Photographie » Piles et accus » accus » Sortes de batteries au plomb

Les batteries au plomb-acide existent sous différentes formes. Les caractéristiques générales sont les mêmes (tension de charge, courbe de décharge,...) mais certaines batteries sont adaptées pour des fonctions spécifiques.

La page générale sur les batteries plomb-acide se trouve ici.

Les batteries existent soit avec electrolyte liquide (acide sulfurique dilué), soit en construction étanche où l'acide est gélifié. Les électrodes se composent d'une grille en plomb. De la pâte de plomb est comprimée dans la grille, formant une plaque friable. La pate de plomb est perméable à l'électrolyte. Le volume des électrodes change pendant la charge et la décharge. A chaque cycle de charge/décharge les électrodes perdent de la matière active.

Batteries de type "flooded"

Les batteries de type "flooded" ont un électrolyte liquide. C'est le type d'accu qui est utilisé dans les voitures et les camions. En plus de 100 ans, ce type d'accu n'a pratiquement pas changé: voir image à droite. Ce sont des accus bon marché dont la capacité est élevée par rapport aux batteries à électrolyte gélifié. Ces accus peuvent fournir un courant très élevé. Les accus ne peuvent pas être fortement déchargés: lors de la décharge les plaques absorbent les ions sulphate et grossissent. Au fil des charges et décharges, l'accu perd ainsi de la matière active qui se retrouve au fond de l'accu et ne participe plus aux réactions. En cas de charge rapide, il y a de l'oxygène et de l'hydrogène qui sont libérés, ce qui réduit la quantité d'eau dans l'accu. Les températures élevées provoquent également une perte d'eau par évaporation. Il faut controler régulièrement le niveau de l'eau, sauf dans le cas d'accus de type "sans entretien". Ce sont les batteries que l'on retrouve dans les voitures pour le démarrage et dans les caravanes pour l'alimentation électrique quand le moteur ne tourne pas.

Les batteries d etraction et de démarrage sont de type flooded, mais certaines batteries de traction on un électrolyte gélifié (voir plus loin).

Les électrodes se dégradent à la longue: les électrodes grossissent et se réduisent lors de la charge et la décharge, produisant des déformations. Les électrodes absorbent et rejettent chimiquement l'acide, ce qui modifie la concentration de l'électrolyte. De la poussière de sulfate de plomb se détache des électrodes et tombe au fond de l'élément, réduisant la capacité. C'est pour cela qu'il y a un espace laissé vide en dessous des plaques, voir le dernier dessin. Pour réduire les contraintes mécaniques sur les électrodes, on recommande de garder la batterie chargée à plus de 80% (cela est surtout valable pour les batteries de démarrage). Malgré tout, la durée de vie d'une batterie au plomb est limitée, même si elle est utilisée correctement. Les batteries de démarrage avec leur plaques très fines sont plus sensibles aux cycles de charge/décharge.

Les batteries qui sont utilisées dans les pays chauds ont une concentration en acide moindre. Cela réduit le courant que la batterie peut fournir, mais limite l'usure prématurée qui augmente avec la température.

Batteries à électrolyte gélifié

Pour éviter la perte de matière active sur les électrodes, on mélange l'acide a un gel qui va rendre l'électrolyte visqueux. Les batteries à électrolyte gélifié sont utilisées dans les alimentations de secours, les alarmes. Elles ont une durée de vie un peu plus longue que les batteries à électrolyte liquide, mais il n'est pas possible d'ajouter de l'eau distillée. La composition des plaques est légèrement différente pour réduire la formation de gaz.

Ces accus peuvent être déchargés plus profondément (le gel maintient mieux les plaques) mais le courant maximal est moindre. Il faut limiter le courant en charge pour éviter l'électrolyse car l'eau est perdue à tout jamais. Si la durée de vie d'une batterie de voiture normale est de 4 à 5 ans, celle d'un accu à électrolyte gélifié peut atteindre 8 ans s'il est utilisé correctement (mais n'espérez pas trop).

