Les courbes de cycles que les assembleurs ne publient pas

« La fiche annonce 6 000 cycles, c’est écrit noir sur blanc. »

Elle l’écrit, oui. Le problème n’est pas là. Un nombre de cycles est un point relevé sur une courbe, et une courbe ne se lit qu’avec ses conditions : à quelle température, à quel régime, sous quelle contrainte mécanique, et surtout jusqu’à quel niveau de capacité restante on a continué à compter avant de s’arrêter. Retirez ces quatre lignes et il reste un chiffre publicitaire.

J’ai passé une soirée à chercher qui publiait ces quatre lignes. La réponse m’a surpris : personne dans la vanlife française, et à peu près tous les industriels un cran en amont. Fogstar, BullTron, Renogy et Victron n’ont jamais fabriqué une seule cellule. Ils les achètent à EVE, à CATL, à Lishen, à Hithium, et ces fabricants-là publient de vraies fiches, de vingt à quarante pages, conditions d’essai comprises. C’est là qu’il faut aller.

Poste

Lecture des données de vieillissement publiées sur les cellules LiFePO4 et sur les batteries assemblées à partir de ces cellules

Matériel monté

Aucun. Je n'ai ni banc de cyclage ni enceinte climatique, et pas une des valeurs qui suivent n'a été mesurée chez moi. Ce qui est de moi, ce sont les lectures et deux divisions, signalées comme telles.

Matériel documenté, pas monté

Cellules EVE LF105, LF280K et LF304 ; batteries Fogstar Drift 300 Ah et Drift PRO ; Victron LFP-Smart 12,8/100 et AGM Deep Cycle ; cellules Hithium de la page produit du fabricant. Tout vient des documents listés en bas de page.

Coût

Rien. Les fiches de cellules sont hébergées en clair par les revendeurs de cellules nues, qui n'ont aucune raison de les cacher. Les normes, elles, sont payantes : on cite leur référence et leur sommaire, pas leur contenu.

Temps de pose

Sans objet. Compter une soirée pour identifier la cellule qui se trouve dans le boîtier qu'on vise, puis retrouver sa fiche.

Outillage

Un lecteur de PDF, et la référence exacte de la cellule. C'est cette référence qui manque le plus souvent.

Difficulté

★★★☆☆ · trouver les documents prend dix minutes, les comparer entre eux prend la soirée

Le comptage s’arrête quelque part, et c’est ça, la donnée

Une cellule ne meurt pas. Elle se dégrade, et quelqu’un décide à partir de quel seuil on considère qu’elle est finie. Ce seuil, c’est le critère de fin de vie, et il commande entièrement le nombre affiché.

EVE l’écrit en toutes lettres dans la fiche de la LF304, référence LF304-72174, version B du 07/05/2020, pour définir son essai : « end with the capacity decrease to 80% of the initial capacity. The number of cycles is defined as the cycle life of the battery. » On cycle jusqu’à ce que la capacité soit tombée à 80 % de l’initiale, et le nombre de tours accomplis est le résultat. Une phrase de vingt-trois mots. Elle manque à toutes les pages françaises que j’ai lues.

Le même document range ailleurs un second seuil, qui n’a rien à voir : « End of Life Management, Capacity/Typical Capacity 70 % », avec la consigne d’arrêter d’utiliser la cellule au-delà. Deux nombres, deux fonctions. 80 % arrête le chronomètre en laboratoire, 70 % arrête l’usage sur le terrain.

Version B de février 2023, la fiche de la LF280K en ajoute un troisième, et c’est le plus dur : la cellule ne doit plus servir dès que sa résistance interne dépasse 150 % de sa valeur initiale, ou que sa capacité passe sous 60 % du nominal. Trois seuils dans deux documents du même fabricant, chacun à sa place.

Côté plomb, Victron donne le sien, mais pas là où on le chercherait. Pas sur la fiche produit : dans son ouvrage Energy Unlimited, signé Reinout Vader, révision 9 de juin 2011, section 2.5.5. « Batteries are considered to have reached the end of their service life when the capacity they can hold has reduced to 80% of the rated capacity. » Voilà pourquoi les 400 cycles à 80 % de décharge de la gamme AGM Deep Cycle veulent dire quelque chose, et pourquoi comparer une AGM et une LiFePO4 sur leur seul nombre de cycles a un sens à condition de vérifier que les deux s’arrêtent au même endroit.

La même cellule, deux températures, la moitié des cycles

Voilà ce que les fiches de cellules ajoutent et que les fiches de batteries suppriment.

