Photographie » Technique: piles et accus »  Peukert

Certaines piles et accus ont une capacité plus faible quand ils sont déchargés rapidement: c'est la loi de Peukert.

Une caractéristique de certains accus et piles (principalement les piles zinc-carbone et les batteries plomb-acide) est que la capacité diminue quand on décharge la batterie avec un courant plus important.

La capacité d'une batterie est indiquée pour un courant de décharge de 0.05C (courant de décharge en 20 heures). Si une batterie a une capacité estimée de 100Ah, on la déchargera avec un courant de 5A et la batterie tiendra le coup 20 heures (jusqu'à ce que la tension minimale est atteinte, qui est de 10.5V pour une batterie au acide-plomb).

Pour déterminer la capacité effective quand la batterie est déchargée avec un courant plus ou moins fort, on utilise la loi de Peukert, dont la constante du même nom n'est pas vraiment constante, mais dépend du type de technologie utilisée:

Plus la constante est élevée, et plus l'effet se fait sentir. Cette constante ne tient pas compte de la température ni de l'état d'usure de la batterie.

Prenons une batterie de voiture neuve d'une capacité de 100Ah. Déchargée avec un courant de 5A, elle tient le coup 20 heures. Déchargée avec un courant de 15A elle tient le coup non pas 6.6h, mais 4.79h (capacité effective de 71.9Ah).

La raison de cette chute de capacité est l'électrolyte liquide (ou pateux dans certains cas). Quand un fort courant est débité, les réactions aux plaques sont très importantes, mais les séparateurs ne permettent pas une circulation aisée de l'électrolyte. Sur place, la concentration de l'acide diminue et donc également la tension disponible. Quand le courant n'est plus demandé, l'équilibrage a le temps de se réaliser et la tension remonte un peu.

L'effet ne joue pas quand la batterie doit fournir un courant très fort (démarrage d'un moteur): en effet, le démarrage est si rapide que la concentration de l'acide ne diminue pratiquement pas. Par contre l'effet se fait sentir au carré si le démarrage est laborieux: ainsi une batterie qui semblait en bon état peut brusquement rendre l'âme si elle doit lancer un moteur par grand froid.

Il ne s'agit donc pas d'une perte de capacité à proprement parler. reprenons l'exemple et supposons qu'on coupe la charge de 15A alors que la batterie a débité 70Ah. Il reste selon la formule encore 1.9Ah. Pourtant si on fait débiter un courant faible (par exemple 1A), la batterie peut fournir bien plus de deux heures de courant, en fait elle peut fournir presque 30 heures de courant!

La capacité disponible n'a en fait pas disparu, c'est simplement que la batterie n'est pas en mesure de fournir constamment l'intensité élevée.

Cest effet est visible avec pratiquement toutes les chimies (éléctrolyte aqueux liquide ou pateux). Il est particulièrement manifeste avec les piles zinc-carbone et très faible avec les accus NIMH.

L'effet apparait également avec les accus au lithium. L'effet est plus ou moins prononcé selon le type d'accu et son age. Dans l'accu, le courant est produit par le déplacement du lithium, et ce déplacement est freiné par l'électrolyte (qui sert ici principalement de séparateur et d'isolant électrique).

Dans certains cas d'accus au lithium-ion l'effet inverse se produit même: l'accu semble avoir une capacité plus élevée quand il débite un fort courant! La raison est fort simple: le courant élevé chauffe l'élément, or le rendement d'un accu au lithium-ion est maximal vers environ 40°. Voyez vous, sur ce site on a une explication à tout...

Il y a un rapport entre la constante de Peukert et le rendement énergétique d'un accu: un accu qui a un bon rendement a une faible constance de Peukert et inversément. Le rendement coulombique et énergétique d'un accu est décrit sur la page des unités de mesure.

Le phénomène de Peukert est causé par la résistance interne de l'élément. Cette résistance augmente quand l'élément doit débiter un fort courant et que les réactions chimiques peinent à suivre le régime. Il cause deux effets:

  1. la réduction de la tension quand l'élément débite (et donc le déclenchement plus rapide de l'utilisateur, puisque la tension minimale est plus rapidement atteinte)

  2. une perte d"énergie accrue dans l'élément sous forme de chaleur (dissipation Joule dans la résistance interne).
La résistance interne de l'élément augmente quand l'apport de réactifs frais sur les électrodes ne compense pas la consommation des réactifs par la décharge.

La loi de Peukert

t = h (C)k
I h
 C: capacité nominale
 h: durée de fonctionnement nominale (20 heures)
 I: courant effectif
 t: durée de fonctionnement effective
 k: constante de Peukert

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