Qu'est ce qu'une batterie
Qu'est ce qu'une batterie
1 - INTRODUCTION
Une
batterie de démarrage au plomb est un réservoir qui stocke sous
forme chimique de l'énergie électrique qu'elle peut restituer à tout
moment.
Quand la batterie est connectée a un consommateur (par
exemple le démarreur), l'énergie chimique est transformée en énergie
électrique et un courant traverse le circuit.
La batterie de démarrage répond a deux fonctions essentielles :
- Elle délivre l'énergie nécessaire au démarrage et a l'allumage.
- Elle permet d'alimenter les consommateurs électriques permanents,
et même les consommateurs électriques de route, lorsque leur
consommation totale est supérieure a l'énergie débitée par
l'alternateur.
La batterie est ainsi un organe vital de
l'automobile, qu'il est impossible de séparer de l'environnement dans
lequel elle fonctionne : l'équipement électrique. Il est donc
primordial de connaître le rôle important qu'elle joue au sein du
circuit électrique du véhicule et de savoir bien la contrôler.
2 - COMMENT FONCTIONNE LA BATTERIE ?
2-1 Principes de la batterie de démarrage au plomb :
L'efficacité de la batterie au plomb dépend des constituants chimiques qu'elle renferme et qui sont :
- le dioxyde de plomb (Pb O2), matière active de la plaque positive ;
- le plomb spongieux (Pb), matière active de la plaque négative ;
- l'acide sulfurique (H2SO4), l'électrolyte.
L'énergie
électrique résulte de réactions électrochimiques très complexes qui
interviennent entre les métaux et l'acide sulfurique de l'électrolyte.
a)
Pendant la décharge (au démarrage) , le plomb spongieux et le dioxyde
de plomb se sont transformés en sulfate de plomb. L'électrolyte
s'enrichit en eau, s'appauvrit en sulfate et par conséquent sa densité
diminue. La tension de la batterie décroît.
b) Pendant la charge (en
roulant), les réactions sont l'inverse de celles de la décharge. Le
sulfate de plomb redevient dioxyde de plomb sur la plaque positive et
plomb spongieux sur la plaque négative. Le sulfate quittant les plaques
régénère l'acide sulfurique. La densité de l'électrolyte augmente, la
tension se rétablit.
c) En fin de charge, il apparaît un dégagement
gazeux d'hydrogène et d'oxygène dut a la décomposition de l'eau. Cette
consommation d'eau est fortement accélérée par la chaleur. Ce dégagement
est responsable de la consommation de l'eau. De plus cette consommation
est accélérée par les facteurs suivants :
o qualité de l'alliage mise en œuvre pour la fabrication des grilles
o age de la batterie -température - dysfonctionnement de circuit électrique.
2-2 MISSIONS DE LA BATTERIE
Comme
indiqué dans l'introduction, la principale fonction d'une batterie est
de démarrer le véhicule et de fournir l'énergie électrique nécessaire au
véhicule lors de l'arrêt moteur (feux de détresse, phares,
micro-processeurs,…)
L'aptitude au démarrage nécessaire dépend du
type de véhicule, du nombre de cylindres, de la cylindrée du moteur, de
la température,…
La seconde fonction de la batterie est de compléter
l'énergie fournie par l'alternateur quand l'énergie nécessaire aux
consommateurs est supérieure a celle débitée par l'alternateur.
Le
plus souvent sur route, l'alternateur couvre largement les besoins du
circuit. Ce n'est pas toujours vrai lorsque le véhicule roule en ville,
l'hivers en particulier. Dans ce cas , la batterie va apporter son
soutien pour alimenter les nombreux consommateurs du véhicule. La
batterie est également sollicitée pour l'alimentation des consommateurs
permanents lors de l'immobilisation. La batterie peut se décharger
jusqu'à 30Ah en 1 mois d'arrêt , soit environ 60% de son état de charge
initial.
3 - CONSTRUCTION D'UNE BATTERIE AU PLOMB
Que
la batterie soit sèche ou liquide , faible entretien ou sans entretien,
un certain nombre d'étapes de fabrication et d'éléments de
construction sont identiques.
3-1 Grilles : Les
grilles sont un élément essentiel de la batterie comme support de la
matière active , comme collecteur du courant.Elles sont obtenues par
fusion d'alliages de plomb.Suivant le type d'alliage , on aura des
batteries faible entretien ou sans entretien selon la norme NF.
3-2
Plaques Négatives et positives: Les grilles sont recouvertes de pates
de matière active de nature différente pour donner les plaques positives
et les plaques négatives.
