Guide technique --- Chargeurs et batteries : les essentiels
Le marché en constante expansion des équipements portables engendre une demande croissante de batteries plus performantes et d'une durée de vie accrue. Pour répondre à ces exigences, la capacité et les performances des cellules rechargeables n'ont cessé de progresser, depuis l'introduction des batteries commerciales nickel-cadmium (NiCd) et plomb-acide scellées (SLA) dans les années 1960 jusqu'aux technologies plus récentes nickel-hydrure métallique (NiMH) et lithium-ion (Li-I ou Li+). Chaque type de cellule présente des avantages, mais le choix de la cellule la plus adaptée à une application donnée dépendra autant de considérations économiques que de ses atouts techniques.
Éléments essentiels de la batterie
Le tableau présente certaines caractéristiques de fonctionnement et de charge des types d'accumulateurs secondaires les plus courants. Les performances variant selon le fabricant, ces données ne doivent être utilisées qu'à titre indicatif. Les courants de charge maximaux autorisés varient également, mais à partir de ces valeurs et de la capacité en ampères-heures (C) de l'accumulateur, il est possible de calculer les temps de charge rapide selon les formules indiquées. Il convient de noter qu'il s'agit de règles empiriques, basées sur une vaste expérience, et que la capacité restituée dépend fortement de l'état initial et de l'âge des accumulateurs.
| Caractéristiques | SLA(AGM) | NiCd | NiMH | Polymère Li+/Li- |
| Densité énergétique (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Cycles de fonctionnement (typiques) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Température de fonctionnement (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Courant de charge maximal (A) | 0,25°C | 2C | 1C | 1C |
| Méthode de facturation | Tension constante | Courant constant | Courant constant | Courant/tension constant |
| Temps de charge rapide (h) | C/A + 2 heures | C/A + 20% | C/A + 20% | C/A × 2 |
Choisir les chargeurs adaptés aux batteries
Les utilisateurs apprécient un chargeur qui recharge les batteries le plus rapidement possible. Cependant, la vitesse n'est pas le seul critère de conception. Si la charge peut être effectuée pendant la nuit, un chargeur d'entretien adapté peut être très compact, car il ne nécessite pas un courant élevé. Il sera également probablement léger, facilement transportable et relativement peu coûteux à produire.
Les batteries au plomb étanches nécessitent une charge à tension constante limitée par le courant. Pour les batteries au plomb étanches utilisées en veille, une charge continue à 2,25 V/élément est suffisante. À ce potentiel, la batterie ne se surcharge pas et peut rester connectée indéfiniment sans s'endommager. Pour les batteries NiCd et NiMH, l'équivalent est une charge à courant constant de 0,1 C pendant une nuit (14 h). Si la plupart des batteries au plomb étanches et NiCd supportent une charge d'entretien prolongée, pour les batteries NiMH, la charge doit être interrompue afin d'éviter tout dommage.
Cependant, quels sont les facteurs à prendre en compte lors du choix d'un chargeur rapide ? Des vitesses de charge très élevées peuvent nuire à la durée de vie des cellules. Les fabricants de batteries n'accordent pas toujours la priorité à la mise en garde concernant la réduction de la durée de vie et les cycles de recharge réalistes, et lorsqu'ils le font, les détails sont souvent peu clairs. Une charge rapide réussie, jusqu'à 2C, nécessite une surveillance intelligente des paramètres de la batterie à chaque étape du cycle de charge. La dernière génération de chargeurs intelligents compense les effets des circuits de protection et les variations de température et de résistance de contact. Une caractéristique essentielle des chargeurs rapides est la réduction automatique de la vitesse de charge avant la surcharge et l'augmentation subséquente de la température et de la pression.
Les caractéristiques de charge des cellules NiCd et NiMH sont similaires, bien que les NiMH génèrent davantage de chaleur pendant la charge et que la tension de crête soit moins marquée. Différentes techniques de fin de charge rapide à courant constant sont utilisées pour les deux types de cellules. Parmi celles-ci, on trouve le dV/dt (taux de variation de la tension à proximité de la tension de crête), le -dV (chute de tension après la crête) et la mesure de la température de la cellule une fois la charge complète. Un circuit de reformage et de conditionnement des cellules endommagées, non formées ou anciennes avant la charge rapide est également fortement recommandé pour les cellules à base de nickel. Bien entendu, toutes ces fonctionnalités ont un coût, mais sans cette sophistication, les cellules risquent d'être gravement endommagées, ce qui limiterait leur capacité et leur durée de vie, et engendrerait des risques pour la sécurité.
La charge des cellules Li-I est similaire à celle des batteries au plomb-acide (SLA), les deux nécessitant une tension constante limitée par le courant. Cependant, pour les Li-I, il est essentiel que le chargeur intègre une coupure de courant en fin de charge et une minuterie de sécurité pour une protection optimale. Compte tenu des exigences spécifiques à chaque application, les systèmes de charge Li-I doivent être intégrés à la conception du pack batterie dès que possible. La nouvelle génération de chargeurs intelligents Li-I de Lawtronics répond aux critères définis par les fabricants de cellules et peut être configurée pour s'adapter à la plupart des exigences des équipementiers.
La technologie des batteries continue d'évoluer lentement mais sûrement, et une conception intelligente des chargeurs peut garantir que l'utilisateur bénéficie d'un maximum d'avantages.