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batteries

Types de batterie

Plomb

Nickel

Ni-Cd
Ni-MH

Ces batteries sont apparues vers 1990. Elles ont l'avantage de ne plus contenir d'éléments polluants comme le cadmium ou le plomb. La technologie Ni-MH est facilement endommagée par la surcharge. L'effet mémoire est aussi est inconvénient important, il faut attendre que la batterie soit complètement déchargée avant de pouvoir être rechargée.

Lithium

Li-on

Cette technologie est présente sur le marché depuis 1991. Le Li-Ion dispose d'un potentiel électrochimique extrêmement performant

Li-po
LiFePo4

Caractéristiques

Tension nominale

C'est la tension d'un élément chargé au repos à 25°C. La tension nominale des éléments varie selon la technologie :

  • Plomb : Un = 2.1 V par élément (soit 12.6V pour une batterie de 6 éléments).
  • Nickel : Un = 1,2V par élément
  • Lithium : Un = 3,6V par élément

Capacité nominale

C'est la quantité d'énergie que peut fournir la batterie. Elle est exprimée en ampère-heure (Ah). La capacité nominale Cn d'une batterie est donnée pour un temps de décharge en h : C10 pour 10h, C20 pour 20h ou C100 pour 100h. Plus la décharge est rapide, plus la capacité de la batterie est faible (loi de Peukert).

Courant max

Le courant max (pointe de courant) est le courant maximal que peut fournir la batterie sans la détériorer. Il dépend de la capacité nominale et de la technologie de la batterie.

  • Plomb : -
  • Nickel : Imax = 10 à 20 Cn
  • Lithium : Imax = 15 à 30 Cn

Capacité utile

C'est la capacité d'énergie que peut fournir la batterie sans se détériorer. Elle dépend du taux de décharge acceptable pour chaque technologie (Cu = Cn * taux_decharge):

  • Plomb : le taux décharge est compris entre 30 et 50%. La capacité utile d'une batterie de 100Ah est de 30 à 50Ah.
  • Lithium : le taux de décharge peut atteindre 90%. La capacité utile d'une batterie de 100Ah est de 90Ah.

Courant de décharge

Le courant décharge est le courant constant que peut fournir la batterie pendant un certain temps. Il est calculé à partir de la capacité utile de la batterie an appliquant la loi de Peukert.

Loi de Peukert

La loi de Peukert exprime la capacité d'une batterie pour un courant de décharge de 1A. Cp = I^k * t

Par exemple, on prend une batterie C20 = 100 Ah (capacité de 100 Ah pour une décharge en 20h). On cherche à calculer la capacité et le courant pour une décharge en 10 h.
I20 = C20 / 20 = 100/20 = 5A
La capacité pour 1A : C = I20^k * 20 = 117 Ah (avec k=1.1)
C = I10^k * 10 = 117 Ah donc I10 = 9.38 A
La capacité pour une décharge en 10 h est de 93.8 Ah pour un courant de 9.38 A.

Autonomie

Pour calculer l'autonomie d'une batterie, on va tenir compte du courant de décharge et de la capacité utile.
Exemple : batterie Plomb C20 = 100Ah avec un taux de décharge de 50%. On cherche à calculer l'autonomie pour un courant de 5A (loi de Peukert).
Cu20 = 100 * 0.5 = 50Ah
I20 = Cu20 / 20 = 50/20 = 2.5 A
La capacité pour 1A : C = I20^k * 20 = 54.8 Ah (pour k=1.1)
C = I^k * t donc t = C / I^k = 54.8 / 15^1.1 = 9.3h

La batterie pourra fournir 5A pendant 9.3h.

Résistance interne

Elle détermine la possibilité de fournir un courant de décharge important.

Auto décharge

L’auto-décharge est une réaction électrochimique provoquant une réduction progressive du niveau de charge d’une batterie au repos. Cette auto-décharge dépend de la technologie utilisée et de la température de stockage :

  • Plomb : 1% / mois
  • Nickel : 20% / mois
  • Lithium : 10% / mois

Durée de vie

La durée de vie d'une batterie est le nombre de cycle de charge/décharge avant que ces caractéristiques (capacité, résistance interne et auto-décharge) ne se dégradent. Le nombre de cycle varie selon la technologie :

  • Plomb : 500 cycles - 5 ans
  • Ni-Cd : 2000 cycles - 2 à 3 ans
  • NiMH : 500 à 1000 cycles - 3 à 4 ans
  • Li-on : 1000 cycles - 2 à 3 ans

Charge des batteries

Caractéristiques

Tension de floating

C'est la tension à laquelle on peut maintenir en permanence un accu pour qu'il reste chargé.

  • Plomb, la tension de floating est de 2.25 à 2.28 V à 25°C. Cette tension dépend beaucoup de la température (coefficient de 0.005 V/°C) : A -10°C c'est 2.36V et à +40°C 2.21V.
  • Nickel :
  • Lithium :

Tension de recharge

C'est la tension maximale que l'on peut appliquer pour recharger la batterie.

  • Plomb, la tension de recharge est de 2.3 à 2.4 V à 25°C. Le coefficient de température est de 0.005V/°C.
  • Nickel
  • Lithium : 4.25V

Courant de charge

C'est le courant maximal que l'on applique pour recharger la batterie. Cette intensité dépend de la capacité nominale et de la technologie de la batterie :

  • Plomb : Ic = Cn/10 (pour une batterie 7Ah le courant de charge est de 0.7A).
  • Lithium : Ic = 1/2*Cn à 1Cn

Mode de charge

La charges des batteries plomb se déroule en 2 temps :

  • Phase à courant constant : on va appliquer un fort courant (courant de charge) jusqu'à ce que les éléments atteignent la tension nominale.
  • Phase à tension constante : Quand les éléments ont atteint leur tension nominal, on applique la tension de recharge.

L'idéal est d'avoir une 3ème phase où l'on applique la tension de floating quand la batterie est complètement chargée.

Risques pendant la charge

Sur-intensité

Sur-tension

Décharge des batteries

La décharge d'une batterie plomb doit se faire à C/20.

Tension d'arrêt

C'est la tension sous laquelle il ne faut jamais descendre sous peine d'endommager la batterie de façon irréversible. Pour les batteries

  • Plomb : la tension d'arrêt est de 1.95 V (Un = 2.1V soit une décharge de 7%).
  • NiCd : la tension d'arrêt est très basse moins de 1V.
  • Lithium : la tension d'arrêt est de 2.5 V (Un = 3.6V soit une décharge de 30%).

Risques pendant la décharge

Sous-tension (Décharge profonde)

Le risque d'une décharge profonde des éléments peut les user prématurément. La tension d'arrêt ne doit donc pas être dépassée au risque de détruire les éléments (oxydation des électrodes).

Sur-intensité

Effet mémoire

L'effet mémoire est un phénomène qui affecte les performances des batteries. Le fait de ne pas respecter le cycle complet de décharge (avant d'être rechargée) entraîne une diminution de la quantité d'énergie que l'accumulateur peut restituer. L'effet mémoire concerne principalement les technologies Ni-Cd et NiMH. Les batteries plomb et lithium sont moins sensibles à l'effet mémoire.

Protections des batteries

La tension de la batterie doit être comprise entre une valeur min (tension d'arrêt) et une tension max au risque de l'endommager de manière irréversible.

batteries.txt · Dernière modification: 2014/11/08 14:54 par ldo