Caractéristiques d'une batterie
Une batterie au plomb se caractérise essentiellement par :
Tension électrique : La tension, ou potentiel (en volts), est un paramètre important. Fixée par le potentiel d'oxydo-réduction du couple redox utilisé, elle est de l'ordre d'un à quelques volts pour un élément. En pratique des tensions plus élevées sont requises, typiquement de 12, 24 voire 48 V. Il suffit alors de raccorder des éléments du même type en série pour augmenter la tension, au sein d'une batterie d'accumulateurs.
Charge électrique : La charge électrique (la quantité d'électricité emmagasinée par l'accumulateur) est exprimée en Ah (ou mAh : (milli) ampère-heure). Dans la pratique, elle se mesure en multipliant un courant constant (en ampères) par le temps de charge/décharge (en heures).
Énergie stockée : L'énergie stockée dans la batterie est égale à sa charge électrique multipliée par la tension moyenne sous laquelle cette charge est déchargée. L'énergie stockée se mesure habituellement en watts-heures (Wh).
La capacité de la batterie ou bien énergie stockée dans la batterie est calculer par:
où W (en Wh) est l'énergie stockée, V (en volts V) est la tension aux bornes de la batterie, Q est la quantité d'électricité stockée en Ampère heure (Ah).
Débit maximum : Le débit maximum, ou courant de pointe, d'un accumulateur se mesure en ampères. Il est généralement spécifié en amplitude et en durée et est généralement largement supérieur au débit permanent autorisé.
Résistance interne : La résistance interne, exprimée en ohms, est la résistance qui provoque une chute de tension lors de la charge et de la décharge, induisant des pertes par effet joule. La résistance interne limite les courants de charge et de décharge.
Taux de charge et de décharge (C rate) : Le taux de charge et de décharge (C rate) d'une batterie est défini par le temps nécessaire pour que la batterie se charge ou se décharge complètement. L'unité de charge est le rapport entre le courant de charge en A et la capacité C en Ah. Une valeur de 0,5 C correspond à 0,5 A pour une capacité de 1 Ah, ou à 1 A pour une capacité de 2 Ah. Dans les deux cas précédents, la charge dure 2 h.
Le taux de charge et décharge énergie est calculer par :
où \(Emax\) (en Ah) est l'énergie stockée, Q est la quantité d'électricité stockée en Ampère heure (Ah).
Le temps de charge ou de décharge d'une batterie évolue selon le taux de charge et de décharge (C rate) comme suit :
Exemple : Une batterie a une capacité 2300mAh et un taux de charge/décharge = 0,5C
2300mAh = 2.3Ah, donc le courant de charge et décharge égale 0,5C x 2,3Ah = 1,15Ah.
\(t (heur) = 1 / 0.5C = 2 h\)
\(t (minutes) = 60 / 0,5C = 120 min\)
Efficacité énergétique : L'utilisation de la batterie à travers charge puis décharge donne lieu à des pertes. Ces pertes sont caractérisées par une efficacité énergétique.
Densité : La densité de puissance en pointe, ou puissance spécifique, correspond à la puissance maximale rapportée à la masse de l'accumulateur (exprimée en watts par kilogramme, W/kg). De la même manière, on peut calculer la puissance rapportée au volume, moins usitée. Cette puissance spécifique est surtout fonction inverse de la résistance interne de l'accumulateur.
Vieillissement et usure : Le vieillissement et l'usure entraînent une perte progressive de la capacité des batteries avec le temps (plusieurs années) et l'usage (plusieurs centaines ou milliers de cycles de charge et de décharge). Ils sont souvent fortement dépendant des conditions d'emploi (amplitude du cyclage, température de stockage et d'utilisation). [1]