Les accumulateurs utilisés dans les lampes rechargeables en 2018

Quels sont les accumulateurs utilisés dans les lampes rechargeables en 2018 ?

Les accumulateurs se distinguent des piles par leurs capacités à être rechargés. Ces systèmes sont dits réversibles et peuvent restituer une majeure partie de l'énergie accumulée lors de la charge. Les accumulateurs sont des générateurs électrochimiques. Les accumulateurs présentaient avant l'arrivée de la technologie Li-ion et LFP une plus faible densité d’énergie et des pertes au court du temps plus importantes que les piles.

Les accumulateurs peuvent être associés dans les lampes en série ou parallèles afin de créer des batteries de capacité plus élevée et de tension nominale adaptée à l'électronique de commande de la source lumineuse.

Il existe d’autres moyens de stockage de l’énergie comme les super-condensateurs ou les piles à combustible. Si ces dernières sont adaptées pour les véhicules automobiles et les vaisseaux spatiaux, il ne semble pas envisageable de les employer à moyen terme comme source d'énergie pour les lampes et phares portables.

Les super condensateurs présentent une qualité qui manque encore aux accumulateurs : la possibilité d'une recharge ultra-rapide. Nous pouvons donc espérer que certains fabricants envisagent des torches à super condensateurs adaptées à un usage de courte durée.

Majoritairement des accumulateurs Li-ion

Les batteries Li-ion sont aujourd'hui généralisées chez les fabricants retenus par Elumeen.
Que ce soit chez Olight, Ledlenser, Lupine, Peli, Nitecore, les batteries des lampes frontales et des torches sont dotées en 2018 de la technologie Li-ion.
Les accumulateurs cylindriques 18650 se sont généralisés. La capacité massique de ces accumulateurs a énormément augmenté ces dernières années. Il est ainsi possible d'utiliser des accumulateurs qui sont capables de délivrer 3400 mAh. Dans le même temps les coûts unitaires ont baissé du fait de la production qui c'est généralisée : pour mémoire Tesla utilise aujourd'hui des accumulateurs 18650 pour ses voitures électriques.

Certains phare de travail de très grande puissance et capacité utilisent des batteries au plomb gélifié qui assurent une autonomie importante avec comme contre partie un poids important compensé par le fait que ce matériel est transportable mais non portable. 

Capacités massiques, énergie spécifique théorique et pratique comparée des piles et accumulateurs :

	Piles alcalines	Piles lithium	Accumulateur au plomb	Accumulateur Ni-Cd	Accumulateur Ni-MH	Accumulateur lithium-ion
Capacité massique théorique (Ah/kg)	224	230	120	181	178	100
Énergie spécifique théorique (Wh/kg)	347	1001	252	244	240	410
Énergie spécifique pratique (Wh/kg)	145	230	30-50	45-80	60-110	200-300

Les accumulateurs Li-ion présentent aujourd'hui une densité d'énergie aussi importante voire supérieure à celle des piles lithium. Ces dernières présentent une caractéristique importante pour les éclairage destiné aux secours (nautisme, alpinisme, industrie) : elle peuvent être conservées pendant dix ans.

Durée de vie comparée des accumulateurs

	Accumulateur au plomb	Accumulateur Ni-Cd	Accumulateur Ni-MH	Accumulateur Lithium-ion
Nombre de cycle de charge et de décharge maximal	500-1200	2000	1500	1200
Autodécharge par mois à température ambiante	5 %	>20%	>30%	2 %
Durée de vie moyenne (en année)	3-6	8-25	2-5	5+
Effet mémoire	Oui	Oui	Oui	non

Les accumulateurs Li-ion présentent une durée de vie qui peut dépasser 5 ans. Le taux d'autodécharge est très faible et cette technologie ne présente pas d'effet mémoire. Les lampes rechargeables peuvent ainsi être rechargées même si elles sont encore partiellement chargées. Ceci simplifie énormément la gestion des accumulateurs quand le parc de lampe rechargeable est important.

