Batterie au plomb

Une batterie au plomb est un ensemble d'accumulateurs au plomb-acide raccordés en série et réunis dans un même boîtier.



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Accumulateur - Technologie automobile

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  • La tension d'une batterie au plomb est toujours multiple de 2 Volts à peu près.... la tension d'une batterie chargée est inférieure à 11, 4 Volts, la batterie... (source : fr.wikibooks)
  • La batterie au plomb est celle qui a le plus mauvais rapport... extérieure importante (supérieure ou identique à 30 °C) ou d'une tension de charge trop élevée.... (source : karhba)
  • Une batterie au plomb est un générateur électrique qui utilise les propriétés... Lorsque l'état de charge dépasse 80 à 90%, une régulation de tension et/ou... (source : alterafrica)
Caractéristiques
Énergie/Poids 20-40[1] [2] Wh/Kg
Énergie/Volume 40-100[1] [2] Wh/L
Rendement charge-décharge 50 %
Énergie/Prix public
Auto-décharge 5%
Durée de vie min. 4 à 5 ans
Nombre de cycles de charge 500 a 1200
Tension nominale par élément 2.1 V

Une batterie au plomb est un ensemble d'accumulateurs au plomb-acide raccordés en série et réunis dans un même boîtier.

Ce dispositif de stockage d'électricité est beaucoup utilisé dans l'industrie mais aussi dans l'équipement des véhicules automobiles.

Batterie d'automobile

Historique

L'accumulateur au plomb a été découvert en 1859 par le français Gaston Planté. Il a été en effet le premier à avoir mis au point la première batterie rechargeable. Au départ, les accumulateurs étaient localisés dans des cuves en verre. Par la suite, on a systématisé l'emploi des cuves en plastique.

Actuellement, les batteries sans entretien se généralisent : cosses traitées anti-sulfatage, plaques au plomb-calcium, supprimant le besoin de refaire le niveau de liquide, et par conséquent donnant la possibilité le scellement.

Caractéristiques techniques

Une batterie au plomb se définit principalement par :

Les valeurs maximales sont données par le constructeur pour une batterie neuve et chargée à 100%, elles fluctuent énormément selon l'état de charge, se dégradent selon le temps mais aussi de l'usage qui est fait de la batterie.

Anode (oxydation)  :

\mbox{Pb} (s) +\mbox{HSO}_{4}ˆ{-} (aq) \leftrightarrow \mbox{PbSO}_{4} (s) +2eˆ-+ \mbox{H}ˆ+\quad\epsilonˆo = -056 \ \mathrm{V}

Cathode (réduction)  :

\mbox{PbO}_{2} (s) +\mbox{HSO}_{4}ˆ{-} (aq) +3\mbox{H}ˆ++2eˆ- \leftrightarrow \mbox{PbSO}_{4} (s) +2\mbox{H}_2\mbox{O} (l) \quad\epsilonˆo = 1h5 \ \mathrm{V}

Performances

La batterie au plomb est celle qui a la plus mauvaise énergie massique 35 Wh/kg, après la batterie Nickel-Fer. Mais comme elle est capable d'apporter un courant de grande intensité, utile pour le démarrage électrique des moteurs à combustion interne, elle est toujours particulièrement utilisée surtout dans les véhicules automobiles.

Utilisation

Cette batterie permet de alimenter les composants électriques des véhicules à moteur à explosion, en particulier le démarreur électrique, alimentée par une dynamo ou un alternateur.

Historiquement, les batteries de voitures ou de motocyclettes faisaient le plus fréquemment 6 volts (3 éléments). À l'époque moderne, les batteries à 12 volts (6 éléments) sont généralisées sur les voitures et motocyclettes, tandis que les véhicules lourds ou militaires utilisent le 24 volts.

Les batteries au plomb servent aussi à alimenter toutes sortes d'engins électriques. Les voitures électriques ne se sont toujours pas imposées du fait du mauvais rapport masse/énergie des batteries, quoique le rendement d'un moteur électrique soit exceptionnel.

Ces batteries peuvent servir à stocker de l'énergie produite par intermittence, comme l'énergie solaire ou éolienne.

Charge

On charge une batterie au plomb en lui appliquant un courant continu d'une valeur quelconque (sous réserve de limites technologiques liées à la batterie elle-même ou à ses connexions), pourvu qu'elle n'entraîne pas aux limites de la batterie la naissance d'une tension supérieure à 2, 35-2, 40 V/élément (valeur à 25 °C) .

L'application de cette règle conduit à constater dans la pratique deux phases de charge successives :

En fin de charge le courant en phase CV ne s'annule pas. Il se stabilise à une valeur faible mais non nulle qui n'accroît plus l'état de charge mais électrolyse l'eau de l'électrolyte. On préconise par conséquent d'interrompre la charge, ou, si on veut appliquer une charge permanente (dite d'entretien ou de "floating", pour compenser le phénomène d'autodécharge), de baisser la tension de consigne à une valeur de l'ordre de 2, 3 V/élément.

