Vous avez un nœud Meshtastic ou Meshcore et vous vous posez la question du choix de la batterie pour l’alimenter. Cet article est là pour vous aider à choisir celle qui convient le mieux à vos besoins.
1. Type de nœud
Les besoins sont très différents selon le type de nœud utilisé.
Les nœuds autonomes jouant le rôle de répéteur ou de routeur consomment davantage d’énergie. Il faut donc privilégier une batterie de grande capacité afin de maximiser leur autonomie. Souvent alimentés par un panneau solaire, ils nécessitent également une attention particulière concernant la chimie de la batterie, afin d’éviter tout risque lorsqu’elle est exposée à de fortes températures.
Les nœuds portables jouant le rôle de client ou de compagnon doivent rester légers tout en offrant une autonomie d’environ une journée. Le format de la batterie devient alors un critère essentiel, car elle doit pouvoir se loger dans le boîtier du nœud.
2. Format
Les trois formats de batteries les plus courants sont :
- le format cylindrique : Comme leur nom l’indique, ces batteries ressemblent à des piles cylindriques. Les modèles les plus connus sont les 18650 (*).
- le format poche (pouch) : Ces batteries ne possèdent pas de boîtier rigide, seulement une fine enveloppe en aluminium. Cela les rend très légères et compactes. Les batteries LiPo (Lithium Polymère) utilisent généralement ce format.
- le format prismatique : Ces batteries possèdent une forme rectangulaire rigide, souvent en aluminium. Les batteries LiFePO₄ de grande capacité utilisent généralement ce type de format.
(*) Note : Les célèbres batteries « 18650 » tirent leur nom de leur taille et non de leur chimie. Il s’agit de batteries cylindriques mesurant environ 18 mm de diamètre et 65 mm de longueur.
3. Capacité
La capacité d’une batterie correspond à la quantité de charge électrique qu’elle peut restituer. Elle se mesure en Ah (ampère-heure) ou mAh (milliampère-heure), soit une fourniture d’un courant pendant un temps donné.
Quantité d’électricité fournie (mAh) = Courant (mA) × Temps (h)
Exemple : une batterie de 3500 mAh pourra fournir un courant de 350 mA pendant 10 heures, ou 35 mA pendant 100 heures.
La capacité des batteries dépend de leur chimie et de leur format. Chaque technologie a sa propre densité énergétique (capacité stockée par unité de volume ou de masse).
Par exemple, une batterie Lithium-ion offre une densité d’environ 250 Wh/kg. Une batterie Lithium-Ion au format 18650 a une masse d’environ 50 grammes et peut stocker 250×0.050=12.5 Wh d’énergie. Sous une tension de 3.7 V cette batterie a une capacité de 12.5/3.7=3.37 Ah, soit 3370 mAh.
Utilisation de batteries en parallèle pour augmenter la capacité totale
Il est possible d’utiliser plusieurs batteries en parallèle afin d’augmenter la capacité totale, mais en respectant les précautions suivantes :
- Il est indispensable d’utiliser des batteries ayant les mêmes caractéristiques (tension, capacité, chimie, âge et niveau d’usure). Il est donc fortement conseillé d’utiliser des cellules neuves, identiques, achetées en même temps.
- Avant de les souder ou de les insérer dans un support, if faut vérifier qu’elles ont la même tension (à ± 0,05 V près). Si ce n’est pas le cas, il faut les charger individuellement jusqu’à égalisation.
Pourquoi cette précaution ?
Si les batteries mises en parallèle ont des tensions différentes, un courant de circulation très élevé peut passer des batteries les plus pleines vers les plus déchargées. Ce courant n’est limité que par la faible résistance interne des batteries et des fils de connexion.
Une simple différence de 0.2 V peut générer un courant de plusieurs ampères, provoquer un échauffement important et endommager vos batteries. Les conséquences peuvent être plus graves avec un risque d’incendie, surtout avec des batteries LiPo.
Comme nous le verrons plus loin, il est fortement recommandé d’utiliser un circuit de protection sur les batteries. Mais dans ce cas précis d’utilisation de batteries en parallèle, il convient de ne mettre qu’un seul BMS pour l’ensemble du groupe. Après vous être assuré que les batteries sont bien identiques et reliées entre elles uniquement après égalisation des tensions.
4. Tension
La tension délivrée par une batterie dépend de sa chimie.
On distingue plusieurs valeurs de tension pour une même chimie :
- Tension nominale : valeur moyenne de référence, utilisée pour les calculs d’énergie (Wh).
- Tension complètement chargée : tension maximale de la batterie quand elle est pleine.
