Les batteries en robotique, c'est un peu le nerf de la guerre.

Il faut que les robots aient du jus pour avancer et faire tourner leur processeur de plus en plus puissant.

Or il faut admettre que si les capteurs évoluent, si l'électronique se fait de plus en plus petite et si les processeurs suivent une progression toujours exponentielle en terme de puissance, sur les batteries c'est le calme plat, et on se traîne toujours des trucs aussi lourds pour faire avancer nos chers petits robots ...

Toujours ? En y regardant de plus près, il y a maintenant un nouveau type de batteries qui commence à être de plus en plus utilisé en modélisme (et donc utilisable en robotique) et qui représente un progrès certain malgrès quelques défauts. Il s'agit de la technologie dite "lithium-ion".

Cette techno est en fait très courante. On la retrouve dans la plupart des appareils électroniques récents demandant une grande capacité : téléphones mobiles, ordinateurs portables, PDA, etc ...

Un grand merci à T-Bot (allez voir sa page sur les batteries ici) qui m'a initié aux accus Li-ion, et qui m'a permis d'utiliser ça sur des robots comme Cnossos. En fait la plupart des choses sur cette page proviennent de ce qu'il m'a dit ! :)

Pour une batterie (ou accu) on a en général :

- Sa capacité, notée C en Ah (Ampère * Heure) (mais on utilise couramment les mAh). Par exemple une batterie de 1500 mAh peut délivrer, si elle est bien chargée, 1.5A pendant une heure. On peut aussi parler de watt*heure.

- Son intensité max de sortie. Par exemple une batterie peut délivrer au maximum 10A. En général c'est un facteur de C. Par exemple 3*C.

- Son intensité max de recharge en A (ou mA). Par exemple 1.5*C. A ne pas confondre avec la capacité en mAh.

- Sa forme/taille. En général c'est des cylindres ou des parallélépipèdes.

- Son poids.

- Sa densité, c'est à dire le rapport de la capacité sur le poids, ou de la puissance disponible sur le poids.

- Sa durée de vie en nombre de charge/décharge et/ou en années.

- Son auto-décharge, qui va dire que par exemple la batterie perd 30% de sa capacité tous les mois si on ne la recharge pas.

- Sa résistance interne.

- Sa technologie bien sûr, qui détermine comment la batterie va être chargée ou déchargée.

- Sa tension nominale à vide par élément. Elle dépend directement de la réaction d'oxydo-réduction de la batterie, donc elle est fixe suivant la technologie (mais la tension réelle dépend ensuite de la charge). Ensuite on peut mettre des batteries en série (le parallèle, qui en théorie augmente la capacité, est très déconseillé) pour augmenter la tension avec un "pack" d'accus.

- La tension réelle dépend ensuite aussi de l'intensité de décharge.

- La présence ou non de l'effet mémoire, qui oblige à faire de temps à autres des cycles de charge/décharge complets pour que la batterie ne perde pas en capacité.

- Le temps de charge, qui dépend beaucoup du type de charge et qui est bien sûr fonction de la capacité de la batterie et de l'intensité de charge.

- Et bien sur le prix, qui peut être par élément à souder, ou sur un pack d'accus complet.

Le but n'est pas ici de parler en détail de toutes les technologies, mais de faire un point rapide. Pour plus d'informations, n'hésitez pas à aller sur le site http://www.ni-cd.net/ qui est une très bonne référence en la matière (certaines choses sur ce résumé viennent directement de là).

RAPPEL IMPORTANT : tout ces accus se recyclent. Ne les jettez jamais ! beaucoup contiennent des produits toxiques ! Ramenez-les par exemple au magasin où vous les avez achetés.

Globalement, on peut citer comme techno pour les batteries :

Maintenant qu'on a vu ceci, on va pouvoir passer à une description plus précise de ce qui nous interesse.

Les li-ion sont des accumulateurs qui peuvent exploser.

Il faut donc les manipuler avec de bonnes précautions.

Lisez bien tout ce qui suit, et ne tentez pas le diable :-P

En général, les accus disponibles dans le commerce pour les appareils électroniques ont une électronique intégrée. Cette électronique, en plus d'enregistrer des informations comme la capacité de l'accu et ses cycles de charge/décharge va aussi faire une surveillance active de l'élément en contrôlant les intensités de charge ou de décharge.

Si vous utilisez cette électronique, il n'y aura donc pas de problème. Mais sur des éléménts récupérés ou achetés sans, vous ne bénéficierez pas de cette assitance. Méfiez-vous donc !

Et même si l'électronique est là, la presse a récemment parlé d'explosions de batteries de téléphones portables (Aie l'oreille !). Il semblerait bien que certaines batteries non fabriquées par le constructeur (et moins chères) n'aient pas les garanties de qualité nécessaire. Deux précautions valent donc mieux qu'une.

Quoi qu'il arrive les accus Li-ion ne doivent jamais chaufer !

Comme dit plus haut, le li-ion a l'avantage d'avoir un excellent rapport capacité/poids par rapport aux autres technologies (enfin il faut pas rêver quand même, le 5000mAh de 20g n'est pas encore là, et on risque encore de l'attendre longtemps).

