Les batteries plomb-acide Les batteries plomb-acide existent depuis des décennies en tant qu’options de stockage d’énergie fiables dans plusieurs applications, de l’alimentation des automobiles aux sources d’énergie de secours. Leurs caractéristiques inhérentes et leurs paramètres de performance en font un élément incontournable dans le monde des batteries, et il est certain qu’ils le resteront. Dans cet article, nous allons explorer certains aspects essentiels qui définissent les batteries plomb-acide, en éclairant leurs complexités et leurs applications.

Introduction

En ce qui concerne le stockage de l’énergie, les batteries au plomb ont conservé leur pertinence, même si les nouvelles technologies telles que le lithium-ion et les batteries à semi-conducteurs occupent le devant de la scène. Leur solidité, leur rentabilité et leur facilité d’adaptation leur permettent de rester présents dans de nombreuses industries. Quelques connaissances sur les principales caractéristiques et les paramètres de performance des batteries plomb-acide aideront les experts et les profanes à prendre des décisions éclairées quant à leur utilisation.

1. Tension nominale

La tension nominale d’une batterie correspond à la tension de sortie standard délivrée par les batteries lors de la production d’électricité. Les batteries plomb-acide standard ont une tension de 2 volts par élément, avec des configurations courantes allant de 6 à 12 éléments. Les batteries de 12 V sont donc les plus utilisées dans les automobiles et d’autres applications. Les tensions nominales sont importantes pour assurer la compatibilité avec les appareils qu’elles alimentent.

Il est essentiel de connaître la tension nominale pour déterminer l’état de charge, estimer la capacité restante et assurer un fonctionnement correct dans diverses applications. Bien que cette valeur normalisée guide les considérations de conception, il devient crucial de prendre en compte le comportement réel de la tension lors de l’utilisation des batteries dans le monde réel.

2. Capacité

La capacité est un paramètre important qui décrit la quantité d’énergie qu’une batterie peut stocker et fournir. Exprimée en ampères-heures (Ah), elle indique le type d’endurance de la batterie. Les batteries plomb-acide peuvent présenter des capacités différentes en fonction de facteurs tels que la taille, la configuration et la conception. Ce paramètre détermine la durée pendant laquelle une batterie peut supporter une charge avant d’être rechargée.

Les batteries plomb-acide ont une capacité qui varie en fonction du taux de décharge et de la température. Leur capacité diminue généralement avec les décharges lentes et augmente avec les décharges rapides. En outre, les batteries plomb-acide voient leur capacité réduite à des températures extrêmes, en particulier dans des conditions de froid.

3. Taux d’autodécharge

Le taux d’autodécharge des batteries plomb-acide correspond à la perte d’énergie stockée dans la batterie au fil du temps, même si elle n’est pas utilisée ou si elle n’est pas connectée à une charge. Ce phénomène est dû aux réactions chimiques qui se produisent à l’intérieur des cellules de la structure de la batterie. Les caractéristiques internes des accumulateurs au plomb présentent un taux d’autodécharge relativement plus élevé que celui de certains autres types d’accumulateurs.

Par exemple, le taux d’autodécharge des batteries plomb-acide est affecté par des facteurs tels que la température et l’âge de la batterie. Les températures élevées accélèrent le processus d’autodécharge. En conséquence, ils diminuent les performances de la batterie et réduisent sa durée de vie. Afin de remédier à ce problème, de nouvelles conceptions de batteries plomb-acide, ainsi que des technologies, ont incorporé de meilleurs matériaux avec des méthodes de construction améliorées.

4. Efficacité de la charge

L’efficacité de la charge est l’un des paramètres de performance les plus critiques qui indique l’efficacité avec laquelle une batterie peut convertir l’énergie électrique pendant la charge. Les batteries au plomb ont une efficacité de charge relativement bonne. Les modèles modernes atteignent environ 85-95%. Le temps et l’effort nécessaires pour recharger la batterie indiquent cette efficacité. Cela souligne l’importance du chargement répétitif en tant que composante des applications.

L’efficacité de la charge d’une batterie plomb-acide est affectée par de nombreux facteurs, notamment la tension, le courant et la température de charge. La surcharge entraîne une réduction de l’efficacité de la charge, car la perte d’énergie se traduit par de la chaleur et des gaz à l’intérieur de la batterie. Des taux de décharge élevés réduisent l’efficacité de la charge parce qu’ils créent une résistance interne plus importante et un transfert d’énergie inefficace.

5. Résistance interne

La résistance interne augmente encore l’efficacité énergétique d’une batterie. Une perte d’énergie inégale peut se produire pendant la décharge et la charge en raison de l’augmentation des résistances internes, ce qui génère de la chaleur. Les résistances internes modérées caractérisent les batteries plomb-acide, ce qui affecte leurs performances lors de demandes de courant élevées, qui sont causées par des facteurs tels que les résistances de l’électrolyte et du matériau de l’électrode, entre autres. Cette résistance entraîne des chutes de tension dans la batterie qui se produisent aussi bien pendant les processus de charge que de décharge.