NB : en cas de stockage prolongé (jusqu'à 6 mois) d'un accumulateur Li-ion nous recommandons de maintenir une charge de l'ordre de 75% qui améliorera la durée de vie de votre accumulateur.

Evolution des accumulateurs au Lithium : Li-Po et LFP

Deux technologies commencent à être utilisées dans les lampes proposées par Elumeen : Les accumulateurs Lithium Fer Phosphate proposés pour la première fois dans la lampe torche rechargeable X21R2 Ledlenser et la technologie Lithium-Polymère utilisée dans les appareils portables les plus évolués.

La technologie d'accumulateurs Lithium Fer Phosphate (LiFePO4) aussi appelés LFP utilisés sur les dernières générations d'appareils autonomes offre de nombreux avantages par rapport à la technologie de batteries Li-ion au Lithium Dioxyde de cobalt (LiCoO2) que l’on retrouve aujourd’hui dans la majorité des appareils électroniques : smartphones, tablettes, ordinateurs portables, téléphones mobiles. 

		Lithium ion Li-ion (NMC)	Lithium polymère Li-Po	Lithium fer phosphate LiFePO4
Energie stockée	Wh/kg décharge rapide en 30 minutes	190	150	120
Durée de vie	Nbre de cycle	300 à 500	300 à 400	2000
Coûts	en € par Wh	0,65 €	0,7 €	0,9 €
Dangerosité		Risques d’explosion et d’incendie	Risques d’incendie	Dégagement de chaleur

Les accumulateurs LiFePO4 supportent théoriquement jusqu'à 3000 cycles de recharge. Dans la pratique ils couvrent sans difficulté 2000 cycles. Leur durée de vie peut ainsi atteindre ainsi 10 ans ce qui compense largement le surcoût de cette technologie. De plus, la résistance interne diminue au lieu d'augmenter avec le vieillissement ce qui permet de maintenir les performances des lampes.

Les batteries LFP n'ont pas d'effet mémoire. Elles supportent des courants de charge et de décharge élevés ce qui leur permet de fournir beaucoup de puissance en peu de temps et d'être rechargées rapidement. C’est pourquoi ces batteries sont aujourd'hui principalement utilisées en robotique et dans les véhicules hybrides.

Le risques d'incendie par court-circuit interne est plus faible que pour les accumulateurs Li-ion et les batteries lithium fer phosphate peuvent être utilisées jusqu'à une température de 70°C. Les lampes torches ainsi équipées résisterons à des contraintes d'environnement plus sévères. Elles sont donc parfaitement adaptées pour une utilisation sur des chantiers, pour assurer la sécurité des biens et des personnes ainsi que dans l’industrie.

Quels éclairages portatifs proposés par Elumeen utilisent des accumulateurs LFP ?

Elumeen commercialise depuis plusieurs années des lampes torches rechargeables de la marque Ledlenser qui mettent en oeuvre des accumulateurs LFP sous la dénomination commerciale Safety Ytrion Cell

• Phare autonome longue portée LED LENSER X21R2 3200 lumens
• Lampe torche rechargeable LED LENSER M17-R 850 lumens
• Lampe torche professionnelle LED LENSER P17-R 400 lumens

Nouveaux accumulateurs pour les professionnels

Les accumulateurs LFP

La technologie d'accumulateurs ou de batteries lithium fer phosphate (LiFePO4) aussi appelés LFP utilisés sur les dernières générations d'appareils autonomes offre de nombreux avantages par rapport à la technologie de batteries Li-ion au Lithium Dioxyde de cobalt (LiCoO2) que l’on retrouve aujourd’hui dans la majorité des appareils électroniques : smartphones, tablettes, ordinateurs portables, téléphones mobiles, lampes torches et frontales, phares de travail, etc.

Apparue récemment en 2007, les batteries LFP sont susceptibles à termes de remplacer les batteries Li-ion pour un grand nombre de leurs applications.

