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Vos batteries |
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Cette page est en cours de rédaction, elle comporte sans doute un nombre important d'imprécisions et d'inexactitudes. Elle est en constante évolution. Vos critiques constructives sont les bienvenues. Dans ce cas, n'hésitez pas à m'écrire.
Un accumulateur est un dispositif électrochimique destiné à emmagasiner
de l'électricité pour la restituer ensuite à la demande.
L'opération destinée à emmagasiner l'électricité
s'appelle la charge.
L'utilisation de cette réserve d'électricité correspond à la
décharge de l'accumulateur.
Un accumulateur est composé d'un couple électro-chimique et d'un
électrolyte.
Ou cellule élémentaire. C'est la forme la plus simple, il est constitué de deux électrodes de nature différente qui plongent dans une réserve d'électrolyte.
Une cellule est caractérisée par :Une batterie est composée d'un certain nombre d'éléments d'accumulateur. On réunit des éléments ou cellules élémentaire en série pour obtenir des tensions plus importantes que la tension d'un élément.
La tension s'exprime en volt, son symbole est V.
La tension se mesure avec un voltmètre mis en parallèle avec la batterie.
L'intensité du courant consommé par un appareil s'exprime en
ampère, son symbole est A.
On utilise souvent ses sous-multiples et particulièrement le
mA 1 mA = 0,001 A = 10-3 A.
L'intensité du courant électrique se mesure à l'aide d'un
ampèremètre placé en série dans le circuit.
La capacité représente la quantité d'électricité que peut emmagasiner un accumulateur (ou un condensateur). La capacité devrait s'exprimer en coulomb dont le symbole est C. C'est le produit du temps nécessaire pour décharger complètement l'élément sous une intensité donnée. Comme c'est le produit d'une intensité par un temps, pour des raisons historiques et pratiques, on utilise l'ampère-heure, dont le symbole est Ah ou un sous-multiple le milliampère-heure dont le symbole est mAh. 1 mAh = 0,001 Ah = 10-3 Ah. La capacité d'une batterie est souvent représentée par C5. C5 est la capacité que la batterie est capable de restituer lorsque, après une pleine charge, elle est déchargée sous un courant qui demande 5 heure pour la décharger complètement.
C'est la tension aux bornes d'un élément pour laquelle on considère que
l'élément est complètement déchargé.
Pour certains types d'accumulateurs, la tension d'arrêt peut être très
basse (éléments NiCd par exemple) sans qu'ils ne soient endommagés.
Dans d'autres cas, une décharge trop profonde provoque une usure
prématurée de l'accumulateur et finalement sa destruction (accumulateurs au
plomb pour lesquels se produit une sulfatation à la surface des plaques et accumulateurs
au Li-Ion pour lesquels se produit une oxydation des électrodes).
C'est la capacité par unité de masse d'élément actif. Plus cette grandeur est élevée, plus la capacité de la batterie, pour un volume donné, sera importante. Pour augmenter la capacité massiques de leurs éléments, les fabriquants modifient la structure des électrodes pour augmenter les surfaces actives en regard : éléments frittés, filaments, technologie des poudres.
Certains accumulateurs se chargent à tension constante. Ils sont souvent utilisés avec le chargeur connecté en parallèle en permanence (le cas typique est la batterie de votre voiture). dans ce cas, une fois la batterie chargée, il n'y a plus d'échange entre la batterie et le chargeur ou les consommateurs. La tension de la batterie est la même que la tension de sortie du chargeur. On dit que la batterie a atteint sa tension de « floating ». Il faut prendre garde à ce que cette tension ne soit pas choisie trop élevée car, comme la batterie ne peut plus accumuler de charge, elle consomme de l'électrolyte. Idéalement, cette tension devrait être asservie à la température ; la tension de charge devant être plus forte lorsque la température ambiante est faible pour favoriser une bonne charge (les batteries ont des performances qui sont bien moins bonne à très basse température), et diminuer cette tension lorsque la température ambiante est élevée pour éviter de consommer de l'électrolyte.
L'effet mémoire se caractérise par une perte de la capacité exploitable
de la batterie. Il affecte les batteries au Nickel-Cadmium et, mais dans une bien moindre
mesure, les batteries au Nickel-Métal Hydrure. Il apparaît lorsqu'on utilise
partiellement et de façon répétée la batterie avant une recharge.
Après un certains nombre de cycles de ce type, la tension de la batterie chute
en-dessous de la tension d'arrêt avant que la pleine capacité n'ai
été restituée. Cet effet est réversible. Il suffit de faire
subir à l'accumulateur un ou deux cycles complets de décharge complète
suivie d'une charge complète. Un élément au Nickel-Cadmium
tolère très bien la décharge complète allant jusqu'à
0 V, sans détérioration. Il est recommandé de lui faire subir ce cycle
une fois par an. On l'appelle cycle de régénération. Il retrouve alors
sa pleine capacité.
Les batteries Ni-MH sont réputée ne pas avoir d’effet mémoire. Cet
effet est théoriquement présent mais la batterie sera
« morte » bien avant. Le nombre de cycles de charge-décharge
de ces batteries étant relativement faible.
