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Publié : 1er mars 2012

Le remplacement des batteries de perceuse, taille-haie... et petits appareils électriques

Je dispose de perceuses et instruments électriques portatifs à batteries NI-Cd.
Souvent les batteries de perceuses, surtout pour les modèles anciens et bon marché, s’abîment très rapidement, on accuse l’ « effet mémoire » en réalité il s’agit surtout d’une mauvaise conception d’ensemble à la fois du chargeur qui n’est pas régulé et de l’absence de protection en décharge dans la perceuse elle-même.

Les accus Li-Po, lithium polymère

Remplacement d’une batterie de perceuse

Le montage le plus simple : avec un pack lipo, autrement dit lithium polymère. La batterie d’origine est une 1200 mAh, on voit sur la photo que le pack est un 2000 mAh qui est deux fois moins lourd ! Ils ont l’avantage d’avoir une forte capacité sous un faible volume.

Batterie_Perceuse

Les accus Li-Po, lithium polymère fonctionnent très bien, ils sont utilisés pour les modèles réduits et toutes les applications qui consomment beaucoup de courant, par contre ils sont un peu fragiles d’autre part ils ne sont pas tolérants à la surcharge.
On voit que l’accu a une petite prise blanche qui sert à la charger, elle se branche à ce qu’on appelle un "balanced charger" ou chargeur équilibré qui charge de façon indépendante chacun des éléments. En effet il s’agit d’un accu de 11,1 volt formé de 3 éléments lipo. Le chargeur que l’on voit sur la photo suivante, est un modèle dit "3S- 4S" autrement dit il sert à charger des accus de 3 ou 4 éléments.
Dans ce montage simple il n’y a pas de protection de décharge, il faut brancher de temps en temps le chargeur qui a un afficheur, pour vérifier que la tension ne descend pas en dessous de 3 volts par élément. On peut aussi acheter un petit circuit de contrôle qui se branche sur la prise blanche et qui va sonner si la tension de la batterie descend sous un seuil critique. L’inconvénient de ce circuit est qu’il faut le débrancher quand l’appareil est inutilisé. Ou sinon ce n’est pas évident de prévoir un interrupteur car il possède 4 fils donc il faut un interrupteur à 4 contacts, ou alors un relais commandé par le courant du moteur. L’alarme a parfois tendance à sonner au démarrage du moteur en raison de l’appel très fort de courant au démarrage qui produit une chute de tension.

Remplacement d’une batterie de taille-haies

Batterie_TailleHaies

Il s’agit d’un taille-haies que j’ai acheté à un camion cette année en 2012, bizarrement bien que les batteries cadmium nickel soient interdites maintenant, il est fourni avec deux packs de ces batteries. Les batteries de 18 volts, 1200 mAH durent environ 30 minutes, ce qui est insuffisant pour moi.
Je les remplace par une batterie LiPo de 14,4 volts, 4000 mAH, ce qui triple l’autonomie. Sur la photo on voit comment j’ai relié la batterie.
Par précaution ne pas utiliser l’appareil plus de 1 h pour être sûr de ne pas produire de décharge profonde qui serait fatale pour la batterie. A l’usage je me rends compte que le taille-haies a tendance à chauffer, je rajoute une aération dans le boitier de l’engrenage qui est en plastique, penser aussi à bien huiler la lame avant chaque utilisation, ce qui diminuera les frottements.
Sur la photo on voit le chargeur 4S qui sert à charger l’accu par la prise blanche. Il faut brancher les pinces crocodiles à une source de 12 volts, qui puisse donner au moins 3 Ampères. Ça peut être une batterie de voiture ou une alimentation régulée, j’ai utilisé une alimentation 12 volts de glacière électrique.

Et les Nimh ?
J’avais fait un essai il y a longtemps, je me disais pourquoi pas remplacer un accu 1200 mAh par des piles NimH (pour obtenir 12 v il faut 10 piles de 1,2 volt en série) malheureusement les accus Ni-mH ne supportent pas de fortes intensités et ils ne fonctionnent pas bien dans cette application.

Montage avec des Lithium fer

Au niveau écologique je pense que la meilleure batterie actuellement est la LiFePO4. En effet elle supporte un cycle de 2000 charges-décharges ; elle est très employée pour les vélos électriques. Alors que l’accu au plomb utilisé dans les batteries de voitures ne supporte pas plus de 200 charges-décharges. Ceci dit les lithium ion supportent 1600 cycles si au lieu de les charger à 4,2 volts on les charge à 4 volts seulement. En contrepartie ils ont une capacité diminuée de 30 pour cent. Sur ce site on a une comparaison des différentes batteries :

http://www.batteryspace.com/lifepo4cellspacks.aspx

Le montage pratique
Il suffit d’utiliser un boîtier coupleur pour 4 piles 18650 ; on achète 4 piles LIFEPO4 18650 ensuite on place les piles dans le coupleur.
C’est tout ! Prix de revient : 4 piles coûtent 7 Euros en tout le chargeur 10 Euros et le coupleur 3 Euros, on a un total de 20 Euros.
A noter que pour des appareils qui consomment moins on peut utiliser des piles plus petites « 16300 » dans ce cas on peut utiliser un coupleur pour 2 piles 18650 et il contiendra en fait 4 piles 16300.