Une résistance interne élevée a de nombreuses implications. Pendant la décharge, la tension de sortie de la batterie est affectée par une résistance interne élevée qui affecte les appareils ou les systèmes qui dépendent des performances de la batterie. En outre, lorsque le courant est élevé, la chaleur est générée par ce type de résistance interne, ce qui entraîne des pertes d’énergie et l’accélération de la dégradation de la batterie.

6. Ampères de démarrage à froid (CCA)

L’un des paramètres les plus critiques de la performance des batteries au plomb, en particulier celles destinées à l’automobile, est l’ intensité de démarrage à froid (Cold Cranking Amps – CCA). Le CCA est une mesure qui indique la quantité de courant qui peut être fournie à basse température et la durée pendant laquelle ce courant peut être maintenu tout en conservant un niveau de tension minimum acceptable.

La première puissance d’une batterie illustre bien comment une batterie de bonne qualité peut faire tourner un moteur à froid. Les batteries ayant des valeurs CCA plus élevées fournissent plus de courant électrique au moteur de démarrage et permettent ainsi un allumage fiable du moteur, même en cas de conditions météorologiques difficiles telles que l’augmentation de la viscosité de l’huile moteur.

7. Taux de 20 heures et taux de 10 heures

Le taux de 20 heures et le taux de 10 heures sont utilisés pour mesurer la capacité des batteries plomb-acide sur différentes périodes.

« C20 » est le taux de décharge d’une batterie au plomb pendant 20 heures. Ce taux correspond à la capacité ou à l’énergie dont elle dispose pour fournir un courant plus régulier pendant 20 heures tout en conservant sa tension donnée. Ceci est principalement disponible pour déterminer la capacité des batteries plomb-acide à cycle profond dont les applications exigent des courants faibles soutenus sur une longue période.

De même, le taux de 10 heures, appelé « C10 », mesure la capacité de la batterie sur une période de décharge de 10 heures. Ce type de taux est principalement utilisé dans les petites batteries plomb-acide. Il peut indiquer l’efficacité ou l’inefficacité de la batterie lorsqu’elle est utilisée dans des applications nécessitant des taux de décharge plus élevés par rapport au taux de 20 heures.

Ces taux normalisent la mesure et la déclaration de la capacité des piles, de sorte que les consommateurs, ainsi que les fabricants, puissent choisir en connaissance de cause les piles qui leur conviennent, en tenant compte de leurs besoins. En outre, bien que certaines batteries soient capables de tolérer des décharges plus importantes à des rythmes plus rapides, cela affectera leur capacité car elle varie en fonction de facteurs tels que la résistance interne et les processus chimiques à l’intérieur de la batterie.

8. Durée de vie du flotteur et durée du cycle

Le flottement et la durée de vie sont des indicateurs clés de la durabilité de l’acide plombique, qui reflètent ses performances et sa longévité dans différentes conditions d’utilisation.

Durée de vie flottante : La durée de vie flottante est le moment où une batterie plomb-acide peut fonctionner de manière fiable dans un état de charge flottante avec peu ou pas de détérioration notable. Lors de la charge flottante, la batterie reste connectée à une charge de maintien continue à une tension inférieure, mais continue d’avoir un état de charge. La durée de vie flottante est nécessaire pour les applications qui requièrent une source d’énergie sûre et régulière, comme les systèmes de secours en attente et l’éclairage de secours. La durée de vie flottante, plus importante, indique pendant combien de temps les batteries peuvent tolérer des périodes prolongées de fonctionnement en veille tout en conservant leur capacité et leurs performances.

Durée de vie : La durée de vie est le nombre de cycles de charge-décharge qu’une batterie plomb-acide peut supporter sans que sa capacité ne se détériore sensiblement. Ce paramètre est utile dans les applications nécessitant des cycles fréquents, telles que le stockage des énergies renouvelables et les véhicules électriques. Une durée de vie plus longue indique la tolérance aux cycles de charge et de décharge répétés tout en maintenant la capacité et les performances d’une batterie. Des décharges plus profondes que celles recommandées affecteront la durée du cycle.

La connaissance de la durée de vie flottante et de la durée de vie cyclique aide les utilisateurs à choisir des batteries au plomb-acide correspondant aux exigences spécifiques de leur application. L’équilibre entre la durée de vie flottante et la durée de vie cyclique est important pour optimiser la durée de vie opérationnelle et l’efficacité de la batterie dans différents scénarios.

9. Performances en matière de sécurité

La sécurité est un élément important de la performance des batteries au plomb par rapport à d’autres batteries moins sujettes à l’emballement thermique, mais les batteries au plomb présentent toujours des problèmes de sécurité :

1. Gazage et ventilation : Pendant la charge, les batteries plomb-acide produisent de l’hydrogène et de l’oxygène. Dans les espaces mal ventilés ou confinés, ces gaz s’accumulent, ce qui pose un risque d’explosion. Il serait préférable d’utiliser une ventilation adéquate pour dissiper ce gaz sans poser de risque d’explosion.

2. Fuite d’acide: Les batteries plomb-acide contiennent de l’acide sulfurique comme électrolyte, de sorte qu’une fuite peut résulter de tout dommage causé au boîtier de la batterie. Cela entraîne également des risques de brûlures chimiques ainsi que des risques pour l’environnement.