3-3
Séparateurs: Ils sont indispensables pour isoler l'une de l'autre
plaque positive et plaque négative, dont le contact créerait un court
circuit. Simple feuille cellulosique dans les batteries traditionnelles ,
les séparateurs deviennent pochettes micro poreuses dans les batteries
hautes performances , supprimant tout risque de court circuit.
3-4 ELEMENTS
Selon les performances souhaitées de la batterie , un nombre
détermine de plaques positives et négatives et de séparateurs sont
assemblés et forment un élément.
Une batterie de démarrage est
composée de plusieurs éléments identiques de 2 V montes en série pour
une batterie de 12V. La batterie n'est pas active avant son
remplissage d'électrolyte.
3-5 BAC ET COUVERCLE
En
polypropylène , ils ont une excellente résistance aux chocs, aux
vibrations, aux produits chimiques , aux variations de température,…
Les cloisons minces des bacs permettent des connexions courtes a
travers les parois, diminuant ainsi les résistances interne.
Le thermosoudage des couvercles améliore l'étanchéité de l'ensemble.
3-6 CONNEXIONS
La fabrication des connexions par moulage direct sur les plaques,
technique nouvelle, augmente la fiabilité des batteries en réduisant
les risques de court circuit.
Le soudage des connexions a travers la cloison permet de diminuer très fortement les chutes de tension inter-element.
4 - DIFFERENTS TYPES DE BATTERIES DE DEMARRAGE AU PLOMB
4-1 ACIDE LIQUIDES:
L'amélioration considérable de la conservation de charge obtenue avec
les batteries " faible entretien " , puis les batteries " sans
entretien " selon la norme NF , permet aujourd'hui de stocker les
batteries liquides pendant de longs mois sans nécessite de recharge.
La batterie est toujours prête a démarrer le véhicule.
Prête a l'emploi , sans manipulation d'acide, la batterie liquide est aujourd'hui largement utilisée.
La batterie chargée sèche , stockable encore beaucoup plus longtemps
(jusqu'a plusieurs années), prête a démarrer après remplissage
d'électrolyte, trouve tout son intérêt quand des stockages très longs
sont a prévoir.(les plaques sont chargées en usine dans un bain
d'acide, puis sechées, et installées dans le bac definitif de la
batterie.)
4-2 SANS ENTRETIEN A ACIDE LIQUIDE
La
batterie sans entretien répond a la norme NF. Grâce aux alliages
spécifiques (plomb calcium)des grilles, on obtient une baisse importante
de la consommation d'eau par rapport aux batteries
traditionnelles(plomb, antimoine).
Néanmoins, cette consommation
d'eau , même réduite , n'est pas nulle et, dans les cas de
fonctionnement a forte température sous capot moteur (+50°C) , il est
recommande de vérifier les niveaux d'électrolyte.
4-3 GEL (acide gelifié)
Ces
batteries sont concues à peu pres comme les batteries à acide
liquide, l'acide est versé en usine dans les séparateurs, eux memes
remplis d'une poudre qui se transforme en gel au contact de l'acide.
L'avantage: ces batteries peuvent renversées, et ont de bonnes
aptitudes en cyclage(charge décharge). Défaut: tres mauvaise aptitude
au démarrage , deux fois moins que les batteries avec separateurs
feutres imbibés d'acide, voir ci-dessous. En cyclage, il est
préferable de les faires travailler debout. Usage: paramedical,
chariots handicapés...
4-4 A SEPARATEUR FEUTRE IMBIBE D'ACIDE
Ici
le gel est remplacé par un feutre qui est imbibé d'acide
(remplissage en usine, ou remplissage chez soi a l'aide de petites
fioles fournies avec la batterie).
Elle sont a tort appellées batteries Gel.
Usage: batteries motos , onduleurs, jouets,alarmes,...
5 CALCUL DE CAPACITE DE BATTERIE
La capacité est exprimée en ah (amperes heures)
Elle correspond à une quantité d'energie délivrable par la batterie. On la donne souvent pour une base de 20 heures
Exemple une batterie de 100 Ah pourra delivrer 5 amperes pendant 20heures (jusqu'a une tension de 10.5volt)
La décharge d'une batterie n 'est pas linéaire, en clair moins on fait débiter la batterie, plus elle peut se "regénerer".
C'est à dire que sur une batterie de 100Ah on ne pourra pas la faire debiter 100 amperes en 1 heure.
