Une batterie d'accumulateurs permet de stocker l'énergie électrique afin de la restituer par la suite, en fonction des besoins

ConstitutionPrincipales catégoriesRéactions chimiquesPèse-acideCaractéristiques électriquesStockageInfluence de la températureCharge d'une batterieCauses du vieillissement prématuré d'une batterieDécharge d'une batterie (loi de Peukert)Batterie solaireA savoir...

Constitution

Une batterie au plomb est constituée d'un certain nombre d'éléments accumulateurs montés en série et reliés par des connexions enplomb soudé (une batterie de 12 V contient 6 éléments)Les accumulateurs sont logés dans un bac en plastique (polypropylène, ABS...), fermé par un couvercle scelléChaque accumulateur est composé d'un ensemble de couples d'électrodes positives et négatives isolées par un séparateurmicroporeux, destiné à éviter les courts-circuits tout en laissant circuler les ionsLes électrodes sont formées d'une grille en alliage de plomb, dont les alvéoles sont remplies d'une pâte poreuse :- de peroxyde de plomb PbO2 pour l'électrode positive- de plomb métallique Pb pour l'électrode négativeLes électrodes baignent dans un électrolyte, solution diluée d'acide sulfurique H2SO4, sous forme liquide, sous forme de gel ouabsorbée dans des feutres en fibre de verre

vidéo : fabrication des batteries

Principales catégories

Il existe 3 principales catégories définies par leur domaine d'application :

batterie de démarrage : utilisée dans les automobiles, elle est composée de plaques fines, de grande surface, et autorise descourants de décharge élevés, mais de courte durée

batterie de traction : utilisée dans les chariots élévateurs, elle est formée de plaques plus épaisses et permet des déchargesjournalières pouvant atteindre 80% de la capacité

batterie stationnaire : utilisée dans les ASI (alimentations sans interruption), conçue pour fonctionner en "floating" (1)

Principales technologies

conventionnelle : c'est une batterie ouverte, qui nécessite un apport régulierd'eau. Cette batterie est vendue "sèche", l'électrolyte est ajouté avant lapremière utilisation

VRLA (Valve Regulated Lead Acid) : c'est une batterie à soupape. En cas dedégazage, l'hydrogène et l'oxygène se recombinent à l'intérieur de la batteriepour former de l'eau. Si la pression interne devient trop forte, une vanne-soupape relâche les gaz : si ce stade est atteint fréquemment, l'électrolyte se

Batterie d'accumulateurs au plomb 15/11/2009 Patrick ABATI

Batterie d'accumulateurs au plomb http://sitelec.org/cours/abati/accu/accu.htm

1 sur 5 15/02/2010 00:19

déssèche et rend la batterie inutilisable

type AGM (Absorbed Glass Mat) : une fine feuille de fibre, imbibéed’électrolyte (70% d’eau et 30 % d’acide) est placée entre les plaques deplomb de la batterie. Cette batterie peut fournir un courant élevé, decourte durée

type GEL : l'électrolyte est figé par l'addition de gel de silice. Ces batteriessont étanches et peuvent être placées dans n’importe quelle position

(1) Le floating consiste à appliquer une tension proche de la tension de repos de labatterie, de façon à éviter l'autodécharge. Il permet aussi d'alimenter les différentsconsommateurs d'énergie, en conservant la batterie chargée

Réactions chimiques

Ce sont des réactions d'oxydo-réduction : il y a un transfert d'électronsL'atome qui capte les électrons est appelé oxydant : l'oxydant subit une réduction (à la cathode)L'atome qui cède les électrons est appelé réducteur : le réducteur subit une oxydation (à l'anode)Les polarités de la batterie sont alternativement anode ou cathode, suivant le mode de fonctionnement (charge ou décharge) : laborne négative est anode pendant la décharge et cathode pendant la charge

L'électrolyte est une solution d'eau pure et d'acide sulfurique H2SO4 (2H+ ; SO4

2-)L'électrode négative est formée de plomb Pb, l'électrode positive d'oxyde de plomb PbO2

Animation Flash La décharge de l’accumulateur au plomb consomme les solides des électrodes et

les ions H+ de l’électrolyte (la concentration en acide diminue, le pH augmente)Il y a formation de sulfate de plomb PbSO4 sur les électrodes

oxydation à l'anode (borne -) : Pb Pb2+ + 2e-

réduction à la cathode (borne +) : PbO2 + 4H+ + 2e- Pb2+ + 2H2O

sulfatation des électrodes : 2Pb2+ + 2SO42- 2PbSO4

Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO4

2- 2H2O + 2PbSO4

La charge de l’accumulateur au plomb forme les solides des électrodes et les ions