La charge CC/CV s'est généralisée car elle seule sert à charger à fort courant (donc rapidement) sans endommager la batterie. Ce mode de charge est utilisé dans toutes nos automobiles : en phase CC, le courant de charge dépend principalement de la vitesse de rotation de l'alternateur (et par conséquent du moteur). En phase CV, la tension de consigne est tenue par l'asservissement que forme le régulateur de tension. Ce dernier diminue en effet le courant d'excitation de l'alternateur, de manière à ce que le courant de sortie de l'alternateur n'ait jamais pour résultat une tension supérieure à 2, 35 V/élément (avec une légère correction selon la température).
Quand dans le cas des chargeurs bon marché, on ne dispose pas d'un chargeur capable de limiter sa tension à la valeur de consigne correspondant à 2, 35 V/élément, on recommande de limiter le courant de charge à par exemple 10% de la capacité de la batterie pour minimiser les conséquences dommageables du dépassement de tension qui risque de se produire en fin de charge.

Causes de dégradation

Les principales causes de dégradation des batteries sont :

La sulfatation

La sulfatation représente l'accumulation de sulfate de plomb sur les électrodes. Ce phénomène apparait naturellement à chaque décharge de la batterie, et disparait lors d'une recharge. Cependant sous certaines conditions (décharge prolongée ou trop profonde, température importante, gazéification de l'électrolyte), des ilots stables de sulfate de plomb apparaissent et ne sont plus dissous lors de la charge. Le sulfate de plomb ainsi généré diminue la capacité de la batterie en empêchant les réactions sur l'électrode et de par sa faible conductivité électrique[3].

Le processus de sulfatation est interrompu dès que la batterie est remise en charge.

Exemple : Une batterie sulfatée de 1000 CCA à l'état neuf, mais contrôlée à 12 V et avec une puissance de 500 CCA, reprendra après recharge une tension supérieure ou identique à 12, 6 V mais la puissance mesurée de 500 CCA évoluera peu.

Une batterie dans cet état ne permettra pas plusieurs démarrages consécutifs d'un véhicule automobile et pourra provoquer, par exemple, une panne immobilisante dès les premiers froids. Généralement, si le véhicule n'est pas utilisé pendant une longue période, il faut recharger sa batterie régulièrement pour la faire durer.

Désulfatation

Il existe un moyen d'inverser le processus de sulfatation d'une batterie. Cela consiste en l'envoi d'impulsions électriques à la fréquence de résonance de la batterie (entre 2 et 6 MHz). Durant ce processus, les ions de soufre entrent en collision avec les plaques, ce qui a pour effet de dissoudre le sulfate de plomb qui les recouvre[4]. Ce procédé est cependant sujet à discussions par les spécialistes de la batterie car il n'a pas clairement démontré son efficacité sur le terrain (un peu comme les piles alcalines rechargeables).

La décharge complète

Pour un véhicule automobile, la décharge complète de la batterie intervient le plus souvent par une faible consommation pendant une durée prolongée (exemple : plafonniers) ou par une consommation importante (ex feux de croisement, ventilation), moteur à l'arrêt. La tension est alors particulièrement faible aux limites de la batterie, inférieure à 10 volts pour une batterie dont la tension nominale est de 12 V.

Une batterie de démarrage se décharge aussi toute seule dans le temps. Elle risque par conséquent d'atteindre sa décharge complète si elle n'est pas rechargée régulièrement. Pour cette raison, il existe les «chargeurs d'entretien» de batteries.

La plupart des batteries neuves ne sont que préchargées. Une batterie neuve, qui n'est pas rechargée au préalable avec un chargeur adapté, peut être ammenée en décharge complète si le véhicule n'est pas utilisé pour recharger la batterie (avec un nombre sufisant de kilomètres).

Exemples :

Les batteries en état de décharge complète doivent être rechargées dans un délai maximum de 48 heures : au-delà, les dommages sont irréversibles (sauf par désulfatation) .

Cyclage

Les constructeurs de batteries indiquent leur durée de vie sous la forme d'un nombre de cycles normalisés de décharge/recharge.

À l'issue d'un certain temps de fonctionnement dépendant du nombre et de l'amplitude des cycles, la batterie est usée : l'électrolyte présente un aspect noirâtre.

Exemple : l'utilisation répétée d'un hayon élévateur moteur à l'arrêt accélère l'usure de la batterie par cyclage.

Oxydation des électrodes

L'oxydation est une cause de dysfonctionnement des batteries. Quand le niveau d'électrolyte est trop bas, les plaques entrent au contact de l'air et s'oxydent. La puissance au démarrage est amputée, même si le niveau d'électrolyte est complété. Le manque d'électrolyte peut venir d'une utilisation intensive (exemple : équipements auxiliaires, etc), d'une température extérieure importante (supérieure ou identique à 30 °C) ou d'une tension de charge trop élevée.

Oxydation des limites

Il arrive qu'une batterie dont les cosses ne sont pas suffisament serrées, ou qui ne sert que particulièrement peu, voie ses limites s'oxyder, ce qui empêchera le courant de passer et par conséquent, à terme, une décharge complète.

Voir aussi

Expérience en images : http ://cm1cm2. ceyreste. free. fr/accumulateur. html

Notes

  1. ab Yuasa - Spécifications électriques de la famille NP
  2. ab Yuasa - Spécifications électriques de la famille SWL
  3. site personnel du professeur Ernest Matagne (2004)
  4. [pdf]Plus d'informations sur la désulfatation par impulsions électriques mais aussi des instructions pour réaliser un système de désulfatage (site de l'auteur du document)


Recherche sur Amazone (livres) :



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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 10/04/2009.
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