Batterie au plomb - Définition et Explications

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Batteries specifications
Énergie/Poids 160 Wh/Kg
Énergie/Volume 270 Wh/L
Rendement charge-décharge 99.9 %
Énergie/Prix publique Wh/€
Auto-décharge 5% à 10% /mois
Durée de vie (La vie est le nom donné :) min. 4 à 5 ans
Nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de cycle de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) 1200 cycles
Tension (La tension est une force d'extension.) nominale 3.6 ou 3.7 V

Une batterie au plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et...) est un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) d'accumulateurs au plomb-acide disposés en série, réunis dans un même boîtier.

Ces systèmes de stockage de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) sont largement utilisés dans l'industrie et, dans l'équipement des véhicules automobiles.

Batterie d'automobile

Historique

L'accumulateur au plomb a été inventé en 1859 par le français Gaston Planté. Ce fut le premier accumulateur rechargeable.

À l'origine, les accumulateurs étaient situés dans des cuves en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...). Par la suite, on a systématisé l'emploi des cuves en plastique.

De nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), les batteries sans entretien se généralisent : cosses traitées antisulfatage, plaques au plomb-calcium, supprimant le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de refaire le niveau de liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...), et donc permettant le scellement.

Caractéristiques techniques

Une batterie au plomb se caractérise essentiellement par :

  • La tension nominale qui dépend du nombre d'éléments, la tension nominale U est égale au nombre d'éléments multiplié par 2,1 V
  • La capacité de stockage, notée C, qui s'exprime en ampères pendant 1 heure : l'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il...) théorique correspondante est C x U, exprimée en Wh. (Notons que la valeur en Ah n'a de valeur que pour une tension ou plutôt une plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de...) de tension. Généralement on considère qu'un accumulateur au plomb est déchargé lorsqu'il atteint la tension de 1.8 V, donc une batterie de 6 éléments ou 12 V est déchargée, lorsqu'elle atteint la tension de 10.8 V).
  • Le courant maximal qu'elle peut fournir pendant quelques instants, ou courant de crête en ampères CCA.

Ces valeurs maximales sont donnés par le constructeur pour une batterie neuve et chargée à 100%, elles varient sensiblement en fonction de l'état de charge, se dégradent en fonction du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) ainsi, que de l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) qui est fait de la batterie.

  • Les réactions électrochimiques aux électrodes sont les suivantes :

Anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la...) (oxydation):

\mbox{Pb} (s) +\mbox{SO}_{4}^{2-} (aq) \leftrightarrow \mbox{PbSO}_{4} (s) +2e^- \quad\epsilon^o = -0.356 \ \mathrm{V}

Cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction...) (réduction):

\mbox{PbO}_{2} (s) +\mbox{SO}_{4}^{2-} (aq) +4\mbox{H}^++2e^- \leftrightarrow \mbox{PbSO}_{4} (s) +2\mbox{H}_2\mbox{O} (l) \quad\epsilon^o = 1.685 \ \mathrm{V}

Performances

La batterie au plomb est celle qui a le plus mauvais rapport masse/énergie (35 Wh/kg) après la batterie Nickel-Fer. Cependant, elle est capable de fournir une grande intensité, utile pour le démarrage électrique des moteurs à combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...).

Utilisation

Cette batterie sert à alimenter les composants électriques des véhicules à moteur à explosion (Le moteur à explosion est un moteur à combustion interne principalement utilisé pour...), particulièrement le démarreur (Le démarreur est un moteur électrique auxiliaire alimenté par la batterie d'accumulateurs et...) électrique, alimentée par une dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en...) ou un alternateur.

Historiquement, les batteries de voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) ou de motocyclettes faisaient le plus souvent 6 volts (3 éléments). À l'époque moderne, les batteries à 12 volts (6 éléments) sont généralisées sur les voitures et motocyclettes, alors que les véhicules lourds ou militaires utilisent le 24 volts.

Les batteries au plomb servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) aussi à alimenter toutes sortes d'engins électriques. Les voitures électriques ont toujours échoué du fait du mauvais rapport masse/énergie des batteries.

Ces batteries peuvent servir à stocker de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) produite par intermittence, comme l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de...) ou éolienne (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être...).

Causes de dégradation

Les principales causes de dégradation des batteries sont :

  • la sulfatation
  • la décharge complète
  • le cyclage
  • l'oxydation des électrodes
  • Oxydation des bornes

La sulfatation

Une tension aux bornes de la batterie inférieure à 12,2 V (pour une tension nominale de 12 V) enclenche le processus de sulfatation interne des plaques. Un maintien prolongé à une tension inférieure ou égale à cette valeur engendre une détérioration irréversible de la batterie réduisant sa puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de démarrage. Une batterie sulfatée soumise à une recharge reprend sa tension nominale mais sa puissance au démarrage est amputée. 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 égale 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 (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un...) automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) et pourra provoquer, par exemple, une panne immobilisante dès les premiers froids. De manière générale, 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 (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) de la batterie (entre 2 et 6 MHz). Durant ce processus, les ions de souffre entrent en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) avec les plaques, ce qui a pour effet de dissoudre le sulfate de plomb qui les recouvre. [1]

La décharge complète

Pour un véhicule automobile, la décharge complète de la batterie intervient généralement par une faible consommation pendant une durée prolongée (ex plafonniers) ou par une consommation importante (ex feux de croisement, ventilation), moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) à l'arrêt. La tension est alors très faible aux bornes de la batterie, inférieure à 10 volts pour une batterie dont la tension nominale est de 12 V.

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

Les batteries en état de décharge complète doivent être rechargées dans un délai (Un délai est d'après le Wiktionnaire, « un temps accordé pour faire une...) 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 (Dans cette simple équation d’onde :) des cycles, la batterie est usée : l'électrolyte présente un aspect noirâtre.

Exemple : L'utilisation répétée d'un hayon (Le hayon désigne l'ensemble lunette arrière/porte de coffre s'ouvrant ensemble.) élévateur moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) à l'arrêt accélère l'usure de la batterie par cyclage.

Oxydation des électrodes

L'oxydation est une cause de dysfonctionnement des batteries. Lorsque le niveau d'électrolyte est trop bas, les plaques entrent au contact de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) 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(ex: équipements auxiliaires...), d'une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) extérieure importante (supérieure ou égale à 30 °C) ou d'une tension de charge trop élevée.

Oxydation des bornes

Il arrive qu'une batterie dont les cosses ne sont pas assez serrées, ou qui ne sert que très peu, voie ses bornes s'oxyder, ce qui empêchera le courant de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) et donc, à terme, une décharge complète.

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