H+ de l’électrolyte (la concentration en acide augmente, le pH diminue)Le sulfate de plomb PbSO4 disparaît des électrodes

oxydation à l'anode (borne +) : Pb2+ + 2H2O PbO2 + 4H+ + 2e-

réduction à la cathode (borne -) : Pb2+ + 2e- Pb

désulfatation des électrodes : 2PbSO4 2Pb2+ + 2SO42-

2H2O + 2PbSO4 Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO4

2-

Pèse-acide

Le pèse-acide permet de contrôler la densité de l'électrolyte des batteries

La densité est normale dans la zone verte et insuffisante dans la zone rouge

La lecture de la densité renseigne sur l'état de charge de la batterie:

la charge est complète à 31°B (degré Baumé) [d = 1,27]la charge est de moitié à 22°B [d = 1,18]la décharge est totale à 15°B [d = 1,12]

Conversion degrés Baumé <=> densité à 20°C

pour les liquides plus lourds plus légers que l'eau

vidéo : utilisation du pèse-acide

Caractéristiques électriques

Une batterie au plomb se caractérise essentiellement par :

sa tension nominale U liée au nombre d'éléments n : U = n x 2,1si n = 6 => U = 12,6 Vsa capacité de stockage C qui s'exprime en Ahl'énergie électrique correspondante est E = C x U (si C = 50 Ah et U = 12 V => E = 600 Wh)

Batterie d'accumulateurs au plomb http://sitelec.org/cours/abati/accu/accu.htm

2 sur 5 15/02/2010 00:19

son courant maximal I ou courant de crête (en A)

Exemple de caractéristiques techniques

Type Tension Capacité Longueur Largeur Hauteur Poids Courant Impédance

(V) Ah/20h Ah/10h (mm) (mm) (mm) (Kg) (A) 1 mn (A) 1 s (m ohm)

NPL78-12I 12 78 72,5 380 166 177,5 28,6 500 800 4

NPL100-12 12 100 93 407 172,5 240 39 600 800 4

NPL130-6I 6 130 120,3 350 166 174 24 500 800 2

NPL200-6 6 200 186 398 176 250 39 1200 1600 1,3

Pour le type NPL100-12, la capacité est :

C20 = 100 Ah pour une décharge en 20 heures

C10 = 93 Ah pour une décharge en 10 heures

Plus la rapidité de la décharge est importante, plus la capacité réelle de la batterie est faible

La batterie NPL100-12 peut fournir 600 A pendant 1 minute et 800 A pendant 1 secconde

D’après la norme NF C 15-100, le courant de court-circuit d’une batterie est : Icc = 10 × CnCe qui donne pour la NPL100-12 : Icc = 10 × 100 = 1000 A

Stockage

Quand le cycle de charge se termine, un dégagement d'hydrogène et d'oxygène se produit

Ce mélange est extrêmement explosif : la présence de flammes ou d'étincelles à proximité d'une batterieen cours de charge est très dangereuse

Un local à accumulateurs doit toujours être efficacement aéré

Influence de la température

La capacité réelle d'une batterie diminue avec la température : c'est ce qui explique queles démarrages des véhicules sont plus difficiles lorsque la température est très basse

Température 0°C 10°C 15°C 20°C 25°C 30°C

Capacité 80% 92% 95% 100% 103% 105%

La durée de vie d'une batterie est indiquée par le fabricantpour une température ambiante de 20°CCette durée de vie est réduite de moitié pour une élévation de température de 10°C

Charge d'une batterie

La charge d'une batterie doit se faire de préférence en respectant les 3 phases :

charge à courant constant jusqu'à 80% de la charge : ce courant doit être limité à unevaleur comprise entre C/3 et C/10, selon les performances du chargeurcharge d'absorption à tension constante dans laquelle le courant diminuecharge d'entretien à tension réduite afin de compenser l'auto-décharge

