Pourquoi remplacer une batterie au plomb par une batterie au lithium ?

Les batteries au lithium sont de plus en plus utilisées en remplacement des batteries traditionnelles au plomb dans les véhicules électriques, les scooters électriques, les voiturettes de golf, les véhicules utilitaires et autres applications de mobilité électrique à basse vitesse.

Comparés aux batteries au plomb, les packs de batteries au lithium peuvent offrir une densité d'énergie plus élevée, un poids plus faible, une durée de vie plus longue et des configurations de capacité plus flexibles. Cela signifie que, lorsque le véhicule et le système de batterie sont correctement adaptés, une batterie au lithium peut fournir plus d'énergie utilisable sans augmenter significativement le poids du pack de batterie.

Par exemple, le remplacement d'un système de batterie au plomb lourd par un pack de batterie au lithium correctement conçu peut libérer un espace et un poids précieux, permettant aux fabricants de véhicules d'optimiser la capacité de la batterie et potentiellement d'augmenter l'autonomie.

Cependant, remplacer une batterie au plomb par une batterie au lithium n'est pas simplement une question de choisir une batterie de la même tension.

Le pack de batterie doit être compatible avec le système électrique du véhicule, l'espace d'installation physique, le chargeur et le système de contrôle.

Voici cinq facteurs importants à considérer.

1. Maintenir la compatibilité de la tension de la batterie avec le véhicule

La première et la plus importante considération est la tension de la batterie.

Si un véhicule électrique a été initialement conçu pour un système de batterie de 48 V, la batterie au lithium de remplacement doit normalement être conçue autour de la même tension nominale et d'une plage de tension compatible.

Par exemple :

• Système plomb-acide 36 V → Système de batterie au lithium 36 V compatible
• Système plomb-acide 48 V → Système de batterie au lithium 48 V compatible
• Système plomb-acide 60 V → Système de batterie au lithium 60 V compatible
• Système plomb-acide 72 V → Système de batterie au lithium 72 V compatible

Cependant, il est important de comprendre que la tension nominale seule n'est pas suffisante.

Les différentes chimies de batterie ont des plages de tension de fonctionnement et de charge différentes. La tension de charge complète de la batterie au lithium, la tension de décharge, les seuils de protection du BMS et la plage de tension du contrôleur du véhicule doivent tous être vérifiés avant de procéder au remplacement.

Que se passe-t-il si la tension est incorrecte ?

L'utilisation d'une batterie avec une tension trop basse peut entraîner :

• Performances réduites du véhicule
• Puissance moteur plus faible
• Protection contre sous-tension du contrôleur
• Autonomie de conduite utilisable réduite

L'utilisation d'une batterie avec une tension trop élevée peut causer :

• Surtension du contrôleur
• Stress électrique excessif
• Problèmes de compatibilité moteur/contrôleur
• Dommages potentiels aux composants électroniques

Par conséquent, la compatibilité de la tension doit toujours être confirmée avant de remplacer une batterie au plomb par du lithium.

2. Vérifier les dimensions du compartiment de la batterie

Le deuxième facteur important est la taille physique du pack de batterie.

L'un des principaux avantages des batteries au lithium est leur densité d'énergie plus élevée. Cependant, l'espace d'installation disponible détermine toujours la taille du pack de batterie.

Avant de commander une batterie de remplacement, mesurez :

• Longueur du compartiment de la batterie
• Largeur du compartiment de la batterie
• Hauteur du compartiment de la batterie
• Position de montage
• Position de sortie du câble
• Emplacement du connecteur
• Dégagement autour de la batterie
• Points de fixation

Il est également important de laisser suffisamment d'espace pour l'installation, la protection contre les vibrations, le routage des câbles et la gestion thermique.

Choisir simplement la batterie de plus grande capacité qui peut théoriquement s'adapter au compartiment n'est pas toujours la meilleure solution.

Par exemple, un pack de batterie qui s'adapte avec un dégagement quasi nul peut être difficile à installer et à retirer, tandis qu'une compression excessive ou des contraintes mécaniques doivent être évitées.

Les packs de batteries au lithium personnalisés peuvent résoudre les limitations d'espace

Pour les applications OEM, un pack de batterie au lithium n'a pas toujours à suivre une conception rectangulaire standard.

Les cellules de batterie peuvent être disposées dans différentes configurations pour créer un pack personnalisé qui correspond à l'espace disponible du véhicule.