Accus AGM (absorbed glass mat)
Les accus AGM (absorbed glass mat) sont une version spécifique des accus à électrolyte gélifié. L'électrolyte est absorbé par de la laine de verre et ce type de batterie n'a pas d'électrolyte liquide non plus. Une fine épaisseur de laine de verre suffit. Le fin film de laine de verre permet un échange plus aisé de l'oxygène et de l'hydrogène qui peuvent ainsi se recombiner plus rapidement. Ce type d'accus est utilisé dans les applications plus critiques (batteries marines). La durée de vie d'un accu AGM n'est pas vraiment meilleure, mais les accus résistent un peu mieux aux conditions extrèmes. En cas d'applications intensives (batteries militaires) il faut malgré tout remplacer les accus au bout de 3 ans.

Accus à éléments cylindriques Pour certaines applications qui demandent une résistance à l'usure accrue (par exemple batteries marines), on utilise des éléments cylindriques au lieu de rectangulaires ("prismatiques"). Ces batteries doivent pouvoir fournir le courant nécessaire pour faire démarrer le moteur de propulsion, mais doivent également pouvoir être déchargées.

Pour réduire la dégradation des électrodes, la quantité d'acide est réduite au maximum, mais cela veut également dire que les pertes en eau (electrolyte) doivent absolument être évitées. Les éléments cylindriques maintiennent mieux la pression mécanique sur les électrodes qui perdent moins de matière active lors des cycles. Les éléments sont plus solides et résistent mieux à la pression des gaz. La valve de surpression ne s'ouvre qu'à une pression plus élevée, ce qui réduit la perte en eau.

Dans une même utilisation intensive, la durée de vie de l'accu peut être doublée par rapport à un accu gel ou AGM. Le gain est moins important dans une application où le nombre de cycles est moindre, ce qui rend la batterie moins interessante pour des applications où la batterie n'est que rarement déchargée (alimentations de secours).

Alternatives

Pour des applications intensives on se tourne maintenant vers des accus lithium-fer-phosphate qui permettent plus de 1000 cycles et ont une durée de vie de plus de 10 ans. Ces batteries sont compatibles avec les batteries plomb-acide et peuvent directement les remplacer dans la plupart des applications. Le courant maximum que l'accu peut débiter est généralement limité à 1C (donc 20A pour un accu de 20Ah). C'est causé par les transistors du système de controle de l'accu (BMS = battery management system), pas par la technologie en elle même et il existe des accus qui peuvent fournir un courant plus important..

Accu spéciaux pour alimentations de secours

On utilise principalement des accus au plomb-acide dans les alimentations sans interuption (UPS). Ce sont souvent des blocs noirs de type "SLA" (sealed lead acid = accu à électrolyte gélifié).

Les alimentations sans interruption vident très rapidement les accus, l'autonomie d'un UPS est généralement limitée à 15 minutes. Cela veut dire que l'accu doit fournior un courant très important, de l'ordre de 28A pour un accu de 7Ah.

L'accu montré à droite est vidé en 5 minutes, ce qui correspond à un courant de 20A pour un accu dont la capacité est de 1.6Ah (donc 12.5C). Comparativement cela corrrespond presque au courant qu'une batterie de démarrage (voiture) doit fournir et ces accus ont également une construction spécifique comme les batteries de démarrage pour les voitures.

Tous les accus ne peuvent pas fournir un courant si important et quand on remplace l'accu il faut rechercher spécifiquement des accus pour UPS (c'est parfois indiqué sur le boitier) ou rechercher le courant maximal que l'accu peut fournir. Dans certains cas on trouve une indication comme: décharge en 15 minutes jusqu'à 1.67V (10V pour l'accu complet).

Types de
batteries plomb-acide


Batterie à électrolyte liquide


Deux types de batteries à électrolyte gélifié et
éléments de forme cylindrique


Accu conçu pour une alimentattion sans interruption
Décharge en 15 minutes minimum jusqu'à une tension de 1.67V par élément

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