Mais il est aussi très limité en intensité.

Sur la décharge, il faut se limiter en général à 2C au maximum (et encore, on conseille plutot 1C), sous peine d'endommager l'accu (même si dans l'absolu on peut tirer beaucoup plus).

Ce qui fait une intensité qui reste faible, même si des accus de grosse capacité existent (il sont bien sûr hors de prix).

C'est donc l'une des plus grosses contraintes pours vos robots. Avec des accus de 1500mAh, vous ne pourrez tirer au maximum que 3A. Un ou deux moteurs un peu gros peuvent facilement dépasser ces valeurs, ou même une carte mère un peu gourmande. C'est en fait la 1ère chose à vérifier avant de vous lancer dans le li-ion.

En plus de la limite à 2C, il ne faut pas les décharger en dessous de 2.5V par accu ! Si ça arrive, vous aurez un bel élément conducteur, mais sans plus aucune capacité !

Un accu chargé fournit du 4,1V, et la tension décroît (apparemment de façon proportionnelle avec la charge, ce qui est très pratique pour savoir la capacité restante) jusqu'à 3V.

Il vaut mieux donc prévoir dès la conception de votre robot cette (relativement) grosse varition de tension pour chaque élément.

Note : Vous pouvez éventuellement rajouter ensuite un fusible pour éviter de griller l'accus.

Un gros avantage sur cette technologie est que, moyennant une bonne surveillance, ces accus li-ion peuvent être rechargés avec une simple alimentation stabilisée de laboratoire (comme d'autres technologies d'ailleurs).

Il faut quand même faire très attention pour éviter tout risque d'explosion !

Bien sûr, rien ne vous empêche d'acheter un chargeur spécifique (on commence à en trouver pour le modélisme) avec lequel vous serez plus tranquille. Mais ces derniers sont encore chers.

Il n'existe pas de chargeur rapide pour les Li-ion !

Par contre vous pouvez recharger sans problème des accus partiellement déchargés (pas d'effet mémoire).

La charche se fait en fait en à peu près 3 heures au minimum.

Il faut pour cela fournir une certaine tension en entrée. Cette tension ne doit en aucun cas dépasser 4,1V par élément ! Sinon c'est l'explosion ! Et il n'y a pas ici de marge qui tiennent, l'explosion peut arriver avec une très légère sur-tension. Sur certains éléments la limite est à 4,2V. Dans le doute, limitez à 4,1.

Si votre alimentation n'est pas assez précise pour assurer les 4,1V max, n'hésitez pas à viser un peu en dessous. Au pire, votre accu sera un peu moins chargé, ce qui n'est pas dramatique vu l'absence d'effet mémoire.

Il y a une première phase dans laquelle l'appel de courant de l'accu est très important. A ce moment, il faut limiter l'intensité pour ne pas l'endommager. Cette limite ne doit pas dépasser C/2 (parfois C). Ici la recharge se fait assez rapidement. Si vous êtes pressé, vous pouvez même arrêter après cette phase, vous aurez juste un accu pas complètement rechargé.

Ensuite vient la 2ème phase. L'appel de courant est de plus en plus faible, et c'est ici qu'il faut que la limitation de la tension d'entrée joue. L'accu va finir de se recharger traquillement. Il faut arrêter la charge quand l'intensité passe à 0,03C. Ne faites pas de surcharge.

Quoi qu'il arrive, l'accu ne dois pas chauffer !

Prenons un exemple. Vous avez des accus où C = 1500mAh.

Vous les branchez sur une alim stabilisée, sur laquelle vous aurez préalablement réglé la tension max à 4,1V (un peu moins) et l'intensité max à 750mA.

Tout d'abord, l'élément va tirer 750mA (avec une tension < 4,1V bien sur) sa recharge sera rapide. Ensuite la tention va augmenter petit à petit pour atteindre la limite de 4,1V. A ce moment, l'intensité va diminuer peu à peu. A 45 mA, vous arrêtez la charge.

Pour un pack d'accus, vous multipliez simplement la tension max par le nombre d'éléments (4,1*nb d'élément) et vous limitez toujours à C/2.

Ces accus supportent mal les courants d'entretient.

Pour un stockage longue durée, il faut laisser les accus chargés à 70%. Il vaut donc mieux les recharger de temps à autre.

Tout ce qui suit vient directement les idées de T-bot ! Merci à lui !

Bon en fait l'idée principale c'est de faire de la récup de batterie d'ordinateur portable (ou d'autres batteries li-ion avec beaucoup d'éléments).

Sur une batterie de portable qui ne tient plus la route (et donc que les gens ont plutot tendance à jetter, pardon à recycler) il peut y avoir un ou deux éléments qui sont HS. Mais, en bon bricoleur que vous êtes, vous allez pouvoir récupérer les autres !

Le but du jeu est donc de :

- Récupérer des batteries.

- Démonter les batteries pour récuperer les éléménts (en enlevant l'électronique, donc attention !)

- Recharger tous les éléments lentement.

- Les décharger, et vérifier les éléments qui sont encore OK.

- Recycler les éléments KO et faire des packs d'accus utilisables de ceux qui restent !

