Classification de la batterie

Parce que les batteries créent un flux de courant dans un circuit en échangeant des électrons dans des réactions chimiques ioniques, et qu'il y a un nombre limité de molécules dans toute batterie chargée disponibles pour réagir, il doit y avoir une quantité limitée de charge totale que toute batterie peut motiver à travers un circuit avant ses réserves d'énergie sont épuisées. La capacité de la batterie pourrait être mesurée en termes de nombre total d'électrons, mais ce serait un nombre énorme. On pourrait utiliser l'unité du coulomb (égal à 6,25 x 10₁₈ électrons, ou 6 250 000 000 000 000 000 électrons) pour rendre les quantités plus pratiques à utiliser, mais à la place une nouvelle unité, l'amp-heure , a été créé à cet effet. Puisque 1 ampère est en fait un débit de 1 coulomb d'électrons par seconde, et qu'il y a 3600 secondes dans une heure, on peut énoncer une proportion directe entre les coulombs et les ampères-heures :1 ampère-heure =3600 coulombs. Pourquoi créer une nouvelle unité alors qu'une ancienne aurait très bien fait l'affaire ? Pour vous compliquer la vie d'étudiants et de techniciens, bien sûr !

Application amp-heure pour mesurer la capacité de la batterie

Avant devenir complètement déchargé. Dans une batterie idéale, cette relation entre le courant continu et le temps de décharge est stable et absolue, mais les vraies batteries ne se comportent pas exactement comme cette formule linéaire simple l'indiquerait. Par conséquent, lorsque la capacité en ampères-heure est donnée pour une batterie, elle est spécifiée soit à un courant donné, soit à un temps donné, soit supposée être évaluée pour une période de 8 heures (si aucun facteur limitant n'est donné).

Par exemple, une batterie automobile moyenne peut avoir une capacité d'environ 70 ampères-heures, spécifiée à un courant de 3,5 ampères. Cela signifie que la durée pendant laquelle cette batterie pourrait fournir en continu un courant de 3,5 ampères à une charge serait de 20 heures (70 ampères-heures / 3,5 ampères). Mais supposons qu'une charge de résistance inférieure soit connectée à cette batterie, consommant 70 ampères en continu. Notre équation ampères-heures nous dit que la batterie devrait tenir exactement 1 heure (70 ampères-heures / 70 ampères), mais cela pourrait ne pas être vrai dans la vraie vie. Avec des courants plus élevés, la batterie dissipera plus de chaleur à travers sa résistance interne, ce qui a pour effet de modifier les réactions chimiques qui s'y déroulent. Il y a de fortes chances que la batterie se décharge complètement quelque temps avant le temps calculé de 1 heure sous cette plus grande charge.

Inversement, si une charge très légère (1 mA) était connectée à la batterie, notre équation nous dirait que la batterie devrait fournir de l'énergie pendant 70 000 heures, soit un peu moins de 8 ans (70 ampères-heures / 1 milliampère), mais il y a de fortes chances qu'une grande partie de l'énergie chimique dans une vraie batterie ait été épuisée en raison d'autres facteurs (évaporation de l'électrolyte, détérioration des électrodes, courant de fuite dans la batterie) bien avant que 8 ans ne se soient écoulés. Par conséquent, nous devons considérer la relation ampères-heures comme étant une approximation idéale de la durée de vie de la batterie, la valeur nominale des ampères-heures ne faisant confiance qu'à proximité du courant ou de la durée spécifiés donnés par le fabricant. Certains fabricants fourniront des facteurs de déclassement ampère-heure spécifiant les réductions de la capacité totale à différents niveaux de courant et/ou de température.

Pour les cellules secondaires, la valeur nominale de l'ampère-heure fournit une règle pour le temps de charge nécessaire à n'importe quel niveau de courant de charge donné. Par exemple, la batterie automobile de 70 ampères-heures de l'exemple précédent devrait prendre 10 heures pour se charger à partir d'un état complètement déchargé à un courant de charge constant de 7 ampères (70 ampères-heures / 7 ampères).

Les capacités approximatives en ampères-heures de certaines batteries courantes sont indiquées ici :

• Batterie automobile typique :70 ampères-heures à 3,5 A (cellule secondaire)
• Batterie carbone-zinc de taille D :4,5 ampères-heures à 100 mA (cellule primaire)
• Batterie carbone-zinc 9 volts :400 milliampères-heures à 8 mA (cellule primaire)

Comment vérifier l'état de la batterie - avec et sans charge ?

Lorsqu'une batterie se décharge, non seulement elle diminue sa réserve d'énergie interne, mais sa résistance interne augmente également (à mesure que l'électrolyte devient de moins en moins conducteur) et sa tension de cellule en circuit ouvert diminue (à mesure que les produits chimiques deviennent de plus en plus dilués). ). Le changement le plus trompeur qu'une batterie en décharge présente est une résistance accrue. La meilleure vérification de l'état d'une batterie est une mesure de tension sous charge , tandis que la batterie fournit un courant substantiel à travers un circuit. Sinon, un simple contrôle du voltmètre aux bornes peut faussement indiquer une batterie saine (tension adéquate) même si la résistance interne a considérablement augmenté. Ce qui constitue un « courant substantiel » est déterminé par les paramètres de conception de la batterie. Un contrôle du voltmètre pour révéler une tension trop basse, bien sûr, indiquerait positivement une batterie déchargée :

Batterie complètement chargée :

Maintenant, si la batterie se décharge un peu. . .

. . . et décharge un peu plus loin. . .

. . . et un peu plus loin jusqu'à sa mort.

Remarquez à quel point la véritable condition de la batterie est révélée lorsque sa tension est vérifiée sous charge plutôt que sans charge. Est-ce à dire qu'il est inutile de contrôler une batterie avec juste un voltmètre (sans charge) ? Et bien non. Si une simple vérification du voltmètre révèle seulement 7,5 volts pour une batterie de 13,2 volts, alors vous savez sans aucun doute qu'elle est morte. Cependant, si le voltmètre indiquait 12,5 volts, il pourrait être presque complètement chargé ou quelque peu épuisé - vous ne pourriez pas le dire sans un contrôle de charge. Gardez également à l'esprit que la résistance utilisée pour placer une batterie sous charge doit être évaluée en fonction de la quantité d'énergie à dissiper. Pour vérifier les grosses batteries telles qu'une batterie au plomb d'automobile (12 volts nominal), cela peut signifier une résistance avec une puissance nominale de plusieurs centaines de watts.

AVIS :

• L'amp-heure est une unité de capacité énergétique de la batterie, égale à la quantité de courant continu multipliée par le temps de décharge, qu'une batterie peut fournir avant d'épuiser sa réserve interne d'énergie chimique.

• Une valeur nominale de batterie en ampères-heures n'est qu'une approximation de la capacité de charge de la batterie et ne doit être fiable qu'au niveau ou à l'heure spécifiés par le fabricant. Une telle valeur nominale ne peut pas être extrapolée pour des courants très élevés ou des durées très longues avec une quelconque précision.
• Les batteries déchargées perdent de la tension et augmentent leur résistance. Le meilleur contrôle pour une batterie morte est un test de tension sous charge.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur les piles
• Feuille de travail d'utilisation du voltmètre de base