La recharge et le chargeur
Pour recharger les piles : on enlève les piles du coupleur et on les met dans un chargeur LiFePo4 ; j’en ai trouvé un sur Ebay avec 4 emplacements ; le courant de charge est un peu faible : compter 5 heures pour charger ces piles.
L’avantage de ce chargeur est qu’il est universel, il charge tous les types de piles, il y a un commutateur sur le côté pour choisir la bonne tension. Prix du chargeur environ 10 Euros. Ou pour charger les piles sans les démonter on peut utiliser un chargeur spécialisé, il faudra le brancher sur une prise à 4 contacts. Le plus connu s’appelle l’IMAX, les modèles les moins chers ne sont pas des originaux, ce sont des copies mais qui fonctionnent néanmoins. Sur ce chargeur on peut paramétrer le type de batterie que l’on souhaite charger, attention ne pas confondre les tensions de charge maxi des Lipo (4,2 v) et celles des Lifepo4.

Si on veut plus de capacité ?
En alternative on peut mettre 4 piles 26650 qui coûteront 27 Euros au lieu de 7 Euros et on aura une capacité de 2300 mAH.
Solution moins chère : 2 boitiers de 4 piles en parallèle, on aura 2200 mAH pour 14 Euros. Attention ces derniers temps les prix des LiFePo4 ont tendance à augmenter !

Un pack sans démontage

Au lieu d’acheter le chargeur on peut acheter aussi bien un circuit intégré de module chargeur. Il s’agit d’une autre solution pour :

- charger les batteries sans les sortir du coupleur

- bénéficier d’une forte intensité en décharge

- recharger les batteries de manière équilibrée

Attention, les modules PCB qui assurent en même temps une protection de décharge à forte intensité (pour une perceuse il faut un circuit qui accepte environ 7 A en 12 v) sont assez chers, plus de 20 Euros. Sinon on eput acheter un module de protection dont on n’utilisera que la régulation de charge équilibrée.

Dans ce cas on peut monter une circuit de protection « PCB » (voir plus loin) à l’extérieur de l’appareil et utiliser un raccord multiple appelé 2s, 3S ou dans notre cas 4S « CABLE FOR 4S balance charger F A123 Li-Ion 26650 Lifepo4 Battery » ou « RC Lipo battery balance charger plug » sur le site
http://stores.ebay.fr/Rc-parts-shop

Le câble se connecte quand on le branche avec chacun des éléments de 4 batteries et arrête séparément la charge de chaque élément lorsqu’elle est complète, car si on charge avec un seul câble en mesurant la somme des tensions, au moment de la fin de charge, et à cause d’une disparité même minime des éléments, les éléments moins chargés amèneront à continuer la charge alors que les éléments déjà chargés vont passer en surcharge.

Et pour la protection en décharge ?

On peut monter un détecteur de tension avec un circuit comparateur, qui peut actionner un voyant de décharge, une alarme, un disjoncteur, etc. ou encore plus simple : 3 diodes led blanches en série, avec une résistance de protection de 220 ohms. Elles s’éteindront quand la tension passe en dessous de 9 volts, signe qu’il faut arrêter l’utilisation de la batterie. (ne pas aller en dessous de 2 v par élément soit 8 volts pour 4 éléments)

Les divers types de batteries

Les batteries LiFePO4 ayant le meilleur rapport qualité-prix sont les 18650 jaunes (dimensions 18mm x 65 mm)de capacité 1100 mAH, appelées « nanophosphate » elles se vendent entre 1,50 et 1,80 Euro pièce. Ce sont celles qui ont la meilleure intensité de décharge (environ 18 C soit 18 A). Les meilleures batteries 18500 LifePo4 ont une capacité de 1500mAH. Ne donner aucune foi aux vendeurs qui proposent des batteries bleues LiFePO4 à 1800 mAH !
Les autres batteries vendues le plus couramment en LiFepO4 sont les 26650 vertes (de capacité 2300 mAH, on en trouve sur Ebay entre 5 et 7 Euros pièce ; les meilleures ont une capacité de 3300 mAH. Toutefois le rapport capacité prix leur est un peu défavorable.
http://www.batteryspace.com/LiFePO4-Cylindrical-Single-Cells.aspx

Avec ces batteries on peut réaliser toutes sortes de batteries y compris des batteries de moto, il suffit de respecter le bon assemblage de séries et parallèles. Bien sûr cela existe déjà en éléments tout prêts, voir ici : (mais c’est facile à fabriquer, il faut simplement employer les bonnes sections de fils car on doit pouvoir acheminer des pointes de 140 ampères !)
http://www.batteryspace.com/12-8v-lifepo4-battery-packs-from-3.3ah-to-6ah.aspx
Le problème est que dans les dispositifs qui nécessitent de fortes intensités on ne peut plus monter de régulateur de décharge car il n’accepterait pas les pointes d’intensité.

