Le monde des accumulateurs rechargeables

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La charge des accus au Nickel
Nous y voilà. Voici le gros morceau, passage obligé de ce site, c'est certainement la plus ancienne page que j'ai réalisée, et celle qui a subbit le plus d'améliorations. Une de celles aussi qui ont le plus de visites. Je vais tenter de vous décrire ci-dessous le différentes possibilités que vous avez de recharger vos accus au Nickel et les conséquences de chacunes.

Le déroulement de la charge

La charge des accus au Nickel doit se faire à courant constant sous une tension minimale disponible d'au moins 1,45 V (Ni-Cd) à 1,6V (Ni-MH) par élément. En dessous de cette tension minimale l'accu ne se chargera pas complètement. Le courant doit être maintenu pendant un certain temps (comme le fût du canon) qui dépend du taux du courant de charge et du rendement de la charge à ce taux.
Le principe de la charge est donc d'injecter à l'accu une quantité de courant jusqu'à ce que cette quantité atteigne la capacité de l'accu.
La règle est :
Q = I x t x ρ

( I étant le courant constant de charge, t le temps de charge , ρ le rendement de la charge et donc Q est la quantité d'électricité ou la capacité de l'accu).
Le rendement ρ de la charge a une valeur très fluctuante. Il dépend en premier lieu et pour majorité du taux de charge . Mais il varira aussi en fonction de la température de la charge, en fonction de la stucture et de l'âge de l'accu lui même. Les valeurs que je vous donnerai dans le suite de ce document sont donc à prendre pour indication avec une tolérence d'erreur d'au moins 20%. Désolé je ne peux faire mieux.

Durant la charge la tension de la batterie va augmenter d'abord rapidement puis plus lentement en marquant un palier de tension. Enfin la tension va ré-augmenter jusqu'à atteindre un maximum de tension. Là, la tension va cesser d'augmenter. La charge est alors terminée.

A partir de là, si la batterie reste alimentée avec le même courant : Il y aura surcharge. Comme l'accumulateur ne peut plus stocker d'énergie, toute la puissance qui lui est transmise est dégagée en chaleur. L'élément s'échauffe alors. Il y a, à ce moment là, la production d'hydrogène et d'oxygène dans les éléments. En fonction du courant de charge imposé, il va y avoir création d'effet mémoire si le courant est faible, mais destruction partielle si le courant est à un taux de charge élevé. Le début d'élévation de la température de l'accu va faire légèrement diminuer sa résistance interne et provoquer une petite baisse de tension aux bornes de l'accu. C'est cette baisse de tension que l'on appelle le Delta peak ou -DV ou delta V. Mathématiquement c'est un -dV/dt, un changement de pente de la courbe de charge. La dérivée de la courbe de charge devient négative.


L'idéal pour détecter précisément la fin de charge d'une batterie au Nickel c'est de détecter le -dV/dt
Charge techno Nickel

C'est le moment où la tension de la batterie a atteint son maximum et où cette tension commence à baisser. Cette méthode est fortement conseillée pour les charges rapides et accélérées. D'autres solutions sont possibles.

On utilise aussi couramment :
  • La détection du niveau de la tension théorique de fin de charge (1,4 V / élément)
  • L'augmentation de la température en fin de charge.
  • Avec un peu d'anticipation le point d'inflexion de la courbe de charge juste avant la fin de charge : le d²V/dt²
  • Un temps de charge fixe théorique appliqué à un accu préalablement déchargé.

L'amplitude de la variation du Delta Peak est lié à la variation de résistance interne et donc à la variation de température. La variation de température est elle liée à la valeur du taux de charge et donc du courant de charge . La résistance interne du Ni-MH étant plus élevée que celle du Ni-Cd, la réaction de charge du Ni-MH étant exothermique alors que celle du Ni-Cd est endothermique, les variations de tension en fin de charge sont beaucoup plus élevées en Ni-Cd qu'en Ni-MH. Ceci rend la détection du -dV/dt en Ni-MH difficile voire impossible aux faibles taux du courant de charge . On préfèrera alors détecter le dV²/dt² plus visible, ou on se contentera de charger en temps.

