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Guide des composants | Comprendre les LiPo 4

Aujourd’hui sur Culture FPV c’est l’heure de reprendre les basiques. Cette nouvelle section aura pour but d’explorer les différents éléments qui composent un Racer, et pour commencer, nous allons parler d’un élément important, la batterie aussi appelée “ LiPo ”.

Dans cet article, je m’efforcerais d’employer des termes exacts pour toutes les unités de mesures et autres qualificatifs afin que tout le monde puisse prendre de bonne habitudes. C’est pour cela que je n’utiliserais volontairement pas le mot « drone » car sémantiquement parlant, il désigne uniquement un appareil de type militaire, c’est donc un abus de langage que je n’encouragerais pas.

A quoi ça sert ?

Tout d’abord, Plantons le décors ! Nous allons décrire quel est le rôle exact de cette batterie sur le Racer.

Sur nos machines, la batterie se connecte via la prise XT60 de l’appareil, et permet de l’alimenter en énergie électrique. Il existe d’autre types de prises comme le XT30 (plus petit) ou le format Dean. Cette énergie est distribuée via la PDB (Power Distribution Board) et alimente l’ensemble des composants du quad’. Les moteurs sont le plus gros poste de consommation sur ce type de modèle. Le choix d’une batterie se fait donc principalement en fonction des moteurs.

Dans notre discipline, s’assurer d’avoir une bonne alimentation est essentiel car il y a un paramètre très important à prendre en compte :

Sur un avion, on dispose d’une structure dite “ à voilure fixe “, c’est à dire que la portance du modèle (le fait qu’il tienne en l’air) dépend d’une voilure qui est … Fixe ! C’est bien vous suivez !

Dans le cas d’un Racer, celui-ci ne comporte pas d’aile, il tient en l’air par la portance créée via la force de ses 4 moteurs disposés à la verticale.

Si on suit cet exemple, on observe facilement que sans alimentation moteur, un avion planera jusqu’au sol, tandis qu’un Racer tombera littéralement comme une pierre. C’est une chose très importante car il en va directement de la sécurité de l’appareil et des personnes, qu’elles soient présente sur ou autour du terrain (on ne sait jamais à quel moment un Racer peut tomber).

Les caractéristiques d’une batterie LiPo

Toutes les batteries ne sont bien sûr pas identiques. Il est primordial pour tout pilote de connaitre et maîtriser ces notions car il en dépend à la fois la qualité de vos vols, mais aussi votre sécurité.

 Voyons ensemble quels sont ces paramètres à prendre en compte pour bien choisir et entretenir sa batterie :

La tension

La tension est une unité de mesure électrique que l’on exprime en Volts. Sur un accumulateur, la tension délivrée est directement liée au nombre de cellules qui composent cette LiPo. Pour exprimer cela, on inscrit le nombre de cellule suivi d’un “S”. Par exemple, une batterie possédant 3 cellules sera donc qualifié de “3S”.

En ce qui concerne une batterie de type LiPo, chaque cellule possède une tension nominale de 3,7 volts. Les éléments (ou cellules) sont raccordés en série. Leur valeurs s’additionnent et on obtient les tensions suivantes pour chaque batterie :

  • 3,7 volts pour une batterie 1S
  • 7,4 volts pour une batterie 2S
  • 11,1 volts pour une batterie 3S
  • 14,8 volts pour une batterie 4S

J’aurais pu continuer cette liste, mais je pense que vous aurez tous compris le principe. Ces 4 déclinaisons de batteries sont les plus courantes de nos jours sur une machine de type Racer.

Cette tension est dite nominale, c’est à dire donnée comme étant celle délivrée en état de fonctionnement normal. Ça c’est la définition littérale, hors, un élément verra sa tension changer en fonction de son état de charge. Elle sera égale à 4,2 volts lorsque elle sera chargée, et se videra au gré de votre utilisation sur la machine.

