Lors de la charge, la matière active positive est oxydée, produisant des électrons, et la matière négative est réduite, consommant des électrons. Ces électrons constituent le flux de courant dans le circuit externe. L’électrolyte peut servir de simple tampon pour le flux ionique interne entre les électrodes, comme dans les cellules lithium-ion et nickel-cadmium, ou être un participant actif à la réaction électrochimique, comme dans les cellules plomb-acide.
L’énergie utilisée pour charger les batteries rechargeables provient généralement d’un chargeur de batterie utilisant le courant alternatif du secteur, bien que certains soient équipés pour utiliser la prise de courant continu de 12 volts d’un véhicule. La tension de la source doit être supérieure à celle de la batterie pour forcer le courant à y circuler, mais pas trop, sous peine d’endommager la batterie.
Les chargeurs mettent de quelques minutes à plusieurs heures pour charger une batterie. Les chargeurs lents « muets » sans capacité de détection de la tension ou de la température se chargeront à un faible taux, prenant généralement 14 heures ou plus pour atteindre une charge complète. Les chargeurs rapides peuvent généralement charger des cellules en deux à cinq heures, selon le modèle, les plus rapides ne prenant que quinze minutes. Les chargeurs rapides doivent disposer de plusieurs moyens de détecter lorsqu’une cellule atteint la charge complète (changement de la tension aux bornes, température, etc.) afin d’arrêter la charge avant qu’une surcharge ou une surchauffe dangereuse ne se produise. Les chargeurs les plus rapides intègrent souvent des ventilateurs de refroidissement pour empêcher la surchauffe des cellules. Les blocs de batterie destinés à la charge rapide peuvent inclure un capteur de température que le chargeur utilise pour protéger le bloc ; le capteur aura un ou plusieurs contacts électriques supplémentaires.
Les différentes chimies de batterie nécessitent différents schémas de charge. Par exemple, certains types de batteries peuvent être rechargés en toute sécurité à partir d’une source de tension constante. D’autres types doivent être chargés à l’aide d’une source de courant régulé qui diminue au fur et à mesure que la batterie atteint sa tension maximale. Charger une batterie de manière incorrecte peut l’endommager ; dans des cas extrêmes, les batteries peuvent surchauffer, prendre feu ou libérer leur contenu de manière explosive.
Taux de déchargeModifier
Les taux de charge et de décharge des batteries sont souvent discutés en faisant référence à un taux « C » de courant. Le taux C est celui qui permettrait théoriquement de charger ou décharger complètement la batterie en une heure. Par exemple, une charge d’entretien peut être effectuée à un taux de C/20 (ou un taux de « 20 heures »), tandis qu’une charge et une décharge normales peuvent être effectuées à un taux de C/2 (deux heures pour une pleine capacité). La capacité disponible des cellules électrochimiques varie en fonction de la vitesse de décharge. Une partie de l’énergie est perdue dans la résistance interne des composants de la cellule (plaques, électrolyte, interconnexions), et le taux de décharge est limité par la vitesse à laquelle les produits chimiques de la cellule peuvent se déplacer. Pour les cellules plomb-acide, la relation entre le temps et le taux de décharge est décrite par la loi de Peukert ; une cellule plomb-acide qui ne peut plus maintenir une tension terminale utilisable à un courant élevé peut encore avoir une capacité utilisable, si elle est déchargée à un taux beaucoup plus faible. Les fiches techniques des éléments rechargeables indiquent souvent la capacité de décharge sur un temps indiqué de 8 heures ou 20 heures ou autre ; les éléments pour les systèmes d’alimentation sans interruption peuvent être évalués à une décharge de 15 minutes.
La tension terminale de la batterie n’est pas constante pendant la charge et la décharge. Certains types ont une tension relativement constante pendant la décharge sur une grande partie de leur capacité. Les piles alcalines et zinc-carbone non rechargeables produisent une tension de 1,5 V lorsqu’elles sont neuves, mais cette tension diminue avec l’utilisation. La plupart des piles NiMH AA et AAA ont une tension de 1,2 V, mais leur courbe de décharge est plus plate que celle des alcalines et elles peuvent généralement être utilisées dans des appareils conçus pour utiliser des piles alcalines.
Les notes techniques des fabricants de piles font souvent référence à la tension par cellule (VPC) pour les cellules individuelles qui composent la pile. Par exemple, pour charger une batterie au plomb de 12 V (contenant 6 cellules de 2 V chacune) à 2,3 VPC, il faut une tension de 13,8 V aux bornes de la batterie.
Dommages causés par l’inversion de la celluleEdit
Soumettre une cellule déchargée à un courant dans le sens qui tend à la décharger davantage au point que les bornes positives et négatives changent de polarité provoque une condition appelée inversion de la cellule. En général, le fait de pousser le courant à travers une cellule déchargée de cette façon provoque des réactions chimiques indésirables et irréversibles, ce qui entraîne des dommages permanents à la cellule.L’inversion de la cellule peut se produire dans un certain nombre de circonstances, les deux plus courantes étant :
- Lorsqu’une batterie ou une cellule est connectée à un circuit de charge dans le mauvais sens.
- Lorsqu’une batterie composée de plusieurs cellules connectées en série est profondément déchargée.
Dans ce dernier cas, le problème survient parce que les différentes cellules d’une batterie ont des capacités légèrement différentes. Lorsqu’une cellule atteint le niveau de décharge avant les autres, les cellules restantes forcent le courant à travers la cellule déchargée.
De nombreux appareils fonctionnant avec une batterie ont une coupure de basse tension qui empêche les décharges profondes qui pourraient provoquer une inversion des cellules. Une batterie intelligente possède un circuit de surveillance de la tension intégré.
