Comment fonctionnent la série et le parallèle
Les cellules en série (S) additionnent leurs tensions ; les cellules en parallèle (P) additionnent capacité et courant. Un pack 4S2P compte quatre groupes en série, chacun formé de deux cellules en parallèle : huit cellules au total.
V = S × V_cellule Ah = P × Ah_cellule Wh = V × Ah I_max = P × I_max,cellule
Exemple avec des cellules Samsung 30Q (3 000 mAh, 15 A) : un 4S2P donne 4 × 3,6 = 14,4 V nominaux, 16,8 V en pleine charge et 10 V à la coupure de 2,5 V, 2 × 3 = 6 Ah, 14,4 × 6 = 86,4 Wh, et jusqu’à 2 × 15 = 30 A.
Configurations courantes
| Série | Nominale (3,6–3,7 V par cellule) | Pleine charge (4,2 V par cellule) | Appellation courante |
|---|---|---|---|
| 1S | 3,6–3,7 V | 4,2 V | |
| 2S | 7,2–7,4 V | 8,4 V | |
| 3S | 10,8–11,1 V | 12,6 V | 12 V |
| 4S | 14,4–14,8 V | 16,8 V | |
| 5S | 18–18,5 V | 21 V | |
| 6S | 21,6–22,2 V | 25,2 V | |
| 7S | 25,2–25,9 V | 29,4 V | 24 V |
| 10S | 36–37 V | 42 V | 36 V |
| 13S | 46,8–48,1 V | 54,6 V | 48 V |
| 14S | 50,4–51,8 V | 58,8 V | 52 V |
Cellules Li-ion : 3,6–3,7 V nominaux et 4,2 V en pleine charge. La tension de coupure va de 2,5 à 3,0 V par cellule selon le modèle ; les cellules LiFePO4 ont 3,2 V nominaux et 3,6–3,65 V en pleine charge.
BMS, chargeur et fusible
Le BMS (système de gestion de batterie) surveille chaque groupe en série et déconnecte le pack en cas de surcharge, de surdécharge, de surintensité et de court-circuit. Choisissez-le pour le même nombre de groupes en série et la même chimie, avec un courant nominal supérieur au courant maximal de votre charge. Le chargeur doit être un chargeur CC/CV réglé sur S × 4,2 V (S × 3,6–3,65 V pour le LiFePO4). Placez un fusible sur le câble principal, calibré entre le courant de votre charge et ce que supportent les cellules et les câbles.
Prendre l’avion avec un pack batterie
Règles de l’IATA pour les batteries lithium-ion de rechange transportées par les passagers : jusqu’à 100 Wh en bagage cabine ; de 100 à 160 Wh seulement avec l’accord de la compagnie aérienne et deux au maximum ; au-delà de 160 Wh, uniquement comme fret de marchandises dangereuses. Les batteries de rechange ne vont jamais en soute, et les compagnies peuvent être plus strictes. Seules les batteries d’un type testé selon l’UN 38.3 peuvent voyager, ce qui n’est généralement pas le cas d’un pack fait maison ; protégez les bornes avec du ruban ou des capuchons.
Questions fréquentes
Combien de cellules 18650 pour 12 V ?
Trois en série (3S) : 10,8–11,1 V nominaux et 12,6 V en pleine charge. Si la tension doit rester au-dessus de 12 V pendant presque toute la décharge, prenez-en quatre (4S, 14,4 V nominaux, 16,8 V en pleine charge) avec un régulateur. Ajoutez des cellules en parallèle pour gagner en capacité.
Et pour 24 V ou 36 V ?
Les appareils 24 V utilisent en général du 7S (25,2 V nominaux, 29,4 V en pleine charge) ; les packs 36 V des vélos électriques sont en 10S (36 V nominaux, 42 V en pleine charge). En LiFePO4, 4S donne 12,8 V et 8S, 25,6 V.
Comment calculer les Wh ?
Multipliez la tension nominale par la capacité en Ah. Un pack 4S2P de cellules de 3 Ah fait 14,4 V × 6 Ah = 86,4 Wh, soit aussi huit cellules de 10,8 Wh chacune.
Quel BMS choisir ?
Un BMS pour le même nombre de groupes en série et la même chimie (un BMS 4S Li-ion pour un pack 4S Li-ion), dont le courant nominal en continu dépasse le courant maximal de votre charge. Un BMS avec équilibrage maintient les groupes à la même tension.
Peut-on mélanger des cellules de capacités différentes ?
Non. En série, la plus petite cellule se vide en premier et fixe la capacité de tout le pack ; en parallèle, des cellules de type ou d’âge différents se partagent mal le courant. Utilisez des cellules du même modèle, idéalement du même lot.
18650 ou 21700 ?
Une cellule 21700 mesure 21 × 70 mm au lieu de 18 × 65 mm : 4 000–5 000 mAh au lieu de 3 000–3 500, pour environ 45 % de poids en plus. Le même pack demande moins de cellules et moins de soudures.
Pourquoi la tension chute-t-elle sous charge ?
Chaque cellule a une petite résistance interne : à fort courant, sa tension s’affaisse, puis remonte au repos. La coupure arrive donc plus tôt, et la capacité obtenue à fort courant, et par temps froid, est inférieure à la capacité nominale.