Deux lignes méritent qu’on s’arrête. La LF105 tient 4 000 cycles à 25 °C et 2 000 à 45 °C. Même cellule, même profondeur, même critère d’arrêt : la moitié. Sur la LF304, c’est 3 500 contre 1 800. Vingt degrés d’ambiante coûtent donc autant que doubler la profondeur de décharge, et je n’ai jamais lu ça nulle part en français.

Ça change où l’on met le coffre. Une batterie logée contre une cloison de soute exposée plein sud en Espagne, ou à cinquante centimètres d’un chauffage, ne fait pas le même nombre de cycles que la même batterie sous une banquette au nord. Le froid, lui, ne coûte pas de cycles : il coûte de la capacité sur le moment. EVE déclare pour la LF105 une capacité résiduelle supérieure ou égale à 85 % à 0 °C et à 75 % à −20 °C, et pour la LF304 supérieure ou égale à 70 % à −20 °C. La LF280K, elle, est cotée en énergie : à 5 °C, elle rend au moins 80 % de l’énergie de calibration en décharge et en accepte au moins 90 % en charge.

Un mot sur la ligne Fogstar, sans quoi la comparaison serait malhonnête. Fogstar annonce « over 4500 cycles at 80% depth of discharge », donc à 80 % de profondeur, tandis qu’EVE mesure la LF304 sur la fenêtre complète 2,5 à 3,65 V, plus dure. Les deux nombres peuvent parfaitement coexister. Ce qui disparaît en route, ce sont les cinq colonnes qui rendent la valeur lisible.

Les trois cents kilos qui fabriquent le chiffre

Cette condition-là m’a fait relire trois fois. Les trois fiches EVE mesurent leurs cycles avec la cellule serrée sous 300 kgf ± 20 kgf, soit environ 2 940 newtons, l’équivalent de trois cents kilos posés sur la grande face. Le montage d’essai est décrit : deux plaques d’acier de 10 mm couvrant les grandes faces, six boulons M6.

Ce serrage fabrique une partie du chiffre. La cellule gonfle en vieillissant, et EVE chiffre le gonflement : effort d’expansion inférieur ou égal à 3 000 N en début de vie, inférieur ou égal à 50 000 N en fin de vie, mesuré sur une cellule cyclée jusqu’à 60 % de sa capacité initiale. Un facteur seize. Le bridage empêche les couches de se décoller, et sans lui la courbe change.

La preuve que la contrainte fait partie de la mesure tient en une ligne de cote. L’épaisseur de la LF105 est donnée à 36,35 mm ± 0,50, avec la précision « 300 kgf ± 20 kgf compression force, 30 % ~ 40 % SOC ». La cote physique de la cellule est déclarée sous serrage. Chez EVE, une cellule non bridée n’a même pas d’épaisseur définie.

Aucune fiche de batterie assemblée que j’ai lue ne dit ce qui se passe à l’intérieur du boîtier. Ni Fogstar, ni Victron, ni BullTron n’indiquent si les cellules sont bridées, sous quel effort, ni si cet effort est maintenu dans le temps. La question est pourtant légitime : la donnée de 4 000 cycles a été obtenue sous 300 kgf, elle n’a été validée que là.

La règle : une cellule n’est pas une batterie. Ce que la fiche EVE garantit, c’est une cellule nue, bridée sous 300 kgf, cyclée seule à température régulée. Un pack de van y ajoute quatre cellules en série, des barres de liaison, un BMS, un fusible et un boîtier plastique, dont aucun ne figure dans l’essai. Les valeurs de cellule servent à comparer deux produits et à poser les bonnes questions, pas à prédire la durée de vie de votre batterie. Et les plages de température de charge se lisent sur le document de la batterie que vous achetez, jamais sur celui de la cellule.

La résistance interne, en milliohms, chez ceux qui la publient

J’avais cherché cette valeur pour un article précédent, sur les fiches Victron, Varta et Renogy. Aucune ne la donne. Elle est sur les fiches de cellules, et il y en a deux, qui ne mesurent pas la même chose.

Sur la LF105, EVE déclare une résistance interne initiale de 0,32 mΩ ± 0,05 mΩ, mesurée en alternatif à 1 kHz, entre 30 et 40 % de charge, sur cellule fraîche. Et, deux lignes plus bas, une résistance continue, notée DCR, inférieure ou égale à 1,8 mΩ, mesurée à 25 °C, à 50 % de charge, sous 1 C pendant 10 secondes. Un facteur cinq et demi entre les deux, sur la même cellule.

La première est un chiffre de contrôle de production. La seconde est celle qui décide de ce qui se passe quand la pompe démarre : c’est elle qui donne la chute de tension sous charge. Côté LF280K, seule l’alternative est publiée, inférieure ou égale à 0,25 mΩ à 1 kHz et 40 % de charge.

