1) LA CHARGE DES ACCUS AU PLOMB ETANCHE

Un peu de théorie

A retenir :
Avec les accus au plomb, toutes les valeurs de référence (fin de charge et de décharge) sont des tensions. L’unité de base est l’élément dont on dit toujours que la tension est de 2V. La suite va nous montrer que c’est loin d’être suffisamment précis.
Toutes les valeurs ci dessous même si elles ne sont pas exactement optimisées en fonction des marques peuvent être employées sans risque pour tous les accus au plomb étanche à électrolyte stabilisé qu’ils soient nommés VRLA ou AGM etc….
C’est également valable pour les batteries de démarrage à électrolyte liquide de type sans entretien.

Tension nominale :
Tension d’un élément chargé au repos à 25°C : 2.1V/Elt. soit 12.6V pour la traditionnelle batterie dite de 12V. C’est ce que vous devez lire ( à la précision de la mesure près) sur une batterie que vous avez chargée et ensuite débranchée pendant une nuit.

Tension de floating :
Tension à laquelle on peut maintenir en permanence un accu pour être sûr qu’il soit chargé au moment où en a besoin : 2.25 à 2.28/Elt. à 25°C. Cette valeur devrait être corrigée de 0.005V en plus ou en moins par degré centigrade selon que la température descend ou monte. A -10°C c’est 2.36V et à +40°C 2.21V.
Vous devez aussi trouver sur les sites constructeur une abaque résumant ces valeurs.
Soit pour résumer : 14.6V à -10°C 13.6V à +25°C et 13.2V à +40°C.
Le terme floating est employé classiquement mais en bon Français, on devrait dire charge d’entretien.
Tension de recharge :
Tension maximum à laquelle on peut charger la batterie (mais pas la laisser en permanence) . 2.3 à 2.4V/Elt toujours à 25°C et avec le même coefficient de température de 0.005V/°C. Soit 13.8 à 14.4V pour un bloc 12V à 25°C.
Attention que cette tension est une valeur maximum et que si votre chargeur n’est pas de bonne qualité (voir de qualité moyenne) il aura superposée à la tension continue de sortie une ondulation résiduelle due à un mauvais filtrage. La valeur de crête de cette ondulation résiduelle n’est visible qu’a l’oscilloscope et pas avec un multimètre et pourtant, c’est elle que la batterie ‘voit’.

Intensité de charge :
Une valeur facile à retenir est 1/5 de la capacité nominale en 20 heures. Donc pour la 12V/7Ah le maximum serait de 1.4A. En fait, si vous prenez la peine de regarder les notices constructeur c’est un peu plus, de l’ordre de 1.7A pour une 7Ah et par exemple 20A pour une 85Ah au lieu de 17 avec mon calcul des 1/5 de Cn.

Et maintenant la pratique :
Vous pouvez facilement déduire de ce qui précède que votre chargeur devra gérer deux paramètres : L’intensité de charge maximum et la tension de fin de charge.
La, vous avez deux modes de charge suivant votre application (et vos moyens ).

Le premier mode est une recharge en deux temps

Dans la pratique, n’importe quelle alimentation stabilisée réglable en intensité et en tension fait l’affaire. Si vous la construisez vous même, tous les régulateurs intégrés du commerce (317, 723, L200 etc..)correctement paramètrés peuvent être utilisés. Pensez à soigner le filtrage (à cause de l’ondulation résiduelle) et le radiateur .
A propos, il faut tordre le cou à une légende que l’on entend souvent : Il n’est absolument pas indispensable d’utiliser des systèmes à découpage pour recharger des accus au plomb étanche. C’est sur, c’est plus petit, moins lourd, ça ne chauffe pratiquement pas et ça permet d’utiliser des techniques plus sophistiquées que nous allons voir maintenant ; mais ce n’est pas impératif.

Le deuxième mode est une recharge en trois temps (Cf. courbe 2)
Un dernier point, les chargeurs de supermarché à 15 euros, ça sert d’abord à tuer les batteries (et à en vendre) et éventuellement à les charger.
Pour rester sérieux, ces appareils ne sont généralement constitués que d’un transformateur suivi d’un pont de diodes sans aucun filtrage et le réglage du courant de charge s’effectue en commutant des enroulements du transfo. Bilan, les tensions de sortie sont totalement variables et l’ondulation de sortie ne mérite plus le nom de résiduelle tellement elle est présente. Même sur une batterie de démarrage ouverte c’est à déconseiller. Si vous êtes bricoleur vous pouvez vous en servir comme base de départ (boîtier/transfo/redresseur) et rajouter l’électronique qui va bien.

