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Vos batteries

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Avertissement

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.

Définitions

Accumulateur

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.

Élément

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 :
  • La nature de ses électrodes.
  • Sa tension à vide. C'est une caractéristique du couple électrochimique utilisé.
  • Sa capacité. C'est la quantité d'électricité que peut emmagasiner l'élément.
  • Sa résistance interne. Elle détermine la possibilité de fournir un courant de décharge important.
  • La manière dont est construit physiquement l'élément : élément étanche, ouvert, semi-ouvert, à électrolyte liquide, à électrolyte gélifié, ...
Batterie

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.

Tension

La tension s'exprime en volt, son symbole est V.
La tension se mesure avec un voltmètre mis en parallèle avec la batterie.

Intensité

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.

Capacité

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.

Tension d'arrêt

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).

Capacité massique

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.

Tension de « floating »

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.

Effet mémoire

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.

Autodécharge

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.

Caractéristiques

Batteries au plomb

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.

Batteries Nickel-Cadmium (NiCd)

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.

Batteries Métal-Hydrure (NiMH)

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.

Batteries Lithium-Ion (Li-ion)

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.

Autres

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.


Dernière mise à jour : 21 juin 2008.

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