Sortons la calculatrice, et je précise tout de suite que la suite est de moi. Un pack 12 V de 105 Ah, c’est quatre LF105 en série. Les résistances s’additionnent : 4 × 1,8, soit 7,2 mΩ pour l’empilement. Sous 100 A, ça fait 0,72 V de chute rien qu’à l’intérieur des cellules, avant les barres de liaison, les cosses, les MOSFET du BMS et le fusible, dont je n’ai les valeurs chez personne. Le vrai chiffre est plus élevé, et c’est lui qui manque pour savoir combien de courant un booster va réellement faire passer vers une batterie déchargée.

Ailleurs, la LF280K prévient qu’on doit remplacer la cellule dès que sa résistance dépasse 150 % de la valeur initiale, tout en laissant au client le soin de définir la méthode de mesure : « The measuring method and calculation method of internal resistance and capacity need to be discussed and agreed between the customer and EVE Power Co., Ltd. » Un seuil imposé, une mesure ouverte. Bonne foi ou pas, c’est écrit.

Cinq normes, et pas une qui parle de votre batterie

Restait à comprendre pourquoi ce désordre est possible. J’ai lu les aperçus publics de quatre normes, et la réponse est dans les domaines d’application.

L’IEC 62620, édition 1.1 de mai 2023, est celle qui définit l’essai d’endurance en cycles pour les cellules lithium industrielles. Son article 6.6.1 s’intitule « Endurance in cycles », son 6.5 traite de la résistance interne alternative et continue. Elle serait parfaite. Sauf que son domaine d’application liste les applications motrices couvertes, « fork-lift truck, golf cart, AGV, railway, and marine », et ajoute deux mots : « excluding road vehicles ». Un van est un véhicule routier.

L’IEC 61960-3, édition 1.0 de février 2017, a exactement les mêmes chapitres, endurance en cycles à 0,2 It A et à 0,5 It A, résistance interne alternative et continue, décharge à −20 °C. Son titre dit son périmètre : applications portables. Restent l’EN 50342-1, qui couvre les batteries de démarrage au plomb, et les IEC 60896-21 et 60896-22 du 05/02/2004, qui couvrent les batteries stationnaires étanches en charge de maintien, telecom, onduleurs, secours, à poste fixe. Quant à l’UN 38.3, que les vendeurs citent volontiers, c’est une série d’essais de transport, altitude, choc, court-circuit, décharge forcée : rien sur la durée de vie.

La batterie de servitude d’un van tombe entre les cinq. Aucun texte ne fixe ce que « 6 000 cycles » doit vouloir dire dans cette niche, donc chacun l’écrit comme il veut.

Et le plus beau est dans l’IEC 62620 elle-même. Sa désignation normalisée de cellule, obligatoire au marquage, se termine par un champ noté NC, défini comme « the percentage (rounded down to every 5 % step) obtained by the ratio of capacity at 500 cycles by the rated capacity ». La norme n’a pas de case « nombre de cycles ». Elle a une case « capacité restante après 500 cycles ». Ses propres exemples se lisent ainsi : une cellule marquée ICP25/150/150/E/0+60/60 a, après 500 cycles, entre 60 et 64 % de sa capacité nominale.

Les rédacteurs de la norme ont donc choisi de fixer le nombre de cycles et de publier la capacité qui reste. Le marketing fait l’inverse, terme à terme.

Les quatre lignes à réclamer avant d’acheter

Cherchez d’abord la référence de la cellule. Fogstar l’écrit sur sa page produit, « Built with Grade A EVE LF304 LiFePO4 cells », et c’est à mettre à son crédit : beaucoup de marques ne la donnent nulle part. Sans elle, vous ne pourrez rien vérifier, et cette absence est déjà un renseignement.

Ouvrez ensuite la fiche du fabricant de cellules et relevez quatre lignes : la température de l’essai de cycles, le régime en C, l’effort de serrage, le critère de capacité résiduelle. Elles tiennent dans un tableau d’une page. Comparez-les à ce que l’assembleur affiche, et vous saurez ce qu’il a retiré. Le réflexe vaut au-delà des batteries : trois réfrigérateurs de van publient trois grandeurs qu’on ne peut pas comparer, et là non plus aucun texte n’impose laquelle.

Un dernier point, honnête. Les fabricants de cellules ne sont pas vertueux par nature : ils sont sérieux dans leurs fiches de livraison et aussi vagues que les autres dans leurs vitrines. La page produit publique de Hithium annonce des cellules à « ≥ 10 000 » et « ≥ 13 000 » cycles, sans une condition. La ligne de partage passe entre un document contractuel destiné à un acheteur professionnel et une page destinée à vous.