L’inversion de cellule peut se produire sur une cellule faiblement chargée avant même qu’elle ne soit complètement déchargée. Si le courant de décharge de la batterie est suffisamment élevé, la résistance interne de la cellule peut créer une chute de tension résistive supérieure à la force électromotrice directe de la cellule. Cela entraîne l’inversion de la polarité de la cellule pendant que le courant circule. Plus le taux de décharge requis d’une batterie est élevé, plus les cellules doivent être appariées, tant au niveau du type de cellule que de l’état de charge, afin de réduire les risques d’inversion de cellule.
Dans certaines situations, comme lors de la correction de batteries NiCd qui ont été précédemment surchargées, il peut être souhaitable de décharger complètement une batterie. Pour éviter les dommages dus à l’effet d’inversion des cellules, il est nécessaire d’accéder à chaque cellule séparément : chaque cellule est déchargée individuellement en connectant une pince de charge entre les bornes de chaque cellule, évitant ainsi l’inversion des cellules.
Dommages pendant le stockage à l’état complètement déchargéEdit
Si une batterie multi-cellules est entièrement déchargée, elle sera souvent endommagée en raison de l’effet d’inversion des cellules mentionné ci-dessus.Il est cependant possible de décharger complètement une batterie sans provoquer d’inversion de cellule – soit en déchargeant chaque cellule séparément, soit en permettant aux fuites internes de chaque cellule de dissiper sa charge au fil du temps.
Même si une cellule est amenée à un état de décharge complète sans inversion, cependant, des dommages peuvent se produire au fil du temps simplement en raison du maintien dans l’état déchargé. Un exemple de ceci est la sulfatation qui se produit dans les batteries au plomb-acide qui sont laissées sur une étagère pendant de longues périodes.Pour cette raison, il est souvent recommandé de charger une batterie qui est destinée à rester en stockage, et de maintenir son niveau de charge en la rechargeant périodiquement.Puisque des dommages peuvent également se produire si la batterie est surchargée, le niveau optimal de charge pendant le stockage est généralement autour de 30 % à 70 %.
Profondeur de la déchargeEdit
La profondeur de décharge (DOD) est normalement indiquée en pourcentage de la capacité nominale en ampères-heures ; 0% de DOD signifie aucune décharge. Comme la capacité utilisable d’un système de batterie dépend du taux de décharge et de la tension admissible à la fin de la décharge, la profondeur de décharge doit être qualifiée pour indiquer la manière dont elle doit être mesurée. En raison des variations au cours de la fabrication et du vieillissement, la DOD pour une décharge complète peut changer avec le temps ou le nombre de cycles de charge. En général, un système de batterie rechargeable tolérera plus de cycles de charge/décharge si la DOD est plus faible à chaque cycle. Les batteries au lithium peuvent se décharger jusqu’à environ 80 à 90 % de leur capacité nominale. Les batteries au plomb peuvent se décharger à environ 50-60%. Tandis que les batteries à flux peuvent se décharger à 100%.
Durée de vie et stabilité des cyclesEdit
Si les batteries sont utilisées de manière répétée, même sans mauvais traitement, elles perdent de leur capacité à mesure que le nombre de cycles de charge augmente, jusqu’à ce qu’elles soient finalement considérées comme ayant atteint la fin de leur vie utile. Les différents systèmes de batteries ont des mécanismes d’usure différents. Par exemple, dans les batteries plomb-acide, toute la matière active n’est pas restituée aux plaques à chaque cycle de charge/décharge ; au final, la perte de matière est suffisante pour réduire la capacité de la batterie. Dans les types de batteries lithium-ion, en particulier lors d’une décharge profonde, du lithium métallique réactif peut être formé lors de la charge, qui n’est plus disponible pour participer au cycle de décharge suivant. Les batteries scellées peuvent perdre l’humidité de leur électrolyte liquide, surtout si elles sont surchargées ou si elles fonctionnent à haute température. Cela réduit la durée de vie du cycle.
Temps de rechargeModifier
Trouver les sources : « Batterie rechargeable » – actualités – journaux – livres – érudit – JSTOR (septembre 2017) (Savoir quand et comment supprimer ce message modèle)
Le temps de recharge est un paramètre important pour l’utilisateur d’un produit alimenté par des batteries rechargeables. Même si l’alimentation de charge fournit suffisamment de puissance pour faire fonctionner l’appareil ainsi que pour recharger la batterie, l’appareil est relié à une alimentation externe pendant le temps de charge. Pour les véhicules électriques utilisés dans l’industrie, la recharge pendant les heures de repos peut être acceptable. Pour les véhicules électriques utilisés sur l’autoroute, une recharge rapide est nécessaire pour une recharge dans un temps raisonnable.
Une batterie rechargeable ne peut pas être rechargée à un taux arbitrairement élevé. La résistance interne de la batterie produira de la chaleur, et une augmentation excessive de la température endommagera ou détruira une batterie. Pour certains types, le taux de charge maximum sera limité par la vitesse à laquelle la matière active peut se diffuser à travers un électrolyte liquide. Des taux de charge élevés peuvent produire un excès de gaz dans une batterie, ou peuvent entraîner des réactions secondaires dommageables qui réduisent de façon permanente la capacité de la batterie. De manière très approximative, et avec de nombreuses exceptions et mises en garde, la restauration de la pleine capacité d’une batterie en une heure ou moins est considérée comme une charge rapide. Un système de chargeur de batterie comprendra des circuits de commande et des stratégies de charge plus complexes pour la charge rapide, que pour un chargeur conçu pour une recharge plus lente.