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Bien choisir une batterie

Une batterie est un dispositif composé d’une ou plusieurs cellules électrochimiques avec des connexions externes qui permettent d’alimenter des dispositifs électriques. Dans ce guide nous allons aborder tous les types de batteries rechargeables ainsi qu’une technologie non rechargeable (alcaline).

Les batteries rechargeables sont produites sous de nombreuses formes et tailles différentes, allant des piles boutons aux systèmes de mégawatts connectés pour stabiliser des réseaux de distribution électrique. Plusieurs combinaisons différentes de matériaux d’électrodes et d’électrolytes sont utilisées, y compris le plomb-acide, le nickel-cadmium (Ni-Cd), le nickel-hydrure métallique (NiMH), le lithium-ion (Li-ion) et le polymère lithium-ion (polymère Li-ion).

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  • Comment choisir une batterie ?

    Quand vous choisissez une batterie, vous devez prendre en compte les caractéristiques ci-dessous :

    • La capacité de la batterie en milliampères-heure (mAh) (méthode de calcul fournie ci-dessous).
    • Le voltage, qui est dicté par les matériaux utilisés pour les électrodes et qui peut aller de 3,2 à 4 V pour les batteries au lithium et de 1,2 à 2 V pour les autres.
    • La température de fonctionnement.
    • La taille de la batterie ainsi que sa forme.
    • Le type d’utilisation.
    • Le prix.

    Toutes les batteries ont deux caractéristiques communes :

    • Leur tension, exprimée en volts (V) : les batteries rechargeables sont généralement de 12 V. Pour les éléments plus importants avec des tensions de 12 V, 24 V ou 48 V, on utilise des éléments séparés de 2 V, prévus pour être assemblés en série, et qui ont une durée de vie d’environ 10 ans.
    • Leur capacité, exprimée en ampères-heure (Ah) : pour l’augmenter, on doit brancher plusieurs batteries en parallèle.

    Quand on multiplie la tension par la capacité, on obtient la quantité d’électricité emmagasinée en kilowattheure (kWh). Exemple : une batterie de 12 V – 100 Ah contient théoriquement 12 x 100 = 1 200 Wh = 1,2 kWh.

    En fonction de ces caractéristiques, il vous faudra choisir la technologie, également appelée type de batterie et composition chimique : plomb-acide, nickel, lithium. Il n’existe pas de technologie de batterie meilleure qu’une autre. Chaque batterie a ses forces et ses faiblesses, et il appartient aux opérateurs des applications nécessitant des batteries de choisir celle qui répond le mieux à leurs exigences.

    Les batteries ont une durée de vie et un nombre de cycles prédéterminés à l’avance par le climat (température ambiante) et par leur type d’utilisation (profondeur de décharge). Pour augmenter leur durée de vie et en optimiser le fonctionnement, il convient de suivre les recommandations de stockage et d’utilisation.

     

  • Comment dimensionner correctement une batterie ?

    Pour dimensionner la batterie dont vous avez besoin, il faut compter toutes les consommations prévues dans une journée et diviser cette somme (en watts par jour) par la tension de courant continu (en volts). Il est déconseillé de décharger certaines batteries, notamment celles au plomb, à moins de 50 %. Pour obtenir la puissance minimum dont vous avez besoin il faut diviser ce résultat (en ampères/jour) par 0,5. Travailler en 24 V vous permet de diviser la puissance nécessaire par deux par rapport à une utilisation en 12 V, voire par quatre si vous travaillez en 48 V. Si vous avez plusieurs appareils qui fonctionnent en même temps, il est préférable d’avoir plus de puissance.

  • Pourquoi choisir une batterie au lithium ?

    Une batterie au lithium est un accumulateur électrochimique qui utilise comme élément chimique le lithium. Tout matériau contenant du lithium peut être à la base d’une batterie lithium-ion. Il est donc très délicat de donner des règles générales à propos de cet accumulateur, les marchés de fort volume (appareil photo, téléphone portable…) et de fortes énergies (véhicule hybride, électrique, aéronautique…) n’ayant pas les mêmes besoins en termes de durée de vie, de coût ou de puissance.

    Il existe différents types de batteries lithium :

    • Lithium-ion (Li-ion) : des batteries très stables avec une densité énergétique très élevée (la plus élevée du marché).
    • Lithium-polymère (Li-Po) : cette technologie lithium-ion utilise un électrolyte polymère au lieu d’un électrolyte liquide. Des polymères semi-solides à haute conductivité forment cet électrolyte. C’est une technologie sèche prometteuse.
    • Lithium fer phosphate (LiFePO4) : la densité d’énergie de cette batterie est plus faible que pour les autres technologies mais l’accumulateur LiFePO4 offre une excellente durée de vie et une grande sûreté. Ces batteries sont idéales pour les alimentations de secours (UPS).