Un accumulateur LiFePO4 a une cathode en phosphate de fer lithié.  Cette technologie était jusqu'ici utilisée en robotique et dans les véhicules hybrides pour la grande quantité d’énergie stockée pour une taille réduite. Un accumulateur lithium fer phosphate permet d'assurer 3000 cycles de charge ce qui permet d'envisager une utilisation de la batterie pendant 10 ans.

Par rapport aux batteries Li-ion classiques, les premières batteries LiFePO4 avaient une densité d'énergie légèrement inférieure qui reste cependant 3 fois supérieure à celle d'une batterie au plomb. Désormais la densité d'énergie est similaire voire supérieure. Les batteries LFP supportent beaucoup plus de cycles de recharge ce qui autorise une grande longévité. La résistance interne diminue au lieu d'augmenter avec le vieillissement ce qui permet de maintenir les performances des appareils qui utilisent ces batteries.

Il n'est pas nécessaire d'assurer des cycles charges complets. Les batteries LFP n'ont pas d'effet mémoire. Elles supportent des courants de charge et de décharge élevés ce qui leur permet de fournir beaucoup de puissance en peu de temps et d'être rechargées rapidement.
Le risques d'incendie par court circuit interne est plus faible que pour les accumulateurs Li-ion et les batteries lithium fer phosphate peuvent être utilisées jusqu'à une température de 70°C.
La tension est stable pendant toute la décharge ce qui permet d'optimiser la durée d'utilisation des appareils nomades. Enfin elles sont moins polluantes que leurs homologues au Lithium et peuvent aussi être stockées sur une plus longue période

Synthèse des avantages de la technologie des batteries au lithium fer phosphate

Sécurité : Les batteries sont moins sensibles aux court-circuits interne n’explosent pas en cas de charge prolongée ou de surcharge

Fiabilité : Les batteries LiFePO4 supportent plus de 2 000 à 3 000 cycles de charge et de décharge alors que les batteries conventionnelles ne supportent que 300 cycles en moyenne.

Légèreté : Pour une capacité équivalent, les batteries LiFePO4 pèsent trois fois moins que les batteries Plomb.

Impact Environnemental : Les composants chimiques utilisés dans la fabrication des batteries LiFePO4 sont moins polluants que ceux qui sont utilisés dans les autres technologies. Les batteries LiFePO4 sont plus écologiques que leurs homologues.

Facilité de stockage : Les batteries LiFePO4 peuvent être stockées durant une longue période même si elles sont partiellement déchargées contrairement aux batteries conventionnelles qui nécessitent d’être pleinement rechargées très régulièrement et de façon fréquente. Le taux d’auto décharge des batteries LiFePO4 est très faible comparé à celui des batteries conventionnelles.

Entretien minimal : Les batteries LiFePO4 ne nécessitent aucun entretien.

Facilité d’utilisation : Les batteries LiFePO4 peuvent être utilisées dans n’importe quelles positions.

Chargement rapide : Les batteries LiFePO4 se rechargent très rapidement – environ 15 minutes suffisent pour les recharger à 90% de leur capacité. La technologie LiFePO4 permet un chargement beaucoup plus rapide des batteries, ainsi qu’un niveau de décharge beaucoup plus important – la quasi-totalité de l’énergie stockée dans les batteries LiFePO4 peut être utilisée contrairement aux batteries utilisant d’autres technologies.

Température d'utilisation : les batteries LiFePO4 supportent des températures ambiantes très élevées (supérieures à 70 °C) ce qui permet une utilisation dans un environnement thermique contraignant.

Quels équipements utilisent aujourd'hui des accumulateurs LFP 

Elumeen commercialise met à disposition des professionnel des lampes torches rechargeables de la marque LED LENSER qui mettent en oeuvre des accumulateurs LFP :
Phare autonome longue portée LED LENSER X21R2 3200 lumens
Lampe torche rechargeable LED LENSER M17-R 850 lumens
Lampe torche professionnelle LED LENSER P17-R 400 lumens

Led Lenser utilise une denomination pour les accumulators LFP : Safety Ytrion Cell