Quand on ne veut pas de Li-ion dans un nœud

Une question qui revient souvent c’est : je ne veux pas mettre de batterie Lithium-ion dans mes combles, dans ma voiture, dans un nœud exposé au soleil… parce que c’est dangereux. Qu’est-ce que je peux faire pour éviter ça ?

Alors tout d’abord un petit préambule sur les accus Li-ion :

Si vous choisissez des accus de qualité, typiquement des 18650 ou 20700 (Samsung, LG, Sanyo…), par exemple en les achetant sur nkon.nl vous limitez très grandement les risques. Il faut savoir que les marques soumettent leurs accus à des tests rigoureux, notamment des tests de résistance à la chaleur. Les accus doivent supporter un passage au four à 130°C sans prendre feu. Donc même en plein soleil, dans des combles ou derrière les vitres d’une voiture, ce sont des températures qui ne seront pas atteintes sauf s’il y a déjà un incendie causé par un autre élément.

Les risques d’incendie des accus Li-ion sont principalement liés à 2 situations :

• la recharge ou décharge très rapide. Ce qui n’arrive jamais avec nos système. Un panneau solaire de quelques watts ne produira jamais une charge rapide de l’accu et les modules ont des consommations ridicules.
• les chocs physiques, notamment ceux entrainant une perforation. Sur un pylône ou dans des combles on devrait assez peu avoir de risque. C’est aussi pour ça que les accus de type cylindre, avec leur protection métallique sont préférable que les « poches » LiPo (les batteries plates avec un petit fil qui sort et une prise).

Même les surcharges (lentes) n’ont généralement aucune incidence. De toute manière il est recommandé d’ajouter un BMS (Battery Management System, ou système de gestion de la batterie) pour protéger l’accu d’une surcharge ou d’une décharge profonde qui pourrait être une autre cause (rare) de dégradation de la chimie et donc d’augmentation du risque, mais là encore ce sont des cas qui ne se produisent pas en usage normal.

En cas de doute achetez des accus directement « protégés » même s’ils sont plus chers. Sinon ajoutez un BMS en ligne entre la batterie et votre nœud.

Néanmoins il peut y avoir des situations, ou tout simplement par conviction, où il est préférable d’utiliser d’autres technologies. Au passage, Gaulix ne saurait être tenu pour responsable en cas d’incendie causé par un accu, faites vos propres recherches sur les accus que vous envisagez d’utiliser.

Lithium Manganèse (Li-Mn)

Cette technologie permet de remplacer directement un accu Lithium-Ion par cette version moins dangereuse. On trouve ainsi des accus 20700, qui ont la même tension, la même méthode de charge, et sont donc strictement interchangeables avec les accus Li-Ion. On perd juste en capacité pour un même volume.

Voici un exemple : accu Efest 20700 3100mAh https://www.1001piles.com/lithium-manganese-accus-lithium-ion-efest-imr20700-li-mn-3-7v-3000mah-ft-103718.html

C’est un accu fréquent pour les cigarettes électroniques, on peut le trouver chez les revendeurs habituels, par exemple ici ou encore là.

Pour les plus geeks, le Li-Mn ou LiMn₂O₄, parfois appelé LMO n’est pas très différent du Li-ion, c’est juste qu’on a remplacé Le Cobalt de la cathode des batteries Li-ion par du Maganèse, qui est plus stable, qui libère moins d’oxygène et qui limite donc les risques d’emballement thermique. Ce sont donc malgré tout des batteries très proches des Li-ion traditionnelles d’où la possibilité de les interchanger facilement (même tension de charge).

Lithium Fer Phosphate (LiFePo4)

Technologie considérée comme totalement sans risque, mais avec une densité énergétique moindre que le Li-ion et surtout qui utilise une tension de charge différente. Il est donc impossible de remplacer directement un accu Li-Ion par sa version LiFePo4. En effet la tension maximale de l’accu est 3.6V. Si vous la reliez à un système prévu pour le Li-Ion, il va se charger avec une tension de 4.2V ce qui va rapidement détruire l’accu.

Hormis quelques rares cartes prévues nativement pour le LiFePo4 (ex : Heltec MeshSolar) sur toutes les autres les cartes qui intègrent un système de gestion de la batterie, il faudra contourner ce dernier.

Afin d’éviter tout risque, le moyen le plus simple et cohérent est de considérer ce type de batterie un peu comme une powerbank : c’est elle que vous chargez, et c’est elle qui alimentera en USB le nœud. L’inconvénient est que vous n’aurez pas le niveau de charge de la batterie remonté sur le nœud, mais vous êtes sûrs de ne pas faire de bêtise.

Voici un schéma rapide :

5V entrée -> régulateur -> 5V sortie -> prise usb du nœud
                 ||
              batterie

Les 5V en entrée peuvent être issus d’un panneau solaire ou d’un chargeur USB par exemple (nœud dans une voiture avec batterie tampon).

Le régulateur testé est cette petite carte. Trouvable aussi ici.

Ce régulateur gère la charge et la décharge de l’accu. Néanmoins si vous n’utilisez pas un accu dit « protégé », il est recommandé d’ajouter un BMS entre le régulateur de charge et l’accu. Par exemple celui-ci (bien prendre la version 1S 3.2V LiFePo4, en 12A c’est plus que suffisant).

De même si votre panneau solaire ne fournit pas un 5V régulé en entrée et risque de dépasser 6V, il sera pertinent de rajouter un régulateur solaire et non pas de le brancher directement sur le régulateur de charge.

Enfin les 2 gros composants noirs peuvent chauffer un peu lors de forts appels de courants (par exemple si vous avez un ampli en plus du module LoRa) ou de charge à intensité élevée (si votre panneau sort > 1A par exemple). Il est donc recommandé de dissiper un peu cette chaleur, par exemple avec des petits dissipateurs de ce genre, mais dans les cas usuels, cela ne devrait pas poser de problème.

Si vous voulez les fichiers 3D du régulateur, afin de les intégrer pour la création d’un éventuel boitier, vous pouvez les télécharger ici :

Et le nœud plus haut est donc la fabrication d’un Gaulixien, Vincent F4JQW. Pour les curieux, il s’agit d’un nœud double, à la fois en 868 et 433 MHz, avec donc 2 cartes RAK à l’intérieur, et des modules ethernet pour le branchement à un réseau filaire.

Il y a pas moins de 14 cellules 21700.

Quelques images supplémentaires pour le plaisir des yeux 🙂