- Tension de coupure : seuil minimal à ne pas dépasser pour ne pas endommager la batterie.
Une batterie basée sur la chimie Lithium-ion offre une tension nominale de 3.7 V, une tension de coupure de 3.0 V et une tension de 4.2 V lorsqu’elle est complètement chargée.
Une batterie basée sur la chimie LiFePO₄ offre une tension nominale de 3.2 V, une tension de coupure de 2.5 V et une tension de 3.6 V lorsqu’elle est complètement chargée.
5. Courant de décharge
Le courant de décharge maximal qu’une batterie peut délivrer dépend de plusieurs facteurs :
- sa chimie (LiFePO₄ supporte de très forts courants, le plomb-acide beaucoup moins)
- sa résistance interne (plus elle est faible, plus le courant peut être élevé)
- sa conception (une batterie dite “puissance” délivre plus de courant qu’une batterie dite “énergie”)
- son état de charge (une batterie pleine délivre plus qu’une batterie presque déchargée)
- sa température (le froid réduit le courant maximal)
Le courant maximal qu’une batterie peut débiter est indiqué dans sa documentation technique. On distingue généralement deux valeurs :
- Courant continu maximal : valeur que la batterie peut supporter en permanence.
- Courant de pointe : valeur que la batterie peut supporter pendant quelques secondes (souvent 2 à 3 fois le courant continu).
Exemple : deux batteries au format 18650 ayant des courants de décharge maximaux très différents :
Attention : dépasser le courant maximal d’une batterie peut provoquer une surchauffe, une dégradation accélérée, voire un incendie (surtout sur les LiPo).
6. Les différentes chimies Lithium-ion
Toutes les batteries Lithium-ion fonctionnent sur le même principe : des ions lithium se déplacent entre une électrode positive et une électrode négative. Mais la composition chimique de l’électrode positive change tout : capacité, sécurité, courant de décharge, durée de vie…
Voici les cinq principales chimies qu’on rencontre dans les batteries courantes (notamment au format 18650) :
- ICR – Lithium Cobalt Oxyde (LiCoO₂) : Elle offre une bonne capacité mais une sécurité limitée. C’est la moins stable thermiquement, une surchauffe ou une surcharge peut être dangereuse.
- NMC / NCR – Lithium Nickel Manganèse Cobalt (LiNiMnCoO₂) : Elle offre une bonne capacité et une sécurité renforcée par rapport à l’ICR.
- IMR – Lithium Manganèse (LiMn₂O₄) : Elle offre la puissance (courant élevé) et la sécurité au détriment de la capacité maximale.
- INR – Lithium Nickel Manganèse (version optimisée) : C’est une évolution de l’IMR offrant une capacité plus importante.
- IFR – Lithium Fer Phosphate (LiFePO₄) : C’est la chimie la plus sûre de toutes. Elle ne brûle quasiment jamais, même en cas de choc ou de surchauffe. Sa tension nominale est plus basse (3.2 V au lieu de 3.7 V).
Voici un tableau qui compare les caractéristiques de batteries 18650 en fonction de leur chimie :
| Technologie | Capacité typique | Tension nominale | Sécurité |
|---|---|---|---|
| ICR (LiCoO₂) | ★★★★☆ 2600–3500 mAh | 3.6–3.7 V | ★★☆ (faible à moyenne) |
| NCR / NMC (LiNiMnCoO₂) | ★★★★☆ 3000–3600 mAh | 3.6–3.7 V | ★★★ (bonne) |
| IMR (LiMn₂O₄) | ★★★☆☆ 1500–2500 mAh | 3.6–3.7 V | ★★★★ (très bonne) |
| INR (NMC haute puissance) | ★★★★☆ 2500–3500 mAh | 3.6–3.7 V | ★★★★ (très bonne) |
| IFR (LiFePO₄) | ★★☆☆☆ 1500–2500 mAh | 3.2 V | ★★★★★ (excellente) |
7. Les batteries NiMH
Les batteries NiMH se présentent le plus souvent sous forme de piles rechargeables standards AA ou AAA. Leur principal avantage par rapport aux batteries Lithium est leur excellente résistance au froid : elles peuvent être chargées et déchargées par températures négatives, jusqu’à -20°C, voire moins pour certains modèles.
Leur tension nominale est de 1.2 V par cellule. Pour obtenir une tension compatible avec les nœuds Meshtastic ou MeshCore (généralement 3.3 V à 5 V), il faut donc disposer 3 cellules en série, ce qui fournit une tension nominale de 3.6 V.
8. Circuit de protection
Les batteries lithium-ion nécessitent un circuit de protection, souvent appelé BMS (Battery Management System) ou PCM (Protection Circuit Module).