La capacité

Une capacité est une valeur exprimée en milliAmpères par heure (mah). Cette unité permet de quantifier la quantité d’énergie présente dans une batterie. Un accumulateur de 1500mah pourra  délivrer une intensité d’1,5 ampères pendant une heure (quelle que soit la tension).

Plus la capacité est grande, plus la batterie pourra donc délivrer de courant pendant une longue période. On pourrait en déduire qu’il suffirait de prendre des batteries de grande capacité pour voler plus longtemps. Dans la pratique, ce n’est pas le cas, et nous verrons pourquoi plus tard dans cet article.

Le nombre de C (en décharge)

L’intensité d’un courant est une unité exprimée en Ampères. Le nombre de C inscrit sur l’étiquette est le coefficient multiplicateur de l’ampérage que la batterie pourra restituer pendant sa décharge. C’est à dire que si je possède une batterie de 1500mah 75C, elle sera théoriquement capable de restituer 1,5 x 75 = 112,5 ampères.

Mais quelle est la fonction ce coefficient et pourquoi est-il théorique ?

La fonction :

Cette valeur vous permet de choisir une batterie qui puisse délivrer l’intensité nécessaire à votre machine. Pour répondre à cette question, il est important de savoir combien consomme votre appareil. On prendra principalement la consommation des moteurs, celle des autres composants étant négligeable.


Dans le cas ou je possède un Racer ayant des moteurs consommant chacun 30 ampères maximum (c’est à dire gaz à fond), j’ai donc une consommation maximale avoisinant les 30 x 4 = 120 ampères. Pour le bon fonctionnement de la machine et la santé de sa batterie, il faudra que cette dernière puisse au minimum délivrer cette intensité. Dans le cas contraire, non seulement votre Racer se retrouvera bridé par le manque de puissance électrique disponible, mais votre batterie risque fort de se dégrader prématurément, voir pire, prendre feu …

Crédit : Tom Smith

Il est recommandé par les fabricants de choisir une LiPo pouvant délivrer le double d’intensité que celle requise par votre quadcopter afin de préserver la santé de la batterie. En réalité, il est très rare de pouvoir remplir cette condition. La consommation de nos moteurs est bien trop importante par rapport à la capacité des batteries actuelles à fournir de telles intensités. Le pilote est bien souvent obligé de se contenter d’une batterie délivrant une intensité égale ou à peine supérieur à la consommation de sa machine. Ce choix se fait donc au détriment de la durée de vie des LiPo.

Pourquoi ce nombre est-il théorique ?

Tout simplement parce que c’est le seul paramètre sur lequel les constructeurs n’ont aucun contrôle lors de la fabrication. Cette caractéristique est directement conditionnée par la qualité des cellules composants le pack. Les chiffres astronomiques inscrits sur les étiquettes sont donc purement marketing. Au mieux la marque sera honnête, et affichera un nombre cohérent avec la qualité réelle de ses produits, au pire, ce chiffre sera complètement irréaliste par rapport à la réalité, et vous vous retrouverez avec une batterie sous dimensionnée.

Le poids

Le poids d’une LiPo s’exprime comme tous les poids en Grammes. Il est d’usage de choisir sa batterie la plus légère possible. En effet, un poids plus important demande aux moteurs une poussée plus forte, et donc une consommation elle aussi plus grande. C’est la raison pour laquelle vouloir prendre une batterie de plus grande capacité (et logiquement plus lourde) n’est pas synonyme d’un temps de vol plus grand. Il est très important de choisir sa batterie avec un ratio capacité / poids avantageux afin d’optimiser le vol et sa durée.

Il est à rappeler qu’un modèle réduit tel qu’un quadcopter doit avoir ses masses centrées au maximum autour de son centre de gravité. Celui-ci se trouve en général au centre du X formé par le châssis. Si votre batterie n’est pas au centre du modèle, plus elle sera lourde, plus le pilotage s’en ressentira et les moteurs forceront pour garder l’équilibre du Racer !

