également la pince à sertir, les cosses ainsi que le coulométre externe avoisine les 600 €. (Achat fait en mai 2021 sur Ali)

Quelques infos utiles

Commentaires

  1. Lolo

    Steph, comme à ton habitude, voilà un travail de passionné et une présentation remarquable.
    Bravo pour toutes ces explications.
    Un retour après une utilisation plus longue serait pas mal.
    Amicalement.

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