Ceci est particulièrement utile pour :

• Scooters électriques
• Voiturettes de golf
• AGV et AMR
• Véhicules robotisés
• Véhicules utilitaires électriques
• Équipements de jardin électriques
• Véhicules industriels

Chez CLF, les dimensions des packs de batteries, la configuration des cellules, les connecteurs, le BMS et les interfaces de communication peuvent être personnalisés selon les exigences de l'application.

3. Utiliser un chargeur conçu pour la batterie au lithium

Une batterie au lithium doit être chargée à l'aide d'un chargeur compatible avec la chimie spécifique de la batterie et la tension du pack de batterie.

Les batteries au plomb et au lithium ont des caractéristiques de charge différentes. Par conséquent, le chargeur au plomb d'origine ne doit pas être réutilisé automatiquement simplement parce que sa tension de sortie semble similaire.

Pour un système de batterie au lithium, le chargeur doit être adapté à :

• Chimie de la batterie
• Tension nominale de la batterie
• Tension de charge complète
• Courant de charge recommandé
• Spécifications du BMS
• Exigences de température de charge

Par exemple, un pack de batterie LiFePO4 et un pack de batterie au plomb peuvent avoir des exigences de tension de charge différentes, même si les deux systèmes sont couramment appelés "48V".

Le chargeur et le BMS doivent fonctionner ensemble

Un système de batterie au lithium correctement conçu comprend normalement à la fois :

Batterie + BMS + chargeur compatible

Le BMS assure la protection de la batterie, tandis que le chargeur contrôle le processus de charge selon le profil de tension et de courant requis par la batterie.

Pour les projets OEM, nous recommandons d'évaluer la batterie, le BMS, le chargeur et le contrôleur du véhicule comme un système complet, plutôt que de traiter la batterie comme un composant isolé.

4. Choisir la bonne chimie de batterie au lithium

Toutes les batteries au lithium ne sont pas identiques.

Deux chimies d'ions lithium couramment utilisées pour les applications de mobilité électrique sont :

LiFePO4 – Phosphate de fer et de lithium

Les batteries LiFePO4 sont largement utilisées lorsque la sécurité, la durée de vie et la durabilité sont importantes.

Les avantages typiques incluent :

• Bonne stabilité thermique
• Longue durée de vie
• Chimie stable
• Bonnes caractéristiques de sécurité
• Adapté aux applications de charge/décharge fréquentes

Cela fait du LiFePO4 une option populaire pour de nombreuses applications de véhicules électriques et industriels.

NMC – Nickel Manganèse Cobalt

Les batteries NMC offrent généralement une densité d'énergie plus élevée que le LiFePO4 et peuvent être utiles lorsque le poids et l'espace disponible sont des contraintes de conception majeures.

Selon l'application, le NMC peut être envisagé pour :

• Véhicules électriques compacts
• Équipement portable
• Robotique
• Applications avec des limitations de poids strictes

Cependant, la chimie de la batterie ne doit pas être sélectionnée uniquement sur la base de la densité d'énergie.

Le bon choix dépend de :

Densité d'énergie + sécurité + durée de vie + température de fonctionnement + exigences de puissance + espace disponible + coût.

Pour cette raison, une conception professionnelle de pack de batterie est importante lors de la conversion d'un véhicule électrique du plomb au lithium.

5. S'assurer que la batterie au lithium dispose d'un BMS approprié

Un Système de Gestion de Batterie (BMS) est l'un des composants les plus importants d'un pack de batterie au lithium.

Contrairement à un système de batterie au plomb traditionnel, les packs de batteries au lithium nécessitent une protection et une surveillance électroniques appropriées.

Un BMS peut surveiller des paramètres tels que :

• Tension des cellules
• Tension du pack
• Courant de charge
• Courant de décharge
• Température des cellules
• Température de la batterie
• État de charge (SOC)
• Surtension
• Sous-tension
• Surintensité
• Conditions de court-circuit

Selon la conception de la batterie, le BMS peut également fournir des fonctions supplémentaires telles que :

• Équilibrage des cellules
• Communication via CAN
• Communication RS485
• Communication UART
• Surveillance Bluetooth
• Détection de défauts
• Enregistrement des données

Par exemple, un véhicule électrique OEM peut nécessiter que la batterie communique avec le contrôleur du véhicule via CAN ou RS485. Dans ce cas, le BMS doit être sélectionné et configuré en conséquence.