La résistance interne

Une résistance électrique est une valeur que l’on quantifie en Ohms. C’est une valeur qui peut varier considérablement en fonction de la qualité de la batterie, de son état et du type de cellule utilisée. C’est une caractéristique importante car en suivant la Loi d’Ohm, elle conditionne directement le courant délivré à la machine. Plus la résistance est grande, moins votre pack pourra délivrer les ampères dont le quad’ à besoin pour voler. On considère que pour des LiPo conventionnelles, plus la résistance d’une cellule se rapproche de zéro, meilleure sera la qualité et la santé de cette dernière.

Attention cependant, certaines LiPo présenteront au repos une résistance interne qui pourrait paraître astronomique face à d’autres accu’. Pourtant celles-ci ne brideront pas les performances en vol ! Le type de cellules utilisées dans ces packs voient leur résistance baisser drastiquement une fois chaude et en utilisation. Cette résistance remonte lors des phases de repos pour leur accorder une meilleur durée de vie. C’est le cas des batteries de la marque EPS par exemple.

On peut toutefois considérer comme une bonne pratique de noter l’IR de son pack lorsqu’il est neuf, puis d’observer l’évolution de cette valeur au cours du vieillissement de votre batterie. Lorsque les cellules auront prises plus de 15 ou 20 mOhms en plus par rapport à leur valeur initiale, cela voudra dire que l’accu’ est en fin de vie.

Après ce tour d’horizon, vous devriez y voir un peu plus clair sur les caractéristiques d’une LiPo. Maintenant que vous connaissez les bases, passons à la pratique !

La décharge

La cause numéro 1 de la dégradation des LiPo est une mauvaise utilisation lors de la décharge, et en particulier une décharge trop profonde.

Une batterie de type LiPo doit fonctionner dans une plage de tension relativement restreinte pour rester en bonne santé. Le seuil de tension maximum est fixe, il est de 4,20 volts par cellule pour une LiPo classique, et de 4,35 volts par cellule pour une LiPo LIHV. Par contre, le seuil de tension minimal lui, et laissé au soin de l’utilisateur. Ce seuil est source de débat depuis longtemps, mais il est utile à mon sens d’aborder cela sous un autre œil. La réflexion ci dessous est le résultat de mes recherches d’informations sur le net et de discussions avec des pilotes et fabricants de batteries.

Une LiPo donnera sa puissance tout au long de son utilisation, mais verra sa tension chuter fortement aux alentours de 3,5 volts. Il est acquis qu’il est dangereux de descendre en dessous de 3,3 volts par cellule. Ce risque est d’autant plus grand que la consommation de votre machine et / ou le nombre de C délivrés par la batterie sont grands. La décharge ne s’en effectuera que plus rapidement. Votre chargeur refusera d’ailleurs purement et simplement de charger une LiPo dont les cellules affichent une tension inférieure à 3 volts.

La qualité des cellules

Nos packs sont composés de cellules dont la qualité est qualifiée grâce à un “grade”. Les grades classiques vont de “A” pour les cellules de bonne qualité, à “C” pour celles ne remplissant pas les conditions requises pour être commercialisées. Certaines cellules plus rares possèdent des grades supérieurs à comme « A+ » ou « A++ ». Je ne pense pas que le commun des mortels puisse y avoir accès afin de s’en servir sur une machine de course comme nous le faisons, peut être un jour …!

Les différentes marques que nous utilisons sur nos quad’ ont accès, pour la plupart, à des cellules de grade B. D’autres moins nombreuse à des cellules de grade A. La courbe de décharge qui en résulte est directement liée à cette qualité de fabrication. Le comportement de l’accumulateur sera logiquement différent pendant le vol.

Une batterie conventionnelle possède une courbe de décharge similaire à celle présente sur le graphique ci-dessus, sa tension baissera de façon plus ou moins linéaire jusqu’à chuter presque verticalement dans la dernière partie de la courbe. Une batterie possédant des cellules de meilleure qualité présentera une courbe plus haute, gardant une tension supérieure tout au long de la décharge. On remarquera qu’une batterie de qualité présentera moins de « SAG », c’est à dire que la tension baissera moins fortement pendant les appels de courant.