Attention à la dénomination des batteries : toutes ces batteries sont parfois appelées CR123, ce qui peut prêter à confusion.
La véritable batterie CR123 a une dimension de 16 x 34 mm ; elle est appelée aussi 16340, et elle a une capacité d’environ 400 mAH en LiFePO4. Ne pas croire les publicités qui en annoncent à 1200 mAh.
Les autres batteries : La batterie A23 mesure 10 x 28 mm ; la batterie type N mesure 12 x 30 mm ; la batterie type CR2 mesure 15,6 par 27 mm.
Et les batteries Li-ion ?

On peut utiliser aussi 3 éléments Li-ion de type 18650 car ils font chacun 4 volts mais ils ont une résistance interne plus importante. Au niveau qualité les meilleurs batteries Li-ion sont les Panasonic, le constructeur a sorti une Li-ion de 3100 Mah, performance inégalée à ce jour. Même la Panasonic 2900 mA H donne aux banc d’essai une capacité légèrement supérieure aux autres dans un régime de décharge rapide (5 ampères.) A taille égale on a donc trois fois plus de capacité, par contre l’accu li-ion supporte moins de cycles charge-décharge et il a tendance à perdre sa capacité au fil du temps (on considère qu’il est efficace pendant 3 à 4 ans).
Attention il faut impérativement charger les accus li-ion avec un contrôle sur chaque élément (avec un module « PCB ») sinon il y a un risque d’explosion.

Le régulateur

On le trouve sous le terme « Protection board » ou PCB, « protection circuit board » comme vu précédemment.
Il est préférable d’utiliser un régulateur, l’avantage du régulateur s’il est monté à demeure avec le bloc des batteries, est qu’il va contrôler la décharge mais aussi la charge de l’accumulateur, donc on n’aura pas besoin d’un chargeur spécial, il suffira d’appliquer au pack une tension un peu supérieure ; par exemple pour recharger un pack 12 v qui fait en fin de charge 3,6 x 4= 14,4 v il faudra une alim qui donne 16 à 18 v environ. L’intensité de l’alimentation est fonction du courant de charge, naturellement il vaut mieux ne pas recharger les accus trop rapidement si on peut préserver leur capacité donc on peut table par exemple sur 0,2 C ce qui veut dire qu’une batterie de 1100 mAh sera chargée avec un courant de 220 mA.
On trouve des régulateurs assez bon marché à moins de 10 Euros mais ils permettent une intensité de 5 à 7 ampères ce qui est tout juste suffisant pour une perceuse ; par exemple dans la boutique Ebay http://shop.ebay.fr/tchwarehouse-au sous le titre
PCB Charger for 4 Packs 12V LiFePO4 Battery Cell at 5-7A Limited with Protection.

Si on veut plus d’intensité il faut utiliser un circuit plus cher (de l’ordre de 20 à 30 Euros.) D’où ma première solution de n’utiliser que leur fonction de protection de charge.
Le problème de ce PCB est donc qu’il limite l’intensité à 5/ 7 ampères ; j’ai mesuré quand ma perceuse tourne à vide une consommation de 2 ampères ; quand elle perce pour un travail moyen elle consomme 4 Ampères, et pour un travail très difficile elle peut consommer jusqu’à 10 ampères. Par conséquent en utilisant ce PCB on sera un peu limité sur les performances de la perceuse pour les travaux difficiles.
On ne semble pas pouvoir dépasser 12v en LiFePO4 car il n’existe pas de PCB pour plus de 4 piles LiFePO4, ce qui peut poser un problème, par exemple j’ai un taille haie qui marche sur batterie 18 volts. Par contre en Li-ion on trouve des PCB pour davantage d’éléments en série jusqu’à 18v ce qui conviendrait pour ce cas.

Quelques sites de vente de batteries LiFePo4

qui proposent des piles dont les capacités annoncées ne paraissent pas fantaisistes :
http://stores.ebay.fr/OMG-Battery
http://stores.ebay.fr/top2012wu
http://stores.ebay.fr/2012wu2012
Un site à éviter, qui d’après mes tests vend des batteries dont les capacités ne correspondent pas à la réalité : « Fake batteries. »
http://stores.ebay.fr/GreenForceStore
Sur ce site les batteries CR123 16300 sont données pour 1200mAH et selon mes tests elles font seulement 400mAH.