Par conséquent, la sélection du BMS doit être basée sur les exigences électriques et de communication réelles du véhicule, plutôt que de simplement choisir un BMS en fonction de la capacité de la batterie.

Batterie au plomb vs. Batterie au lithium : Que faut-il considérer ?

Les performances réelles dépendent de la chimie de la batterie, de la qualité des cellules, de la conception du pack, des conditions de fonctionnement et du système du véhicule.

Une batterie au lithium peut-elle doubler l'autonomie d'un véhicule électrique ?

Remplacer une batterie au plomb par du lithium ne double pas automatiquement l'autonomie du véhicule.

L'autonomie de conduite dépend de nombreux facteurs, notamment :

• Tension de la batterie
• Capacité de la batterie
• Énergie utilisable
• Poids du véhicule
• Efficacité du moteur
• Efficacité du contrôleur
• Vitesse de conduite
• Terrain
• Charge utile
• Pression des pneus
• Température ambiante
• Conditions de conduite

Par exemple, une batterie de 48 V 100 Ah a environ :

48 V × 100 Ah = 4,8 kWh d'énergie nominale

Un pack de batterie au lithium correctement conçu avec une capacité utilisable plus grande peut fournir plus d'énergie disponible tout en réduisant potentiellement le poids de la batterie.

Par conséquent, au lieu de promettre une "autonomie 2x" fixe, il est techniquement plus précis de dire qu'une batterie au lithium peut fournir une énergie utilisable considérablement plus grande et permettre une autonomie de conduite plus longue lorsque le système du véhicule est correctement conçu autour d'elle.

La conception professionnelle de packs de batteries au lithium est importante

Remplacer une batterie au plomb par du lithium est plus qu'un simple changement de chimie de batterie.

Un projet de remplacement complet devrait considérer :

Chimie de la batterie → Configuration des cellules → Tension → Capacité → BMS → Chargeur → Contrôleur → Connecteurs → Dimensions mécaniques → Communication → Protection → Certification

Pour les fabricants OEM, ces exigences peuvent varier d'un véhicule à l'autre.

Un pack de batterie standard peut fonctionner pour une application mais pas pour une autre.

C'est là qu'un fournisseur de packs de batteries au lithium personnalisés peut apporter de la valeur.

Solutions de batteries au lithium personnalisées CLF

CLF se spécialise dans les packs de batteries au lithium personnalisés et les cellules de batterie pour les applications OEM.

Nous pouvons prendre en charge des solutions de batterie personnalisées basées sur les exigences de votre véhicule et de votre équipement, notamment :

• Tension et capacité personnalisées
• Packs de batteries LiFePO4 et NMC
• Dimensions de batterie personnalisées
• BMS personnalisé
• Communication CAN / RS485 / UART
• Surveillance Bluetooth
• Équilibrage des cellules
• Connecteurs personnalisés
• Solutions de charge
• Développement de prototypes
• Conception de packs de batteries OEM/ODM
• Tests et validation de batteries

Que vous remplaciez une batterie au plomb dans un véhicule existant ou que vous développiez un nouveau produit de mobilité électrique, notre équipe d'ingénieurs peut vous aider à évaluer les exigences électriques, mécaniques et de gestion de batterie avant de sélectionner la configuration finale de la batterie.

Conclusion

Remplacer une batterie au plomb par une batterie au lithium peut apporter des avantages significatifs, notamment un poids plus faible, une densité d'énergie plus élevée, une durée de vie plus longue et une plus grande flexibilité dans la capacité et la conception de la batterie.

Cependant, une conversion sûre et fiable nécessite plus que le simple choix d'une batterie au lithium avec la même capacité en Ah.

Les cinq facteurs clés sont :

1. Assurer la compatibilité de la tension
2. Vérifier les dimensions du compartiment de la batterie
3. Utiliser un chargeur de batterie au lithium compatible
4. Sélectionner la chimie au lithium appropriée
5. Utiliser un BMS correctement conçu

Pour les applications OEM, la batterie doit être évaluée dans le cadre du système électrique complet du véhicule.

Vous recherchez un pack de batterie au lithium personnalisé pour votre véhicule électrique ? Contactez CLF avec vos exigences de tension, de capacité, de dimensions, de courant de décharge et de communication. Notre équipe d'ingénieurs peut vous aider à développer une solution de batterie basée sur votre application.