2) LA CHARGE Ni-Cd

La charge Normale doit normalement se faire à courant constant au 1 / 10 ème du courant nominal de la batterie sous une tension disponible d’au moins 1,45 V par élément (minimum pour que ça charge). Ce courant doit être maintenu pendant environ 14 heures lorsque au départ la batterie est complètement déchargée.

Durant la charge la tension de la batterie va augmenter d’abord rapidement puis plus lentement jusqu’à atteindre un maximum de tension d’environ 1,4 V / élément. La charge est alors terminée.

Ensuite, si la batterie reste alimentée avec le même courant, Il y aura surcharge. La tension va commencer à baisser, la batterie n’accumule plus d’énergie et le courant qui la traverse se dégage en chaleur : C’est le moment où la batterie commence à chauffer. Il y a, à ce moment là, la production d’hydrogène et d’oxygène dans les éléments. A 0,1 In, au bout de 14 h de surcharge les éléments commencent à ce détruire.

L’idéal pour tester précisément la fin de charge d’une batterie Cd-Ni c’est de détecter le -dV/dt, c’est à dire 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).

La charge accélérée s’effectue au 1/5 ème du courant nominal de la batterie pendant 6 à 7 heures maximum. La surcharge ne doit pas dépasser 40 mn sous peine de destruction des éléments. . Cette charge est assez rapide mais de moins bonne qualité qu’une charge normale.

La charge rapide s’effectue à la valeur du courant nominal de la batterie pendant 1 heures maximum. La surcharge est interdite à ce taux de charge. ATTENTION tous les accumulateurs ne supportent ce type de charge.

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

La charge permanente s’effectue 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 après la fin de charge (courant plus faible).

Le courant d’entretien : Une batterie a tendance à ce décharger naturellement. Après une charge il est possible de lui appliquer un courant de 1 /100ème du courant nominal indéfiniment pour maintenir son état de charge au maximum. Ce courant ne charge pas la batterie il compense simplement les pertes naturelles( 99 % de la capacité initiale au bout de 10 jours, 90 % au bout de 30 jours).

La solution rapide et de bonne qualité est de combiner une charge rapide ou accélérée avec une charge permanente en fin de cycle. La détection du -dV/dt (3) entraîne la diminution du courant de charge à 1/20ème de In, qui sera appliqué pendant quelques heures. Ce mode de charge est actuellement proposé par la plupart des composants spécialisés du domaine. Ce fonctionnement est accompagné de plusieurs systèmes de sécurité qui coupent la charge et permettent de protéger vos éléments.

3) LA CHARGE Ni-MH

Un accumulateur Ni-MH se charge à courant constant comme le Ni-Cd. La différence se situe dans les variations de la tension de fin de charge. Celle du Ni-MH a beaucoup moins de variations d’amplitude. A tel point que, à 0,1 In, la détection du -dV/dt est pratiquement impossible. Il faut alors détecter dV2/dt2 (point d’inflexion de la fin de la courbe de charge). Pas question d’utiliser le niveau de tension c’est beaucoup trop imprécis. La charge à 0,1 In est donc difficile à mettre en oeuvre du fait de cette fin de charge sans phénomène remarquable. Les fabricants d’accus Ni-MH conseil donc une méthode de charge particulière qui se fera en plusieurs étapes. On commence par une charge rapide de 0,5 à 1 In. Avec un tel courant de charge, la courbe présentera au final une légère baisse de tension (plus faible que le Ni-Cd) qui permettra malgré tout une détection du -dV/dt. Lorsque cet instant est détecté, on diminue le courant à 1/30ème de In pour terminer la charge par une charge d’entretien.

ATTENTION les accus Ni-MH supportent très mal la surcharge donc la détection de la fin de charge est très importante. Il est fortement conseillé de lui adjoindre un compteur de temps qui limitera la charge à 90 mn et une surveillance de la température pour éviter tout échauffement. Il faudra pour cela que votre batterie soit équipée d’un capteur de température (CTN ou autre).
Il sera donc très difficile, à l’inverse du Ni-Cd, de réaliser un chargeur avec quelques composants de base. Il vaut mieux utiliser un composant spécialisé qui intégrera tous les paramètres de surveillances nécessaires à un bon déroulement de la charge, ou bien sûr acheter un chargeur spécialisé dans le commerce. Ceci est préférable pour la pérennité de vos éléments.

