Plus les systèmes deviennent mobiles, plus les batteries sont partie intégrante de la conception. Il en existe de toutes formes, dimensions et capacités, mais aucune ne satisfait parfaitement toutes les exigences.
Il existe une grande différence entre les éléments chimiques, et une batterie aux ions de lithium n’est pas toujours la solution idéale. Dans cet article, nous allons effectuer une comparaison entre les batteries NiMh, les batteries au plomb et les batteries aux ions de lithium, présenter les avantages de chacun d’elles et leurs domaines de performance par excellence Je ferais un rappel rapide des éléments chimiques, commençant par les batteries dont le poids témoigne d’une moindre densité volumique à celles dotées d’une forte densité volumique. La densité volumique est généralement mesurée en Wh/Kg or Wh/dm3 et nous donne la quantité d’énergie stockée en termes de poids ou de volume.
Les batteries au plomb
Au bas de l’échelle de mensuration de la densité volumique, on retrouve les bonnes vieilles batteries au plomb. La batterie au plomb existe depuis environ 1859 et est la solution de batterie rechargeable la plus utilisée. Les batteries au plomb sont généralement disponibles dans une capacité de 12 V ou 6 V avec 2 V par cellule et diverses capacités Wh pour prendre en charge une variété d’utilisations : les petites motos, les voitures et même les énormes groupes de batteries qui permettent de maintenir les antennes-relais en activité pendant les pertes d’énergie. L’un des premiers avantages des batteries au plomb est leur forte densité de puissance qui est différente de la densité volumique. Lorsqu’un appareil a une forte densité de puissance, il peut résister aux sources d’alimentation ayant une puissance élevée pendant un certain temps. Cette forte capacité de charge de courant fait des batteries au plomb un dispositif courant dans les véhicules qui permet de soutenir le démarrage d’un moteur qui au bas mot peut avoir une intensité minimale de 160 A pour un moteur à essence 4 cylindres et une intensité maximale de 650 A pour un moteur diésel 8 cylindres.
Une batterie au plomb peut faire des merveilles lorsqu’elle est utilisée comme il se doit. Toutefois, elle présente des compromis importants. La densité de puissance est haute tandis que la densité volumique est basse, ce qui veut dire que par rapport aux autres systèmes d’alimentation portatifs, la batterie au plomb occupe plus d’espace et pèse davantage. Pour une application comme une smartwatch, il ne serait pas du tout pratique d’attacher une énorme batterie. Toutefois, pour un véhicule, le poids supplémentaire n’est pas vraiment un problème. Une batterie est adaptée quand votre système n’a pas de problème d’espace ou de poids, mais nécessite une grande capacité de charge de courant et une source d’alimentation durable. Un autre facteur qui donne un avantage de la batterie au plomb est sa fonctionnalité de plage thermique nominale. Une batterie au plomb peut généralement gérer des températures élevées et basses mieux que les dispositifs concurrents et rester opérationnelle et efficace.
Les batteries NiMh / au nickel-cadmium
En termes de densité volumique, les batteries NiMh et au nickel-cadmium sont en deuxième position. Elles occupent une place similaire en termes de capacité, mais les cellules au nickel-cadmium sont en train d’être remplacées rapidement par les cellules NiMh parce que déclarées illégales au sein de l’Union européenne, en raison de leur nature toxique, excepté pour usage spécifique. Les batteries NiMh possèdent également une meilleure densité volumique par rapport aux batteries au nickel cadmium. Cependant, elles sont moins résistantes à la surcharge et ont un taux élevé d’auto-décharge. Ceci veut qu’elles ont une limite de stockage plus courte avant la prochaine recharge. Ces deux éléments chimiques ont généralement une tension de 1,2 V par cellule et sont dotés d’une bonne capacité de charge de courant.
Dotés d’une meilleure densité volumique que les batteries au plomb, les batteries NiMh et au nickel-cadmium sont grandement utilisées dans les systèmes portatifs, notamment dans les outils à moteur portatifs qui nécessitent un courant de sortie décent. Dans les systèmes qui ont des problèmes d’espace et de poids, mais qui requièrent une un courant de sortie décent, vous pouvez recourir à des solutions abordables qui utilisent des cellules NiMh. La première raison qui justifierait l’utilisation des cellules NiMh par rapport à celles aux ions de lithium par exemple est le coût et les cycles de vie possibles. Toutefois, des solutions sont apportées à ces deux facteurs avec l’arrivée de nouvelles technologies.
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Les batteries aux ions de lithium
En dernière position et pas des moindres, la batterie aux ions de lithium dont la commercialisation a commencé au début des années 1990. Le terme ion de lithium peut être quelque peu décevant. Il comprend une large variété d’éléments chimiques qui ne se valent pas tous, mais qui contiennent une anode de lithium et une cathode formée d’une autre matière. De nombreux travaux ont été menés pour optimiser les matériaux dans ces cellules pour divers usages. Il est conseillé de considérer les avantages avant d’arrêter son choix sur une cellule précise. Pour l’instant, les cellules aux ions de lithium sont utilisées dans la majorité des batteries de densité énergétique disponibles partout. Elles sont utiles pour les appareils électroniques portatifs. La tension type d’une cellule se situe entre 3,6 V et 3,8 V. Toutefois, ces cellules ont une capacité limitée à gérer les courants de haute intensité.
Certaines cellules cylindriques sont limitées à un taux de décharge de 0,7 C ou 1 C, C étant la capacité. Une batterie de 1000 mAh aurait donc un taux de décharge de 1 C de 1 A. Cette capacité limitée de charge de courant freine l’utilisation les cellules aux ions de lithium dans des dispositifs d’alimentation tels que les outils électriques. Cependant, elle rend les cellules parfaitement adaptées pour les articles électroniques de grande consommation, où elles sont devenues le type de batterie le plus utilisé. Des changements dans la construction et les éléments chimiques ont conduit à des améliorations majeures dans la cote de préparation de ces cellules. Aujourd’hui, on peut trouver des cellules de 5 à 20 C. Ces cellules hautement cotées gagnent en popularité dans les systèmes aériens tels que les véhicules multimoteurs. Pour l’instant, je recommanderais pour la majorité des systèmes portatifs, des batteries au lithium puisqu’elles sont plus légères et plus compactes, vous fournissant ainsi de la flexibilité, même si elles coûtent plus chères que les batteries NiMh ou au plomb de capacité similaire.
Autre chose sur les batteries au lithium : elles ont la fâcheuse habitude de ne pas prendre en charge les problèmes de tension pendant la charge ou la décharge. Si une cellule au lithium est soumise à un effort et n’est pas bien protégée, elle peut causer une incendie ou une explosion comme celle survenue récemment sur le Boeing 787 Dreamliner. Pour parer à cette situation, les cellules au lithium nécessitent de nettes amélioration en termes de protection par rapport aux batteries au plomb ou NiMh.
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Alors, voici un présentation rapide des trois éléments les populaires dans le monde des outils électriques portables. Le plomb est plus lourd mais fiable et bon marché. Le NiMh est plus compact et peut supporter des charges de courants élevées, mais il a des problèmes de mémoire. Le lithium est la solution la plus petite et la plus avancée. Il est également le plus cher et nécessite un travail intensif de conception. Si vous pesez les avantages et les inconvénients, vous pourrez trouver la batterie qui convient à votre appareil.