3. Surcharge : En cas de surcharge, la production de gaz est plus importante, ce qui entraîne une perte d’électrolyte, une surchauffe et, éventuellement, une détérioration de la batterie. Les courts-circuits accidentels dus à des dommages ou à des défauts internes entraînent un dégagement de chaleur, des projections d’électrolyte et des risques d’incendie.

4. Entretien : La défaillance de la batterie peut résulter d’une mauvaise manipulation, notamment de l’ajout d’eau non distillée ou de méthodes de charge incorrectes, d’un dégagement de gaz ou d’une fuite d’acide.

Des techniques de manipulation, d’entretien et de stockage appropriées, ainsi que le respect des directives du fabricant, peuvent réduire les problèmes de sécurité liés aux batteries plomb-acide.

10. Caractéristiques de température

Les caractéristiques de température affectent dans une large mesure les performances des batteries plomb-acide. À différentes températures, ces batteries présentent des comportements variés : Efficacité de charge et de décharge: Le froid agit comme un obstacle aux réactions chimiques au sein de la batterie en peu de temps. Ces réactions chimiques réduites entraînent une mauvaise efficacité de la charge et de la décharge de la batterie. Des températures élevées peuvent accélérer ces réactions et accélérer la perte de capacité.

●Autodécharge : Dans des conditions environnementales extrêmes, des températures élevées peuvent accélérer le taux d’autodécharge d’une batterie, ce qui lui fait perdre de l’énergie plus rapidement lorsqu’elle est inactive. Ceci est particulièrement important dans les applications qui impliquent de longues périodes de stockage de la batterie.

●Electrolyte : Les températures extrêmes peuvent affecter la viscosité des électrolytes et réduire le flux d’ions, réduisant ainsi les performances globales de la batterie.

●La durée de vie : L’utilisation des batteries plomb-acide à des températures extrêmes, en particulier à des températures élevées, accélère les processus de vieillissement et réduit la durée de vie opérationnelle de la batterie.

Une bonne gestion de la température, telle que l’isolation ou la ventilation pendant le stockage au froid ou le fonctionnement à chaud, garantirait des performances optimales de la batterie au plomb et prolongerait sa durée de vie.

11. Norme JIS

La norme industrielle japonaise (JIS) pour les batteries plomb-acide, principalement JIS D5301, définit les exigences et les spécifications pour les batteries automobiles généralement utilisées dans les véhicules. La norme couvre différents aspects, notamment les dimensions, les caractéristiques de performance, l’étiquetage et les méthodes d’essai.

La norme JIS D5301 définit des paramètres tels que la capacité, les performances de démarrage à froid, la capacité de réserve et la résistance interne. Elle énumère également les exigences en matière d’étiquetage afin de donner aux consommateurs des informations sur les capacités d’une batterie.

Cette norme est harmonieuse car elle garantit la qualité des batteries automobiles produites et vendues au Japon, afin que les consommateurs puissent faire des choix éclairés et s’assurer de la compatibilité avec leurs véhicules. Ces lignes directrices sont suivies par les fabricants qui créent des piles répondant aux critères de performance et de sécurité stipulés. L’adhésion à la norme JIS améliore la fiabilité des batteries, soutient les réglementations industrielles et contribue au bon fonctionnement des véhicules en offrant des batteries normalisées aux performances constantes.

12. Norme EN

La norme EN (European Norm ) spécifie l’utilisation des batteries plomb-acide dans les démarreurs automobiles. Il comporte certains paramètres de conception, de performance, de sécurité et d’étiquetage d’une batterie.

Intitulée EN 50342, elle décrit des paramètres tels que la capacité, les performances de démarrage à froid, la capacité de réserve ainsi que les dimensions des bornes. Elle énumère également les méthodes d’essai permettant de les évaluer de manière à ce qu’elles soient cohérentes et précises pour les différentes marques de piles.

La norme vise à garantir la qualité, la sécurité et la fiabilité des batteries de démarrage sur ce marché. La conformité à la norme EN 50342 permet aux producteurs de fabriquer des piles répondant aux critères de performance et de sécurité établis, ce qui renforce la confiance des consommateurs et assure la compatibilité avec les véhicules. La conformité à la norme EN répond aux exigences réglementaires et améliore l’efficacité du fonctionnement des véhicules en fournissant des batteries normalisées présentant des caractéristiques de performance cohérentes.

La ligne de fond

Les accumulateurs au plomb restent d’actualité en raison de leurs caractéristiques et de leurs paramètres de performance spécifiques. De la tension et de la capacité nominales aux performances en matière de sécurité, en passant par les caractéristiques de température, ils ont prouvé la fiabilité de leur utilité et de leur polyvalence. Qu’ils soient utilisés dans des véhicules, des systèmes d’alimentation de secours ou toute autre application, la compréhension de ces paramètres est essentielle pour maximiser l’efficacité et la longévité. Au fur et à mesure que la technologie progresse, les batteries au plomb continueront très probablement d’évoluer et de rester intactes dans le monde du stockage de l’énergie.