Pour cela, sur les batteries servant a faire du cyclage (charge et décharge) d'autre valeurs de base sont indiquées:
Exemple pour une batterie de 100Ah on a
85Ah sur 5 heures soit 17 amperes en 5 heures
100 Ah sur 20 heures soit 5 amperes en 20 heures
110 Ah sur 100 heures soit 1.1 amperes en 100 heures
Ce qui permet de retracer grossierement la courbe de décharge de la batterie en fonction de sont temps de decharge.
Exemple: on a un moteur de 5Amperes en 12V (60w).
Ce moteur doit fonctionner 15 heures sur batterie. Quelle doit etre la capacite de la batterie?
Premierement on doit savoir qu'il ne faut jamais décharger la batterie completement, garder toujours 25% de réserve.
Capacite: 15 heures x 5 amperes= 75AH (quantite d'energie: Amperes Heure)
75AH x 1.25 (25% de marge)=93 AH On choisira donc une batterie de 100 AH
5-1 EXPOSANT DE PEUKERT
Le
rendement Peukert décrit le phenomene de baisse de la capacite d'une
batterie lorsqu'elle est dechargée plus vite qu'à son intensite
nominale de 20h.
Plus l'exposant de Peukert est élevé , plus la
capacite de la batterie diminue avec l'augmentation de l'intensite de
charge. Une batterie idéale (théorique) aurait un exposant de
Peukert de 1.00 et serait insensible au niveau d'intensite de
décharge. La plus part des batteries ont une valeur de 1.25 . Si
celui ci n'est pas connu, vous pouvez le calculer à partir d'autres
caracteristiques qui doivent etre fournies avec la batterie.
La formule de Peukert est la suivante:
exposant de Peukert "n"=(log t2-logt1)/(logI1-logI2)
Les
caracteristiques nécessaires au calcul de l'exposant de Peukert sont
les capacités nominales de la batterie données pour une décharge en
20h (cas le plus frequent) et, par exemple , pour une décharge en 5h .
L'exemple ci apres vous montre comment calculer l'exposant de Peukert à partir de ces deux éléments:
taux en 5h C5=75ah ->t1=5h -> I1=75ah/5h=15A
taux en 20h C20=100ah (capacité nominale) ->t2=20h ->I2=100ah/20h=5A
Exposant de Peukert n= (log20-log5)/(log15-log5)=1.26
A partir de cette valeur on peut recalculer d'autre capacite C100 (100h), etc...
6 -CHARGE DES BATTERIES
Les batteries au plomb à electrolyte liquide se charge toujours au dixieme de leur capcité.1/10
Exemple: Un batterie de 100ah se rechargera à 10 amperes maximum.
Temps
de recharge: Lors de la recharge des batteries une perte de capacité
se crée. Il faut multiplier (en gros, et depend des types de batteries)
par 1.5 le temps de charge théorique. Pour une batterie de 100ah,
chargée à 10 amperes il faudra au minimum 15 heures, cela bien
entendus pour une batterie complement dechargee:12.00V
Lors de
la charge, la tension de la batterie pourra atteindre progressivement
15.5V en fin de charge , avec un chargeur de type
traditionnel.(densité:1.29).
Pour note une batterie est
completement dechargée à 12.00V densité:1.00 , completement chargée à
12.60V densite 1.29 (mesure effectuée à froid, c'est a dire que la
batterie doit etre completement isolée de tout circuit electrique
pendant minimum 5heures).
Tensions de charges des chargeurs de type floating: Charge à 14.5 V puis commutation en mode floating(maintient) à 13.5V.
7-DECHARGE DES BATTERIES
Tout
d'abord il faut savoir qu'une batterie totalement chargée perdra 5%
de capacite tous les mois, à cela il faut ajouter entre 5 et 10% si
la batterie reste connectée en permanence au vehicule (montre, alarmes,
electroniques,fuites electriques,...) d'ou l'utilité d'un petit
chargeur de maintient de type Excel Charge
On peut lire 2 capacités sur les etiquettes:
Capacite en Ah (amperes heures): quantite d'energie disponible sur 1 heure.
Correspond
à la quantité d'energie que la batterie peut restituer sur une heure
et jusqu'à une tension de 10.5V (ceci apres 3 charges décharges qui
correspond au "rodage " dela batterie)
Capacite en Amperes au démarrage (A)
Correspond
à l'intensité maximum que la batterie est capable de délivrer
pendant 10 secondes , à -20° C, et pour une tension minimum de 7.5V ,
qui correspond au seuil d'accrochage du démarreur.
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