La preuve par l’exemple

Pour illustrer cela, je vous présente un comparatif de 2 LiPo tiré du site lipobench.com. Sur ce graphique, on compare des batteries dont la capacité et le nombre de C sont censés être similaires, une de marque Infinity, et une autre de marque ThunderPower. Leurs performances sont en réalité assez différentes, et on observe que la ThunderPower réussie à maintenir une tension plus haute, tout en ayant moins de « SAG ». On peut discerner également qu’a un niveau de décharge profond, notre batterie pourtant de meilleure qualité aura beaucoup de mal à reprendre une tension plus élevée, les dommages sur les cellules sont inévitables à cette tension.

Il est toutefois très difficile de savoir quelles types de cellule chaque marque utilise. Mais si une chose est certaine, c’est que l’on peut très facilement détruire une batterie en volant trop longtemps  alors que ne pas utiliser la totalité de la capacité ne l’affectera pas. Il n’y a pas d’effet mémoire sur ce type d’accumulateur comme on pourrait le voir sur une batterie au plomb.

Quelle leçon en tirer ?

On peut tirer de cette réflexion une bonne pratique. Elle est de suivre les recommandations de certaines entreprises spécialisées dans ce type de batterie, en préférant atterrir lorsque votre LiPo à atteinte 3,7 volts par cellule. Le choix de batteries de qualité vous garantira puissance et autonomie pendant toute la durée du vol sans avoir à descendre trop bas en tension. Il faut bien faire attention à ne pas vider intégralement votre LiPo afin d’en optimiser la durée de vie. Vouloir décharger trop profondément signifie forcément entrer dans la zone ou la tension chutera drastiquement et endommagera les cellules. Chercher à tirer absolument un temps de vol plus long n’aura donc qu’un seul effet : abîmer vos packs de façon irréversible. C’est cher payé pour quelques secondes de vol non ?

La charge

Pour la charge, je vous rassure, cela va être beaucoup plus simple que pour la décharge !

Afin de charger vos LiPo, vous aurez bien sûr besoin d’un … Chargeur compatibles avec ces batterie. Je ne rentrerais pas dans le détail vis-à-vis de ce matériel qui fera l’objet d’un autre article.

Votre batterie, nous l’avons vus, possède un nombre de C dédié à la décharge. Figurez-vous qu’elle possède également un nombre de C dédié à la charge ! Souvent bien plus discret sur l’étiquette, il permet de savoir à quelle intensité vous pouvez charger votre accu’.

Malgré la présence de ce coefficient multiplicateur, il est d’usage de charger ses batteries à 1C. Cela équivaut à une fois la capacité de votre batterie. Si vous possédez une batterie de 1500mah, vous sélectionnerez donc une intensité de charge de 1,5 ampères sur votre chargeur. De la même façon, si vous chargez des batteries de 450mah, sélectionnez 0.45 ampères sur le chargeur. Même pas besoin d’être fort en maths, il suffit juste de diviser la capacité de votre batterie par 1000, fastoche !

Le contre exemple

De nouveaux sites font leur apparition sur la toile telle que lipobench.com et nous permettent de savoir plus précisément ce que valent nos batteries. Un article sur ce site démontre le fait que charger ses LiPo à une valeur plus importante qu’1C ne nuit pas à la santé de la batterie (testé à 5C), alors libre à vous de faire vos tests, mais sachez que la charge « traditionnelle » à 1C reste une valeur sûre en cas de doute.

Il est à rappeler que pour garder vos batteries au meilleur de leur forme, il est préférable de charger en mode « balance » afin de garder vos cellules équilibrées.

Le stockage

Qui dit produit inflammable et chimique dit conditions de stockage appropriées.