    Avantages :

    • Haute densité d’énergie, ce qui permet de réduire les poids et volumes de vos batteries.
    • Peu de maintenance.
    • Rechargeables.
    • Longue durée de vie.
    • Auto-décharge très faible.
    • Grande variété de formes.
    • Effet mémoire limité.

    Inconvénients :

    • Plus onéreuses que les autres technologies.
    • Nécessitent un circuit de protection car dangereuses.
    • Règlement strict pour le transport.
    • S’usent même sans utilisation.

    Cycles : fournissent environ 1 300 cycles à 100 % de décharge.

    Applications (tous lithiums confondus) :

    • Stockage d’énergie solaire et éolienne.
    • Stockage d’énergie électrique.
    • Applications autonomes (éclairage public, horodateurs, caméras de sécurité, radars pédagogiques, feux de circulation…).
    • Mobilité (vélos électriques, véhicules électriques [utilitaires ou industriels], robotique, aéronautique, drones, marine…).
    • Énergie portable (batteries, convertisseurs, groupes de puissance).
  • Pourquoi choisir une batterie au plomb ?

    On différencie deux types de batteries au plomb :

    • Les batteries au plomb ouvertes avec un électrolyte d’acide sulfurique dilué par de l’eau. Leur particularité est que ce sont des accumulateurs fiables, dont la technologie est bien connue depuis le XIXe siècle et maîtrisée. Ces batteries ont l’inconvénient d’être influencées par les changements de température. De plus, elles demandent un entretien régulier (remise à niveau avec de l’eau distillée), leur électrolyte s’évaporant avec le temps.
    • Les batteries au plomb fermées avec un électrolyte gélifié. Elles ont l’avantage d’être sans entretien, facilement manipulables (pas de fuite), avec une stabilité parfaitement contrôlée par le fabricant. Elles fournissent en général environ 400 cycles à 80 % de décharge.

    Avantages :

    • Fiabilité.
    • Bonne durée de vie.
    • Pas d’effet mémoire.
    • Peu chères.
    • Taux d’auto-décharge faible, 5 à 10 % par mois

    Inconvénients :

    • Poids élevé.
    • Faible autonomie.
    • Sensibles au froid.
    • Maintenance régulière (uniquement pour les batteries ouvertes).
    • Faible densité d’énergie.

    Applications :

    • Industrie.
    • Équipement des véhicules ferroviaires et automobiles (camions compris), avions, satellites…
  • Pourquoi choisir une batterie au nickel ?

    Les batteries au nickel-hydrure métallique, connues sous le nom de batteries NiMH (de l’anglais nickel-metal hydride), ont quasiment remplacé les batteries Ni-Cdau nickel-cadmium car elles sont moins nocives pour l’environnement. En effet, la présence de cadmium dans les accumulateurs Ni-Cd pose des problèmes de recyclage des batteries en fin de vie. Les batteries NiMH ont une grande densité énergétique et peuvent être complètement déchargées sans porter préjudice à leur durée de vie.

    Elles ont l’inconvénient d’être de faible capacité, ce qui en fait des accumulateurs plutôt destinés à alimenter des appareils portables où l’autonomie dépasse rarement quelques heures. Elles fournissent en général entre 500 et 700 cycles à 80 % de décharge.

    Avantages des batteries Ni-Cd :

    • Durée de vie très longue, jusqu’à 20 ans.
    • Peuvent supporter des températures extrêmes (-20 °C à +40 °C).
    • Faible résistance interne : une densité d’énergie élevée, associée à une capacité de charge rapide.
    • Plus légères que les batteries au plomb.

    Inconvénients des batteries Ni-Cd :

    • Plus chères.
    • Polluantes : le nickel et le cadmium sont tous deux toxiques. Les processus d’élimination/recyclage des batteries sont coûteux.
    • Effet mémoire, il faut décharger complètement la batterie avant de la recharger.
    • Autonomie moyenne.

    Avantages des batteries NiMH :

    • Proches des Ni-Cd.
    • Souffrent moins de l’effet mémoire.
    • Bénéficient d’une meilleure autonomie.

    Inconvénients des batteries NiMH :

    • Plus onéreuses.
    • Sujettes au phénomène d’auto-décharge.
  • Pourquoi choisir une batterie alcaline ?

    Les modèles les plus courants sont la pile alcaline zinc-dioxyde de manganèse (Zn-MnO2) et la pile alcaline lithium-dioxyde de manganèse (Li-MnO2). La pile alcaline a surtout un usage domestique. Les principaux formats sont les formats cylindriques (LR3, LR6, LR14, LR20) et les formats bouton. Par leur taille et leur poids, les piles alcalines sont beaucoup utilisées dans les appareils portables à faible puissance tels que les télécommandes, les lampes torches, les horloges, les jouets, etc.

    Avantages :

    • Pas chères.
    • Densité d’énergie raisonnable.
    • Disponibilité.

    Inconvénient :

    • Les alcalines ne sont normalement pas rechargeables.
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