Bon, on a ici comme exemple deux modèles.

Une batterie de portable DELL, qui se prête bien à la manip, et une Sony (pas encore testée).

Dans la DELL des accus Sony à 1500mAh (14.4V en tout), ou 1800mAh (14.8V en tout). En fait la batterie indique le double ... parce que les accus sont en parallèle deux à deux (il est donc à prévoir qu'ils seront aussi flingués deux à deux ...) ! Il y a donc 8 éléments par batterie.

Dans la Sony, on trouve 4 accus Panassonic (cherchez pas) de 1400mAh, 14.8V en tout. Les accus ont la particulaté d'être plats, ce qui peut être pratique.

Les deux batteries, DELL en haut, Sony en bas

Ensuite, vous sortez votre tourne-vis le plus solide, et vous ouvrez tout ça sans abimer les accus, et vous arrachez ce qui reste d'élec. De l'élégance, du doigté, et du bourinage.

Les accus de la DELL (6 sur les 8)

On voit les 4 accus de la Sony, et leur électronique

Vous les prennez un par un, et vous les réchargez (cf plus haut) avec une limitation assez faible, par exemple C/10 et vous les laissez en charge pendant 10h. C'est évidemment assez long :)

La recharge avec l'alim.

Je mets 4.07V au lieu de 4.1 parce que je peux pas régler plus précis !

Pour faire ça facilement, je me suis bricolé une résistance de 10 ohms avec 20 (!) résistances en parallèle de 200 ohms (si je me rappelle bien de mes calculs) le tout collé sur un radiateur de PC pour ne pas que ça chauffe trop. Ok, c'est un peu bricolage, mais j'avais pas de résistance de puissance sous la main :)

Et là, vous branchez les éléments un par un là dessus (en ayant noté leur tension à vide avant, qui doit être à peu près la même pour tout le monde, cad > à 4V). Ca chauffe (sur la résistance) c'est normal ;) Ca sort à peu près 400 mA. (notez la tention en début de décharge).

Vous attendez une heure assez précisément, et vous regardez leur tension à la fin (toujours en charge). Les batteries qui répondent bien sont à garder ! Les autres, hop au recyclage.

Par exemple j'ai pour une batterie qui répond bien : 4.04V à vide, 3.91V en début de décharge et 3.62V au bout d'une heure.

Pour une qui répond mal, j'ai : 4.03V à vide, 3.82V en début de décharge et 3.26V au bout d'une heure.

"Station de décharge". Le robot surveille !

Pour faire solide, il faut :

- Coller les accus entre eux (araldite prise rapide suffit). Attention à bien les coller droits et alignés.

- Souder des cables de bonne qualité pour les mettre en série (Pas la peine de mettre une cosse super grosse parce que de toute façon vous pourrez tirer que 3A max !)

- Ensuite l'idéal c'est de mettre de la gaine thermo autours (on en trouve dans des magasins de modélisme), au pire du scotch.

- Puis un connecteur digne de ce nom (Si le connecteur n'est pas bon, avec détrompeur et tout, vous courrez droit vers de graves ennuis sur vos robots !). Toujours bien sûr femelle sur la batterie (pour éviter les court-circuits).

- Enfin n'oubliez pas de marquer clairement le type et la tension du pack d'accus !

Et voilà vos beaux packs d'accus qu'il faudra bichoner, parce que vous ferez pas ça tous les jours ;)

Le pack d'accus au final

Et bien tout ça a été utilisé sur Cnossos, qui a deux packs en série de 3 éléments chacun (ce qui fait 21,6V en tout, 1500mAh)

Pourquoi deux packs en série et pas un seul de 6 éléments ? tout simplement parce que je n'ai pas d'alim stabilisée qui fournit du 24,6V. Mais je fais quand même attention à recharger ces 2 packs de manière à peu près uniforme.

Pourquoi j'avais besoin de li-ion ?

- Tout d'abord parce que les moteurs étaient en 24V. Donc soit je prenais un pack d'accus Ni-Mh de 20 accus ! (je vous raconte pas le poids, même avec des petits) soit j'augmentais la tension (pas évident, je suis pas spécialiste en élec non plus), soit c'était du Li-ion, comme on me l'a conseillé sur le forum. Cette dernière option était la meilleure ;)

- Ensuite parce que Cnossos ne consomme pas grand chose. Un peu d'élec et deux moteurs à 0.6A max.

- Ce qui d'ailleurs me donne une autonomie de folie (pour un robot qui fait son "match" en 15s, ça lui fait une belle jambe). Même en enchaînant les démos, je peux tranquillement le recharger tous les 3 mois ...

Au final, j'avais un robot bien léger avec ses 24V, qui ne m'avait rien couté sur les accus (merci T-Bot ;) que je pouvais recharger sans chargeur (juste mon alim stabilisée de base) et en plus ça en jette de dire qu'on a des accus li-ion ;)

Donc que du bonheur ;)

Les accus DELL, Au final, c'est léger.

Mais attention, n'oubliez pas que c'est DANGEREUX !

Donc prudence :-)

Julien, pour les Fribottes.