Les batteries LiPo sont inflammables, sensibles à la chaleur (dans une certaine mesure) et à la perforation. Interdit donc de laisser son petit frère jouer avec, ou de les conserver devant la fenêtre en plein soleil. La bonne pratique étant à mon sens au minimum :

  • Éviter les contacts directs et prolongés avec le soleil (risque de chauffe)
  • Stocker dans un environnement peu sensible au feu (un sac ignifugé ou un pot en terre cuite par exemple)
  • Stocker dans un environnement à température ambiante et aéré

Pour cet aspect, je ne peux que vous conseiller une enveloppe adéquat et prévue à cet effet. Des sacs souples « Lipo safe » sont disponibles un peu partout sur le net à des prix abordables. Ils sont un premier pas vers votre sécurité. Un moyen plus sûr est de stocker vos batteries dans une boite prévue pour contenir des munitions. C’est plus cher et encombrant, mais aussi plus résistant et adéquat.

Votre chargeur dispose également d’un mode appelé « stockage » qui est à utilisé sans modération ! Ce mode est très utile pour laisser vos batteries au repos entre chaque session. Il chargera ou déchargera votre batterie jusqu’à une tension de 3,8 volts par élément afin qu’elle ne vieillisse pas prématurément. J’utilise personnellement ce mode pour remettre toutes mes batteries à cette tension après une session de vol. C’est une pratique un peu longue, mais qui optimise la durée de vie de vos accus préférés. Avoir une bonne valeur de coupure en fin de vol permet également d’avoisiner la tension de stockage une fois au sol. Toutefois un passage au chargeur permet d’atteindre à coup sûr une tension contrôlée et par la même occasion, un équilibre optimal entre les cellules.

Le rodage

Une LiPo est comme un moteur, elle a besoin d’un rodage lorsque celle-ci est neuve. Pourquoi ? Parce que les éléments chimiques qui la composent ont besoin d’être stimulés un certain nombre de fois afin de restituer leur plein potentiel. On ne vous demande pas de courir un marathon dès votre naissance ? vous apprenez à marcher puis à courir avant d’envisager la compétition ? et bien pour votre batterie, c’est exactement la même chose ! On considère qu’une batterie de ce type peut être considérée comme rodée au bout de 5 à 10 cycles. Une fois le rodage effectué, la différence de puissance devrait être significative et la durée de vie du pack augmentée.

Comment roder ses batteries ?

Il est conseillé d’effectuer un rodage durant au minimum les 3 premiers cycles du pack. Réalisez des vols stationnaires, des translations ou explorations de spot, mais restez doux avec le stick des gaz pour ne pas demander trop de courant à la LiPo. Si vous en demandez trop à votre batterie, elle sera « marquée » à vie par vos sévices et s’en retrouvera bridée. C’est d’autant plus dommage que l’on parle ici d’une batterie neuve, alors autant en prendre soin !

Je vous propose en complément de regarder la vidéo de Pablo Sotes qui décrit bien le processus de rodage ainsi que ses effets :

 

J’espère que cet article sur nos chères LiPo vous aura été utile dans votre vie de pirate des airs ! Je vous retrouve très bientôt pour d’autres articles sur Culture FPV !

FLY SAFE !

9 thoughts on “Guide des composants | Comprendre les LiPo

  1. Bonjour,

    C’est cool cet article, ça m’a permis de comprendre un peu mieux les lipo.
    Néanmoins, petite question sur la charge :

    Pour ce qui est des C en charges, si on charge à 1C, on mettra 1 heure pour charger une batterie, c’est bien ça ? Si on charge en 2C, c’est une demi-heure et ainsi de suite ?

  2. Pingback: Guide des composants | Les PDB à la loupe - Culture FPV

  3. Article clair et bien détaillé, il y a juste quelques petites fautes d’orthographes. Si vous voulez les corriger, voilà où les trouver :
    Paragraphe tension : CES 4 déclinaisons de batteries
    Paragraphe rési interne : celles Ci ne brideront pas les performances en vol
    Paragraphe stockage : Éviter les contacts directs et prolongéS avec le soleil

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