Les différentes vitesses et rendements de charges

La charge normale

Il faut savoir, que le seul taux de charge qui soit préconisé par les fabricants pour garantir la meilleur longévité à leurs accus au Nickel est le courant constant égal à 1/10ème du courant nominal . On appelle cette charge la charge normale (et non la charge lente comme il est beaucoup dit en Ni-MH) . C'est ce taux de charge qui est utilisé pour effectuer tous les tests des accus au Nickel et notamment le taux qui sert à la mesure de la capacité affichée sur le corps de vos accus, dite capacité assignée.
C'est le taux de charge qui garantie la plus grande longévité à vos accus.

La charge normale se fait au taux de C/10 avec un rendement d'environ 0,7
donc pendant environ 14 heures.
A ce taux :
- le delta peak se détecte bien pour le Ni-Cd mais difficilement pour le Ni-MH (en fonction des éléments ....)
- la surcharge n'est pas destructrice mais créatrice d'effet mémoire.

Ligne jaune

La charge accélérée

Elle s'effectue à courant constant d'une valeur égale au 1/5 ème du courant nominal . A ce taux C/5, la surcharge n'est pas admissible en Ni-MH et elle ne doit pas dépasser 40 mn en Ni-Cd sous peine de destruction des éléments. Cette charge est assez rapide mais de moins bonne qualité qu'une charge normale. L'accu ne prend pas 100% de la capacité qu'il aurait prit avec une charge normale.

La charge accélérée se fait au taux de C/5 avec un rendement d'environ 0,8
donc pendant environ 6 heures 30 minutes.
A ce taux :
- le delta peak est détecté pour les deux technologies.
- La surcharge est altérante pour les éléments (usure accélérée).

Ligne jaune

La charge rapide

Elle s'effectue à courant constant d'une valeur égale à la valeur du courant nominal de la batterie. La surcharge est interdite à ce taux de charge. ATTENTION tous les accumulateurs ne supportent ce type de charge, notamment les accus spécifiques "charge permanente" et les "grand public" bas de gamme. La charge rapide est de moins bonne qualité. L'accu ne prend pas 100% de la capacité qu'il aurait prit avec une charge normale. De plus ce type de charge est altérant pour les accus. Utilisée systématiquement la charge rapide va diminuer de façon très visible l'espérance de vie de vos accus.
Par contre la charge rapide permet sur du Ni-MH "d'entraîner" l'accu à transférer de forts courants. Ce type de charge permet dans une certaine mesure de faire diminuer la résistance interne des éléments Ni-MH.

La charge rapide se fait au taux de 1C avec un rendement d'environ 0,95
donc pendant environ 1 heure 05 min.
A ce taux :
- le delta peak est très bien détecté par les deux technologies.
- la surcharge est destructrice pour les éléments.

Ligne jaune

La charge ULTRA rapide

Elle s'effectue à courant constant d'une valeur égale à 2 voire 4 fois la valeur du courant nominal de la batterie. La surcharge est absolument interdite à ce taux de charge. ATTENTION uniquement les meilleurs accumulateurs supportent ce type de charge. Les accumulateurs doivent absolument etre refroidis par ventillation pendant ce type de charge. La charge ultra rapide est de mauvaise qualité quand au rapport énergie emmagasinée / emmagasinable. De plus ce type de charge est très stressant pour les accus. Utilisée systématiquement la charge rapide va diminuer de façon très importante l'espérance de vie de vos accus.
Par contre la charge utra rapide permet sur du Ni-MH "d'entraîner" l'accu à transférer de très forts courants. Ce type de charge permet de faire diminuer la résistance interne des éléments Ni-MH. Ceci est très utilisé en modélisme pour les accumulateurs destinés à la propulsion par moteurs électriques.

La charge ultra rapide se fait au taux de 2C avec un rendement d'environ 0,98
donc pendant 30 min grand maximum.
La température des éléments doit être surveillée et refroidie pendant la charge.
Un timer de sécurité doit etre prévu en cas de non détection du delta peak.