Le rôle de ce circuit est de protéger la batterie contre la surcharge, sur-décharge, surintensité, les courts-circuits, la décharge profonde et parfois les températures excessives.
Ce circuit est particulièrement important pour les batteries LiPo « nues » qui ne possèdent généralement aucune protection intégrée.
Sans ce type de protection, une batterie lithium peut se dégrader rapidement, surchauffer ou devenir dangereuse en cas de mauvaise utilisation.
9. Connectique des batteries LiPo
Les petites batteries LiPo sont généralement équipées d’un connecteur de type JST à 2 broches.
Les batteries Li-Po de petite capacité (ex: 800 mAh) ont un connecteur JST au format micro avec un pas (distance entre le centre de chaque broche) de 1.25 mm. La référence de ce connecteur est JST GH1.25-2 (pas de 1.25 mm et 2 broches).
Les batteries Li-Po de capacité plus importante (ex : 2500 mAh) ont un connecteur JST avec un pas de 2 mm. La référence de ce connecteur est JST PH2.0-2 (pas de 2 mm et 2 broches).
Voici les différentes références en fonction du pas :
| Série JST | Pas (mm) | Courant maximum (A) |
|---|---|---|
| SH | 1.0 mm | 1 |
| GH | 1.25 mm | 1.5 |
| ZH | 1.5 mm | 2 |
| PH | 2.0 mm | 2 |
| XH | 2.54 mm | 3 |
Pour les batteries LiPo de grande capacité (ex : 3000 mAh et plus) ou capables de débiter de forts courants (drones, voitures RC…), les petits connecteurs JST ne sont plus adaptés. On utilise alors des connecteurs XT, spécialement conçus pour les hautes intensités. Pour les nœuds Meshtastic ce connecteur XT n’est pas nécessaire car les courants sont très faibles. Mais il est possible d’utiliser un câble adaptateur XT vers JST afin de mettre ce type de batterie dans vos nœuds.
10. La norme IEC61960
Selon la norme IEC 61960, le code se compose de trois lettres indiquant la chimie, suivies de chiffres donnant les dimensions principales en millimètres.
La première lettre désigne le matériau de l’électrode négative (ex. : I pour lithium-ion, L pour lithium métal), la deuxième lettre le matériau de l’électrode positive (ex. : C pour cobalt, N pour nickel, M pour manganèse), et la troisième lettre la forme de la cellule (C pour cylindrique, P pour prismatique, R pour ronde/pile).
Elle permet ainsi de connaître d’un coup d’œil la technologie, la géométrie et la taille d’une batt
Exemples de codes :
- ICR18650 : I = Lithium-ion, C = Cobalt (chimie), R = cylindrique, 18650 = diamètre 18 mm, hauteur 65 mm
- INR21700 : I = Lithium-ion, N = Nickel-manganèse (chimie), R = cylindrique, 21700 = diamètre 21 mm, hauteur 70 mm
- ICP653450 : I = Lithium-ion, C = Cobalt (chimie), P = prismatique, 653450 = épaisseur = 6.5 mm, largeur = 34 mm, hauteur = 50 mm
Les batteries ne sont pas toujours identifiées en respectant cette norme. Par exemple, on trouve de nombreuses batteries LiPo dans le commerce ayant une référence commençant par LP,qui signifie Lithium Polymère (LiPo), suivie de ses dimensions.
Par exemple la batterie LP953450 ci-dessous correspond à une batterie LiPo (LiPo = Li-ion avec technologie ICR et format poche généralement) d’épaisseur = 9.5 mm, de largeur = 34 mm et de hauteur = 50 mm.
On note en passant que sa capacité annoncée est de 1800 mAh, sa tension est de 3.7 V et elle stocke une énergie de 6.7 Wh (3.7 V x 1800 mAh).
Conclusion
J’espère que cet article vous aura aidé dans votre choix de batterie pour votre nœud Meshtastic ou Meshcore. Voici par exemple deux configurations que j’utilise pour mes nœuds Meshcore :
Pour mon nœud autonome solaire j’utilise 3 x batteries Li-ion INR18650 de capacité 2600mAh. Mises en parallèles elles donnent un capacité totale de 2600 x 3 = 7800 mAh. Elles combinent une autonomie acceptable avec mon chargeur solaire et une sécurité nécessaire à leur exposition au soleil.
Pour mon nœud portable (Heltec V3), j’utilise une petite batterie LiPo LP103450 d’une capacité de 2500 mAh. Le choix a été dicté par sa compacité pour tenir dans le boîtier et sa légèreté relative.