Causes du vieillissement prématuré d'une batterie

décharge profonde (80% de la capacité C20) : les batteries en état de décharge complète doivent être rechargées dans un

délai maximum de 48 heures sous peine de dommages irréversiblesdécharges journalières trop importantes : une longévité optimale est obtenue si les décharges journalières ne dépassent pas16% de la capacité C100

charge trop rapide (le courant de charge doit être limité à C/5)charge insuffisante (ne jamais laisser une batterie déchargée à plus de 50 % : recharger régulièrement la batterie à 100 %)surcharge (bouillonnement excessif qui entraîne une perte d'eau)température : la durée de vie d'une batterie est indiquée par le fabricant pour une température ambiante de 20°CCette durée de vie est réduite de moitié pour une élévation de température de 10°C

Batterie d'accumulateurs au plomb http://sitelec.org/cours/abati/accu/accu.htm

3 sur 5 15/02/2010 00:19

autodécharge (une batterie, même inutilisée, perd sa capacité d'autant plus rapidement que sa température de stockage estélevée : à 20°C, une batterie VRLA peut perdre chaque mois 5% de sa capacité, ce qui peut entraîner une décharge profonde)

Exemple

Une batterie a les caractéristiques suivantes : C20 = 95 Ah ; C100 = 105 Ah

Pour une longévité optimale, la décharge journalière ne doit pas dépasser 16% de C100 soit : 16 x 105 / 100 = 17 AhEn utilisation exceptionnelle, la décharge ne doit pas dépasser 80% de C20 soit : 80 x 95 / 100 = 76 Ah

Décharge d'une batterie

La loi de PEUKERT modélise la capacité d'une batterie en fonction du courant débité

Cp = Ik x t

avec :

Cp : capacité de Peukert à courant de décharge de 1 A (Ah)

I : courant de décharge (A)

k : constante de Peukert (supérieure à 1)

t : durée de décharge (h)

Exemple

Capacité d'une batterie (caractérisée par Cp = 100 Ah et k = 1,1) pour un courant de décharge de 5 A, puis de 20 A

I1k x t1 = I2k x t2 = 100

t1 = 100/I1k = 100/51,1 = 17 h => C1 = 5 x 17 = 85 Ah

t2 = 100/I2k = 100/201,1 = 3,7 h => C2 = 20 x 3,7 = 74 Ah

Batterie solaire

Cette batterie est conçue pour les installations photovoltaïques autonomesElle possède des plaques épaisses ou tubulaires, de courtes connexions entreélémentsElle est adaptée aux applications nécessitant des cyclages intensifset des faibles courants de déchargeLa batterie GEL et la batterie ouverte sont à privilégier

La capacité peut être déterminée par la relation : C (Ah) = (E x N) / (L x U) avec :E : énergie quotidienne (Wh/jour)N : nombre de jours de réserveL : décharge maximale de la batterie (généralement 80%)U : tension de la batterie (V)

Exemple

Dans un site isolé, une batterie est rechargée le jour par des panneaux photovoltaïques

A cause du manque d'ensoleillement à certaines périodes de l'année, une réserve de 5 jours est prévue

La nuit la batterie alimente 3 réglettes fluo de 18 W pendant 4 heureset un téléviseur de 50 W pendant 3 heures

E = 3 x 18 x 4 + 50 x 3 = 366 Wh/jour ; N = 5 ; L = 0,8 ; U = 12 V

C = (366 x 5) / (0,8 x 12) = 190 Ah

A savoir...

Une batterie bien chargée a une tension supérieure à 2,1 x 6 = 12,6 VUne batterie déchargée ou en mauvais état a une tension inférieure à 1,8 x 6 = 10,8 V

La batterie au plomb a une mauvaise puissance massique,de l'ordre de 40 Wh/kg

Cependant, elle est encore très utiliséecar elle est la moins coûteuseet peut fournir un courant de grande intensité,utile pour le démarrage des véhicules automobiles

Batterie d'accumulateurs au plomb http://sitelec.org/cours/abati/accu/accu.htm

4 sur 5 15/02/2010 00:19

Une batterie déchargée avec un courant élevé peut se rétablir au bout d’un certain temps et la capacité restante peut être utilisée

Présentation (pdf 220 Ko)Wikipédia (pdf 210 Ko)

Batterie

Batterie Neuve Normes Constructeur Trouvez Votre Batterie

www.AboutBatteries.com

Batterie d'accumulateurs au plomb http://sitelec.org/cours/abati/accu/accu.htm

5 sur 5 15/02/2010 00:19