Dans nos shacks, la bonne vieille alimentation secteur 13,8 V est de plus en plus souvent épaulée par une batterie. Alimentation de secours, fonctionnement autonome, station portable, solaire ou simplement envie de rester à l’antenne pendant une coupure : les raisons ne manquent pas.
Mais installer 50 ou 100 Ah sous la table n’est pas anodin. Une batterie LiFePO₄ de 12,8 V et 100 Ah stocke environ 1,28 kWh et peut fournir un courant de court-circuit considérable.
Entre lithium-ion, LiFePO₄ et désormais sodium-ion, quelle technologie choisir si notre priorité est la sécurité ?
LiFePO₄ : c’est aussi du lithium-ion !
Commençons par lever une ambiguïté. Le terme lithium-ion désigne une famille de technologies, dont le LiFePO₄ fait lui-même partie.
Dans cet article, lorsque nous parlerons de « Li-ion classique », nous désignerons essentiellement les chimies NMC (nickel-manganèse-cobalt) et NCA (nickel-cobalt-aluminium), très répandues dans les appareils portables et véhicules électriques.
Nous comparerons donc trois familles :
- Li-ion NMC/NCA ;
- LiFePO₄, également appelé LFP ;
- sodium-ion, ou Na-ion.
Toutes fonctionnent sur un principe électrochimique comparable : des ions circulent entre deux électrodes pendant la charge et la décharge.
Li-ion, LiFePO₄ et sodium-ion : trois chimies aux caractéristiques et niveaux de sécurité différents.
Pourquoi une batterie peut-elle prendre feu ?
Le phénomène le plus redouté est l’emballement thermique.
Une cellule défectueuse, surchargée, fortement chauffée ou victime d’un court-circuit interne peut commencer à produire davantage de chaleur qu’elle ne peut en évacuer. Cette température accélère les réactions chimiques internes qui produisent à leur tour encore plus de chaleur.
On obtient alors une réaction en chaîne pouvant conduire à un dégagement de gaz, une rupture de la cellule et éventuellement un incendie.
La chimie employée joue donc un rôle majeur, mais elle n’est qu’une partie du problème. Le BMS, le chargeur, les protections électriques et la qualité de fabrication du pack sont tout aussi importants.
Li-ion NMC/NCA : beaucoup d’énergie dans peu d’espace
Le principal avantage des cellules NMC et NCA reste leur densité énergétique élevée. Pour une même quantité d’énergie, la batterie peut être plus petite et plus légère.
C’est particulièrement intéressant dans un ordinateur, un véhicule ou une station portable.
En revanche, leur stabilité thermique est généralement moins favorable que celle du LiFePO₄. Lorsqu’un emballement thermique se produit, les températures atteintes et l’énergie libérée peuvent être importantes.
Pour une station portable où chaque gramme compte, le NMC garde donc des arguments. Pour une batterie de 100 Ah restant toute l’année sous la table du shack, son avantage de poids devient beaucoup moins déterminant.
LiFePO₄ : le favori actuel du radioamateur
Le lithium-fer-phosphate possède une cathode particulièrement stable. Cette chimie résiste mieux aux températures élevées et présente généralement un risque d’emballement thermique inférieur à celui des cellules NMC/NCA.
Attention cependant à une idée reçue : une batterie LiFePO₄ n’est pas incombustible.
Elle contient toujours beaucoup d’énergie et généralement un électrolyte organique inflammable. Un défaut important peut donc provoquer échauffement, dégagement gazeux ou incendie.
Le LFP possède cependant un autre énorme avantage pour nous : sa tension.
Une cellule fournit environ 3,2 V nominalement. Quatre cellules en série donnent donc :
4 × 3,2 = 12,8 V.
Nous sommes pratiquement dans l’environnement électrique naturel de nos équipements radio prévus pour fonctionner autour de 13,8 V.
Ajoutons une bonne durée de vie, plusieurs milliers de cycles pour de nombreuses batteries correctement utilisées, de forts courants disponibles et une offre désormais très importante de batteries 12,8 V.
Pour le shack, le LiFePO₄ constitue donc aujourd’hui un compromis particulièrement séduisant.
Sodium-ion : le nouveau venu
Voici maintenant le concurrent qui commence sérieusement à faire parler de lui : le sodium-ion.
Son fonctionnement ressemble à celui d’une batterie lithium-ion, mais les ions lithium sont remplacés par des ions sodium.
Le sodium est abondant et largement disponible. Cette technologie peut également offrir de très bonnes performances à basse température et réduire la dépendance à certaines matières premières critiques.
Les progrès sont rapides. Les meilleures cellules sodium-ion approchent désormais des densités énergétiques qui commencent à concurrencer le LFP.
