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Les accupacks sont composés d'accus similaires montés en série pour augmenter la tension disponible.

Inversion de la tension aux bornes d'un accu en décharge

Comment peut on avoir un élément d'une batterie qui est polarisé inversément?

Prenons un petit exemple avec trois accus Nickel de 1.2V (1.5V quand ils sont chargés), un chargeur qui fournit 4.5V et une résistance de charge. Il s'agit d'un exemple, et en pratique les accus ne sont pas chargés de cette manière.

Lors de la charge, le courant circule dans un sens dans les accus, du + au - (les électrons, qu'on a découvert après avoir indiqué que le courant passe du + au - circulent en fait du - au +, mais cela ne joue aucun rôle). Comme électronicien, j'ai indiqué le sens de circulation des électrons.

En charge, le courant continue à circuler jusqu'au moment où la tension totale des accus corresponde à celle du chargeur, donc en théorie 3 X 1.5V.

Lors de la décharge, la connection avec le chargeur est coupée et la connection avec la charge est établie. Dans les accus, le courant circule maintenant dans l'autre sens. La tension de chaque accu diminue rapidement à 1.2V environ, la tension médiane des accus.

Supposons maintenant qu'un accu ait une capacité moindre (par exemple parce que les accus ne sont pas assortis). La tension de l'accu en question, par exemple l'accu du milieu chute à 1V, la tension d'un accu vide. Nous avons donc U1 = 1.2V (accu moyennement chargé), U2 = 1.0V (accu vide), U3 = 1.2V (accu moyennement chargé). La tension totale est de 3.4, le courant continue donc à circuler.

La tension de notre accu vide, qui continue à débiter, tombe rapidement à 0V. Dans une installation avec un seul accu, il n'y aurait simplement plus de courant qui circulerait. Mais ici, les deux autres accus continuent à débiter du courant. La tension totale est maintenant de 2.4V (1.2V + 1.2V + 0V), le courant est donc de moitié en comparaison d'un pack totalement chargé.

Notre accu vide se "charge" maintenant en sens inverse, et ce jusqu'au moment où les deux autres accus sont aussi vides. L'accu peut ainsi obtenir une charge "inverse". En pratique cela va détruire l'accu chargé en sens inverse (généralement il va en cours-circuit).

Dans le cas de faux packs (ce sont les accus de type AA ou triple-A qui sont branchés en série dans un appareil), il faut utiliser des accus similaires qui ont le même état de charge au départ pour éviter ce genre de situation et la destruction d'un ou de plusieurs éléments. Plus il faut d'éléments, et plus les risques sont élevés.

Un accu en cours circuit peut souvent être récupéré en tentant de la charger (dans le bon sens maintenant), mais sa capacité restera plus faible que celle des autres accus. Il faut utiliser un chargeur simple (qui ne détecte pas que l'accu est en cours-circuit) pour que la charge puisse commencer.

C'est pour limiter les risques d'inversion de polarité qu'un petit circuit de protection a été réalisé. Il coupe automatiquement la charge quand la tension passe sous une certaine limite et consomme moins que l'auto-décharge propre de l'accu.

La charge et la décharge sont expliqués de façon très théorique:

  1. Les accus nickel (quelle que soit la chimie) ne sont pas chargés avec une tension constante, mais avec un courant et la charge est coupée au bout d'un temps déterminé ou quand la tension du pack chute légèrement: quand les accus sont chargés, l'énergie apportée n'est pas accumulée sous forme chimique mais dissipée sous forme de chaleur. La chaleur réduit la résistance interne de l'accu et donc la tension chute légèrement quand l'accu est chargé (cela n'est pas d'application avec les accus nickel-fer où il se produit un dégazage important, augmentant la résistance interne).

  2. Si la charge est "intelligente" au lieu d'une simple résistance ou une lampe, elle va couper la tension à la tension limite du pack, qui est ici de 3V (1V X 3). Avec une tension de 3V, la tension de l'accu défaillant ne peut jamais passer sous 0.6V (1.2 + 1.2 + 0.6 = 3V), ce qui permet d'éviter la destruction de l'accu. Avec un pack de 4 accus, la tension de l'accu défaillant ne peut pas passer sous 0.4V (1.2 + 1.2 + 1.2 + 0.4 = 4V) et avec un pack de 5 accus la tension minimale est de 0.2V. Ce n'est qu'avec un pack de plus de 5 accus Nickel qu'un accu peut passer en négatif, même avec un circuit de monitoring.

  3. Si les accus Nickel sont assez solides et résistent aux surcharges et décharges poussées, il n'en va pas de même avec d'autres technologies. Un élément au plomb (tension médiane de 2.1V) est irrémédiablement endommagé si la tension passe sous les 1.75V. Il en va de même pour les accus lithium (tension médiane de 3.7V) qui ne peuvent pas être déchargés sous les 3V.

  4. Les accus à électrolyte liquide (éventuellement gélifiés) peuvent être surchargés, il y a simplement production d'oxygène et d'hydrogène. Tant que le courant n'est pas trop important, les gaz se recombinent dans l'accu grace à la présence d'un catalysateur. Les accus des installations d'éclairage de secours sont en charge permanente et cela ne les détruit pas. Si le courant est trop important, l'accu perd de son eau et la capacité de l'accu chute. Son fonctionnement peut être compromis à cause de la concentration trop élevée de l'électrolyte comme avec les accus plomb-acide.

  5. Dans les accus de type lithium, il n'y a pas d'électrolyte au sens classique du terme, c'est le lithium lui-même qui est déplacé d'un pôle à l'autre. Quand tout le lithium est déplacé, l'accu ne peut plus accepter de courant de charge, il est "ouvert", de la même manière qu'un interrupteur est ouvert. Si le chargeur continue à charger, la tension aux bornes de l'accu chargé va continuer à augmenter, entrainant la destruction de l'élément. C'est pour cela que les accus au lithium doivent être équipés d'un circuit d'équilibrage, qui va limiter la tension aux bornes d'un accu totalement chargé à une tension acceptable pour l'accu (généralement 4.25V). Le circuit d'équilibrage (il en faut un pour chaque élément) va consommer le courant que l'accu ne peut plus absorber.

Caractéristiques particulières des accupacks

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