Introduction
Une pile n’est rien d’autre qu’une collection de mini usines chimiques appelées des cellules. Une cellule de pile est un arrangement de deux types de plaques de métal – anode et cathode – trempées dans un liquide conducteur (un acide). Lorsqu’on connecte ces plaques par un circuit électrique, une réaction chimique transfère des électrons de l’anode à la cathode, produisant alors un courant électrique.
Comment le courant électrique est-il généré?
Fondamentalement, c’est une réaction chimique au sein des piles qui génère du courant. Initialement, la réaction chimique se produit très rapidement parce que les électrons à la surface des plaques de métal sont très faciles à arracher. Cependant, au fur et à mesure que la réaction se produit, il faut de plus en plus de temps pour arracher les électrons. Cette dégradation de la réaction est à la base d’un profil de charge changeant avec l’état de la pile.
Cycle de décharge
Chaque décharge de la pile rend la cathode un peu moins disposée à laisser aller les électrons tout juste acquis. Ce faisant, chaque décharge de la pile la rend un peu plus inutilisable. C’est notamment pourquoi les piles ont un cycle de vie, après quoi elles deviennent inopérantes. Si on laisse la pile se décharger entièrement – une « décharge profonde » – la cathode devient encore moins disposée à laisser aller ces électrons, réduisant davantage la durée de vie de la pile. La règle heuristique usuelle, davantage applicable pour les piles au plomb ou au gel, est d’éviter une décharge de plus de 50% de la pile pour prolonger sa vie.
Cycle de charge
Charger une pile consiste à renverser la réaction chimique, c’est-à-dire emmagasiner de l’énergie en ramenant les électrons à l’anode. C’est bien sûr fait en forçant un courant de charge. Au départ, la charge est très rapide, car on peut facilement coller des électrons sur la surface des plaques de métal. Mais après un certain temps, le processus est plus lent car il faut coller ces électrons aux endroits moins accessibles des plaques, soit sous la surface du métal.
C’est pour cette raison que la charge initiale des piles est rapide alors que les pleines charges prennent plus de temps. La règle heuristique usuelle (pour les piles acide-plomb ou les piles à gel) est que la charge rapide est sur les premier 80% de l’énergie stockée par la pile. Le 20% restant demande plus de temps. Finalement, si la pile est déjà chargée et qu’on applique bêtement un courant pour tenter de la charger de nouveau, on peut éventuellement chauffer la pile au point d’en dégrader son état et donc, sa capacité d’emmagasiner un courant.
Profil de charge
En somme, les piles sont capables d’accepter une tension maximale de charge (au delà de quoi elles chauffent) et ont des profils de charge en tension et en ampérage qui varient selon leur état de charge. Leur charge demande donc des profils contrôlés selon leur état. Ces profils sont propres à la technologie des piles employées (piles au plomb et à l’acide, piles au lithium et piles au gel et plomb).
Un exemple de profil de charge est présenté ci-dessous, la charge rapide est illustrée au centre (« CC Fast Charge ») alors que la charge plus lente (« Constant Voltage Charge ») est tout juste après. On remarquera juste après une charge de maintien (souvent nommée « floating charge » sur les chargeurs) qui garde la batterie chargée. Cette charge de maintien est suffisante pour garder la pile chargée tout en évitant de l’endommager.
La plage entre 50% et 80% détermine un profil de stockage
Les paragraphes précédents ont discuté d’une plage d’usage des piles comprise entre 50% et 80%, dicté implicitement par la chimie de la charge et de la décharge. Bien que ce soit sans lien avec les contrôleurs de charge, c’est un bon moment pour souligner que cette plage est une bonne règle heuristique pour utiliser efficacement un système de piles. En restant au dessus d’une décharge de 50%, on préserve la durée de la pile. En restant en dessous du seuil de 80%, on facilite une recharge rapide.
L’idée est donc d’avoir un nombre suffisant de piles tel que leur capacité totale (en wattheure ou ampère-heure) fera en sorte que l’énergie disponible dans la plage de 50% à 80% soit supérieure aux besoins énergétiques entre les cycles de charge. Par exemple, un besoin journalier de 200 ah d’énergie, dicté par les besoins à bord et le fait qu’on ne souhaite pas démarrer le moteur plus d’une fois par jour, retiendra suffisamment de piles pour un stockage total de 667 ah (\approx 200 / (0.8-0.5)).
Pour en savoir plus
Lisez la section « entretien » de ce site pour en apprendre davantage sur les différentes techniques d’entretien d’un bateau.
Références
Monolithicpower.com (s.d.). Battery Charger IC Fundamentals, page web récupérée en Novembre 2023 à cette adresse.