Mais attention à un raccourci fréquent :
sodium-ion ne signifie absolument pas « batterie remplie d’eau salée ».
De nombreuses cellules Na-ion utilisent elles aussi des électrolytes organiques. Des études expérimentales ont montré qu’elles peuvent également connaître des dégagements gazeux, des températures élevées et, dans certaines conditions, un emballement thermique.
Leur comportement dépend beaucoup de la cathode, de l’électrolyte et de la conception de la cellule.
Le sodium-ion paraît donc très prometteur pour le stockage stationnaire, mais il serait prématuré d’affirmer que toutes les batteries sodium-ion sont plus sûres que le LiFePO₄.
Li-ion, LiFePO₄ et sodium-ion : performances, durée de vie et maturité comparées.
Et pour nos 13,8 V ?
C’est ici que le LiFePO₄ marque encore des points.
| Technologie | Tension cellule typique | Adaptation au shack |
|---|---|---|
| NMC/NCA | 3,6 à 3,7 V | Moyenne |
| LiFePO₄ | ≈ 3,2 V | Excellente en 4S |
| Sodium-ion | ≈ 3 V, variable | Dépend des cellules |
Contrairement au LFP relativement standardisé dans son utilisation en « 12 V », les caractéristiques des cellules sodium-ion actuellement disponibles peuvent varier sensiblement.
Il ne faut donc jamais appliquer automatiquement le chargeur ou les réglages d’une LiFePO₄ à une batterie sodium-ion.
Le véritable gardien : le BMS
Une bonne chimie ne dispense jamais d’un Battery Management System.
Le BMS doit notamment surveiller :
- la tension de chaque cellule ;
- la surcharge et la décharge excessive ;
- le courant maximal ;
- les courts-circuits ;
- les températures ;
- l’équilibrage des cellules.
Certaines batteries empêchent également la charge lorsque la température est trop basse, fonction particulièrement importante avec le LiFePO₄.
Une excellente cellule associée à un mauvais BMS peut donc constituer une très mauvaise batterie.
N’oublions surtout pas le fusible !
Une batterie 12,8 V / 100 Ah représente :
12,8 × 100 = 1 280 Wh.
Mais lors d’un court-circuit, le danger immédiat vient surtout de l’intensité considérable que certaines batteries peuvent fournir.
Un câble trop fin peut alors devenir une véritable résistance chauffante.
Dans un shack, on prévoira donc un fusible placé aussi près que possible de la borne positive, des conducteurs correctement dimensionnés, des connecteurs prévus pour le courant utilisé et, idéalement, un dispositif permettant d’isoler rapidement la batterie.
Le BMS ne remplace pas ce fusible.
Batterie, BMS, fusible et coupe-batterie : les bases d’une alimentation 13,8 V sûre pour le shack.
Quelle valeur pour le fusible ?
Le fusible protège avant tout le câblage contre les surintensités et les courts-circuits. Son calibre doit être légèrement supérieur au courant maximal normalement consommé par l’installation, sans jamais dépasser ce que peuvent supporter les câbles, connecteurs et éléments de distribution. Une règle pratique consiste à prendre environ 125 % du courant maximal : une station consommant 22 A conduira ainsi à choisir généralement un fusible de 30 A, si le câblage le permet. Pour plusieurs appareils, on additionnera les consommations susceptibles d’être simultanées. Enfin, le fusible principal sera installé au plus près de la borne positive de la batterie ; chaque départ pourra ensuite disposer de sa propre protection adaptée.
Alors, laquelle choisir ?
Si notre critère principal est la sécurité d’une installation radioamateur fixe, le classement actuel paraît assez clair.
Le NMC/NCA reste imbattable lorsque masse et encombrement sont prioritaires. Il convient donc très bien aux applications portables, à condition de disposer d’un pack de qualité correctement protégé.
Le sodium-ion est probablement la technologie à surveiller. Son potentiel pour le stockage stationnaire est considérable et son comportement au froid est particulièrement intéressant. Mais l’offre reste encore jeune et toutes les chimies Na-ion ne présentent pas les mêmes caractéristiques.
Pour un shack fonctionnant en 12/13,8 V, le LiFePO₄ reste aujourd’hui notre choix privilégié : bonne stabilité thermique, technologie éprouvée, longue durée de vie, tension parfaitement adaptée et large disponibilité de batteries équipées d’un BMS.
Pas parce qu’une LiFePO₄ serait impossible à faire brûler, mais parce qu’elle offre actuellement l’un des meilleurs compromis entre sécurité, simplicité, performances et maturité.
Et finalement, la batterie la plus sûre restera toujours celle qui possède un bon BMS, un chargeur adapté, un fusible correctement dimensionné, un câblage sérieux et une installation propre.
La chimie fait beaucoup… mais elle ne peut pas corriger un mauvais câblage !