A ce taux :
- le delta peak est très bien détecté par les deux technologies.
- la surcharge est extrèmement destructrice pour les éléments.

Ligne jaune

La charge permanente

Elle s'effectue à courant constant d'une valeur égale au 1/20ème du courant nominal de la batterie sans limitation de durée (pas une semaine quand même ;o). La batterie se charge, mais ne s'échauffe pas dangereusement après la fin de charge (courant plus faible).

La charge permanente se fait au taux de C/20 avec un rendement d'environ 0,5
donc pendant au moins 35 à 40 heures.
A ce taux :
- le delta peak est difficilement détectable en Ni-Cd et pas du tout en Ni-MH.
- La surcharge est inofensive mais créatrice d'effet mémoire.

Ligne jaune

Le courant d'entretien

Une batterie a tendance à ce décharger naturellement. Après une charge il est possible de lui appliquer un courant constant d'une valeur allant de 1/50ème à 1 /100ème du courant nominal indéfiniment pour maintenir son état de charge au maximum. Ce courant ne charge pas vraiment la batterie il compense simplement les pertes naturelles.
Attention ce type de courant d'entretien (trickel courant in english) est légèrement créateur d'effet mémoire.
Le courant d'entetien peut aussi servir à parfaire une charge, commencée en charge rapide.

Ligne jaune
Attention, pour les charges accélérée et rapide, si vous ne possédez pas un chargeur à détection et coupure automatique de la fin de charge (-dV/dt), La batterie doit être impérativement complètement déchargée avant la charge. Pour la charge Ultra rapide, la détection de fin de charge automatique est absolument indispensable.

La solution rapide et de bonne qualité

La charge rapide est stressante pour les accus. Les phases les plus dangereuses sont le début de charge (mise en route chimique de la charge) et la fin de charge avec le risque de surcharge. Il existe une solution pour réaliser des charges rapides sans risque pour vos accus. Cette méthode se passe en trois phases.
  • Un début de charge avec courant léger pour démarrer la charge en douceur au cas où les éléments soient très déchargés
  • Le principal de la charge en charge accélérée ou rapide pour le remplissage de l'accu.
  • Un complément de charge en courant d'entretien après la détection de la fin de charge rapide
Cette méthode permet d'avoir des accus chargés à 100% en un temps relativement faible.

 Principe de charge
  • (1) Courant de charge rapide. Il doit être compris entre 0,5 et 1 In. Plus de 1 In risque de provoqué surchauffe et dégazage.
  • (2) Courant (0,2 à 0,3 In) de précharge dans le cas ou la tension de l'accu serait inférieure à 0,8V/él.
  • (3) Début de la charge rapide à partir d'une tension de 0,8 V/él environ.
  • (4) Détection de tension maximale à environ 1,8V/él.
  • (5) Détection du -dV/dt pour le passage en courant de charge permanent :
    Pour le Ni-CD : 10 mV < -dV < 15 mV
    Pour le Ni-MH : 5 mV < -dV < 10 mV
  • (6) Détection du dT/dt pour le passage en courant de charge permanent : 1 à 2 °C/mn
  • (7) Détection de la température maximale à 50 à 60 °C suivant les éléments (voir doc fabricant)
  • (8) Délai de 10 mn pendant lequel la détection du -dV/dt est inibée pour ne pas déclencher en début de charge
  • (9) Courant de charge permanente 1/30ème à 1/20ème de In.
  • (10) Limiteur de temps de la précharge : 60 mn
  • (11) Limiteur de temps de la charge rapide : 90 mn
  • (12) Limiteur de temps total de charge : 10 à 20 heures.
La fin de charge est ici détectée soit par le -dV/dt (tension), soit par le dT/dt (température). Il existe une variante qui stoppe la charge un peu avant la fin de charge en détectant le dV²/dt² (pour les très forts courants).
Avec ça normalement plus aucun risque de surcharge, mais par sécurité il y a quand même des timers (temporisateurs) qui coupent la charge au delà des délais théoriques maximaux admissibles.
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