Décharge spontannée de l'accumulateur lorsqu'il n'est relié à aucun circuit extérieur. Cette autodécharge dépend du type d'accumulateur. Elle est très importante pour les accumulateurs au plomb, peu importante pour les accumulateurs au Nickel-Cadmium et presque inexistante pour les accumulateurs au Lithium-Ion. Les accumulateurs Ni-MH présentent un autodécharge très importante. Récemment, un changement du type d’électrolyte de certains accumulateurs Ni-MH a permis de presque complètement supprimer l’autodécharge. Ces accumulateurs sont alors vendus préchargés. L’autodécharge interdisait en pratique l’utilisation de ces accumulateurs avec des télécommandes par exemple.
Tension caractéristique : 2V / élément. Elle est utilisée
sur les voitures comme batterie de démarrage. Dans ce cas, elle est constituée
de 6 éléments, elle fonctionne le plus souvent à sa tension de «
floating » qui est de l'ordre de 13,6V.
Une batterie au plomb est très fragile. Elle contient en effet en elle-même
les germes de sa propre destruction : l'électrolyte est de l'acide sulfurique.
Dès qu'une batterie au plomb est décharge trop profondément, et
quelque soit sa technologie (électrolyte liquide, immobilisé ou
gélifié), il se produit sur les plaques un phénomène de
sulfatation qui lui fait perdre très rapidement sa capacité. Ce
phénomène est irréversible.
Tension caractéristique :1,2 V
Charge à courant constant de 0,1 C5. Compte-tenu du rendement de la charge (on
doit fournir à la batterie une quantité de courant supérieure
à sa capacité pour obtenir sa pleine charge), le temps de charge dans ces
condition est de 11 à 13 heures.
Sensible à l'effet mémoire.
Nombre de cycles : de 800 à 1000.
Sensible à la surcharge. De nombreux chargeurs économiques chargent ces
accumulateurs à tension constante. Ils sont composés d'un transformateur,
d'un redresseur et d'une résistance limitant le courant maximum. Ces chargeurs
ont détruit des générations entières d'éléments
Ni-Cd.
Tension caractéristique : 1,2 V
De base, elles se chargent, comme les Ni-Cd, à courant constant. Les progrès
des chargeurs font que l’on peut avoir des principes de charges plus évolués
avec suivi de la tension et de la température qui permettent d’effectuer des charges
très rapides sans trop diminuer le nombre de cycles de charge-décharge
possible. Une batterie Ni-MH ne présente pas d’effet mémoire, ça fait
partie des avantages vantées par les vendeurs. Mais tout ceci se paie par un nombre
de cycle moindre que les batterie NiCd. Voir la remarque concernant l’effet
mémoire.
Les versions les plus anciennes de ces batteries présentent une autodécharge
prononcée. Ceci ne permet pas d’avoir un appareil disponible sans que sa
batterie ait été rechargée récemment. Sont apparues
récemment des batteries à l’électrolyte modifié qui
présentent une autodécharge négligeable.
La vraie raison de leur percée est écologique ou tout du moins des
restrictions réglementaires quant à l’emploi des métaux lourds
(le Cadmium dans ce cas) dans les processus de fabrication et dans le recyclage.
Tension caractéristique : 3,6 V
Elles sont les compagnons des appareils électroniques
« Hi-Tech ». Leur capacité massique est
très élevée. On peut la produire dans des formes
et des dimensions très variables. La charge doit être
effectuée par un chargeur spécifique. Il détermine
à chaque instant le courant nécesaire à la charge de
la batterie.
C’est une famille générique, contrairement aux couples
électrochimiques tel que le Nickel-Cadmium, dès qu’on sait
associer à un matériau un ion lithium, on peut assez facilement en
faire un accumulateur. La variété de ces accumulateurs est donc
très importantes et la dispersion de leurs caractéristiques et de
leur qualité à l’avenant.
Ces batteries ne doivent jamais être complètement
déchargées, mais souvent, les électroniques qu'elles
alimentent s'arrêtent de fonctionner bien avant que la batterie ne
soit complètement déchargée.
Si vous devez les stocker pour une longue période, elles doivent
idéalement être à moitié chargées.
Une décharge trop profonde provoque une oxydation des électrodes
et par là même, la destruction progressive de la batterie, ce
processus n'est pas réversible.
Elles ne sont pas sujette à « l'effet
mémoire ».
Elles sont en général constituées d’un élément
si l’on a besoin d’une tension de 3,6V ou de deux éléments
pour obtenir une tension de 7,2 V. Les éléments doivent
être apariés pour de meilleures performances et une meilleure tenue
dans le temps. Un batterie constituée comporte souvent une
électronique « embarquée » qui dialogue
avec le chargeur et l'appareil qu'elle alimente. On peut ainsi connaitre
à tout moment l'état de charge de la batterie. Sony utilise
ce principe pour afficher avec précision la capacité restante
des batteries, ceci se paie pas l’obligation d’utiliser les batteries de la
marque plutôt que des produits génériques beaucoup
moins chers.
Leur durée de vie n'est pas très élevée :
environ 1000 cycles de charge / décharge et, indépendamment de
leur utilisation, de 24 à 36 mois.
Elles ne doivent jamais être déchargées en dessous de 2,5V par
élément.
Ces différents inconvénients, associés à un danger
potentiel d’explosion si la batterie n’est pas munies des
éléments de sécurité nécessaires – protection
thermique, soupape de sécurité, fusible – font qu’on a
tendance, petit à petit, à les remplacer par des batteries
ion-polymère.
Il existe d'autre types de batteries mais leur diffusion est assez confidentielle. Les avions étaient équipés de batteries à l'Argent-Zinc. Ces batteries ayant une faible masse pour une capacité donnée.
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