Batteries : Durée de vie

 

Batteries : Durée de vie

Dans cet article nous allons parler des effets du vieillissement des batteries, en particulier de la résistance interne.

On sait tous que la capacité d'une batterie diminue avec l'âge, et surtout le nombre de recharges qu'on lui fait subir. Mais une autre caractéristique est modifiée : sa résistance interne.

Toute batterie a une résistance interne. Cette résistance série impacte directement ses performances. Lors de la recharge ou de la décharge elle va empêcher le courant de circuler librement.

Comment mesurer cette résistance ?

1. Expérience

Faisons une expérience : chargeons deux batteries de vapoteuse 21700 4000mAH, la première achetée il y a deux ans, l'autre achetée très récemment.

Le chargeur IMAX B6 est réglé comme suit :

• courant de charge : 1.5A
• batterie 1S : tension de fin de charge 4.2V

Comme tout chargeur LITHIUM ou LIPO qui se respecte, l'IMAX B6 commence par recharger la batterie à courant constant, ici 1.5A, jusqu'à ce que la tension atteigne 4.2V. Ensuite il continue la recharge à tension constante jusqu'à ce que le courant descende à 10% du courant nominal, donc 150mA.

Lorsque je recharge la batterie neuve, la tension en fin de charge est bien de 4.2V et reste à cette valeur même plusieurs jours après.

Lorsque je recharge la batterie usagée, la tension en fin de charge est de 4.18V et baisse légèrement pendant les heures suivantes, jusqu'à 4.10V.

On peut en déduire deux choses :

• la batterie usagée possède une résistance interne plus forte
• la batterie usagée a tendance à fuir

Quelle est la valeur de cette résistance ? C'est facile à calculer :

R = (4.2V - 4.18V) / 150mA = 0.133Ω

Cette valeur très loin d'être négligeable. Ce sont des batteries capables de délivrer 20A sur des charges de valeurs très basses, de l'ordre de 0.2Ω à 0.5Ω. On voit bien que si l'on cherche à débiter 20A dans une charge de 0.2Ω, le tiers de l'énergie va être gaspillé dans la résistance interne de la batterie.

2. Durée de vie

La durée de vie d'une batterie est donnée en nombre de cycles de recharge. Les plus courantes supportent 300 à 500 recharges. Les plus durables, comme les LiFePO4, supportent jusqu'à 7000 cycles.

Avant de décider quelle batterie utiliser dans un montage il vaut mieux examiner de près les conditions d'utilisation :

• courant nécessaire
• fréquence des recharges

Il faut aussi tenir compte de la température. La plage de fonctionnement optimale d'une batterie LITHIUM se situe entre 15°C et 35°C. Une température élevée ou très basse réduit les performances. Il faut également éviter de recharger une batterie LITHIUM si la température est négative.

Bien souvent, lorsque les conditions climatiques sont défavorables, on adopte des batteries au plomb, à électrolyte gélifié de préférence.

3. Surveillance

Afin d'éviter les problèmes une batterie doit être surveillée. Dans un article récent je parlais d'un détecteur de fumée BOSCH capable d'émettre un bip en cas de batterie trop faible.

Avec nos montages DIY on peut faire exactement la même chose. A l'aide de quelques lignes de code on peut faire des mesures automatiques régulières de la tension, afin d'en déduire la capacité restante.

On peut également surveiller le comportement du montage afin de signaler les anomalies (blocage moteur inattendu, contact de fin de course, etc.). L'organe de signalisation doit être adapté au cas envisagé :

• LED émettant un ou des FLASHs
• buzzer
• mail
• SMS
• serveur domotique
• etc.

L'organe de signalisation doit également être accessible. Il ne servirait à rien de faire clignoter une LED si l'on n'est pas présent sur place pour constater qu'elle est allumée !

Tous mes équipements domotique alimentés par batterie sont capables d'envoyer régulièrement la capacité restante de celle-ci à un serveur DOMOTICZ, mais également l'état de fonctionnement de leurs organes principaux (l'état de la porte de mon poulailler par exemple).

Mon dispositif de surveillance est basé sur un ESP8266, un afficheur TFT et un buzzer :

Un afficheur TFT pour DOMOTICZ ou JEEDOM (version ESP8266)

4. Conclusion

L'expérience citée ci dessus est un cas extrême. Peu de montages sont appelés à consommer des courant aussi élevés. Cela donne tout de même une bonne idée de l'état d'une batterie au bout de quelques années de fonctionnement dans des conditions sévères. 

Si l'on avait affaire à un montage destiné à piloter un moteur, la résistance interne pourrait limiter le courant délivré au moteur, et empêcher celui-ci de tourner à la vitesse prévue. En fonction de la charge mécanique, le moteur pourrait aussi ne pas avoir suffisamment d'énergie pour pouvoir manœuvrer celle-ci, et se bloquer.

Il faut donc être vigilent, et ne pas chercher à prolonger l'utilisation de batteries délivrant des courants importants. Il vaut mieux les changer régulièrement, et réutiliser les batteries usagées dans des montages moins gourmands.

La surveillance est également un point important. On ne peut pas laisser indéfiniment un montage alimenté par batterie vivre sa vie sans s'en occuper.

Cordialement

Henri