4) LA CHARGE DES ACCUS AU LITHIUM.

La tension nominale des accus aux lithium est de 3,6V pour les Li-ion les plus anciens ou actuels de moindre qualité et de 3,7V pour les Li-po et les Li-ion récents.
Quelle que soit la techno Li-ion ou Li-po le principe de charge est le même.
La charge se fait à tension constante et courant limité.

La particularité de la charge des accus au Lithium tient à deux choses primordiales.

- Ils ne supportent pas la surcharge aussi faible soit elle.

- Il faut respecter le niveau de la tension de charge sinon ça ne charge pas.

Ceci fait que la fourchette entre la tension minimale de charge et la limite à ne pas dépasser sous peine de surcharge est très faible. Il faut donc que la tension de charge soit régulée très très précisément.
Les deux technologies Li-ion et Li-po ont deux niveaux de tensions nominales différents 3,6V et 3,7V qui impliquent des tensions de charges correspondantes proches mais parfaitement différentes aussi:

  • Tension nominale 3,6V : Tension de charge 4,1 Volts par élément.
  • Tension nominale 3,7V : Tension de charge 4,2 Volts par élément.

La tolérance aujourd’hui admise est de +/- 0,05V par élément.

Le courant de charge doit être limité entre C/2 et 1C.
Dans ces conditions respectées, la charge dure entre 2 et 3 heures.

Certains chargeurs réputés charger les accus au Lithium en 1 heure, en fait ne chargent ceux-ci que partiellement. On n’atteint en 1 heure qu’environ 75% de la capacité de l’accu, quelque soit le courant, et il faut encore du temps pour atteindre la charge totale.

  • En début de charge et durant toute la première phase de la charge le courant est limité et la tension augmente petit à petit jusqu’à atteindre la tension régulée.
  • A partir de là on atteint la deuxième phase dite de remplissage la tension reste parfaitement stable et alors le courant diminue.
  • La charge est terminée lorsque le courant passe en dessous du seuil de 0,03C.
Il est alors impératif de couper la charge, car les accus au Lithium ne supportent absolument pas la surcharge.
Si on surcharge un accu au Lithium il produit de l’hydrogène.
Il y a donc une surpression et un échauffement qui peuvent aller jusqu’à l’explosion de l’élément. Les Li-ion sont généralement protégés contre les hausses de températures, et les surpressions par des circuits de protection interne. Par contre les packs souples Li-po eux sont sensibles, et même si ils n’explosent pas fort, ils s’enflamment très fortement ce qui peut causer de graves brûlures.

Si vous détectez une élévation de la température, c’est anormal : Arrêtez tout.
Derniers conseils de charge :
  • Il ne sert à rien de chercher à augmenter le courant pour diminuer le temps de charge, car si cela permet d’atteindre plus vite le moment du passage de la première à la deuxième étape, la phase de remplissage elle durera plus longtemps� De plus l’augmentation du courant de charge influerait directement sur la durée de vie de l’accu. Il est donc préférable de se contenter d’une charge à C/2.
  • Il ne faut pas appliquer de charge lente ou courant d’entretien aux accus Li-ion ou Li-po, ça créé un placage de Lithium métallique sur les électrodes qui rendrait l’élément instable. Pour compenser la faible auto décharge il est préconisé de remettre en charge l’accu pendant un bref instant toutes les 500 heures. Cette recharge sera elle aussi stoppée par le passage du courant sous le seuil de 0,03C.
  • Il y a un risque à charger des Li-po en série, en effet ces éléments ne sont généralement pas équipés de composants de protection comme les Li-ion. Ceci implique qu’il peut y avoir une disparité de tension entre les éléments car vous ne pouvez faire la régulation de tension que sur l’ensemble du pack. Il est donc possible d’avoir des éléments à 4,1V et d’autre à 4,3V tout en ayant bien la moyenne des tensions à 4,2V. Il faut donc surveiller la tension de chacun des éléments.

Batterie Lithium-ion et ordinateur portable

Explosives, et néanmoins si nécessaire, les batteries au lithium-ion règnent dans notre univers numérique. Pourtant, elles restent mal connues du public et parfois même des passionnés en informatique. Il est donc impératif de savoir comment elles fonctionnent, mais surtout comment les manier, les ménager et les conserver. Alors que nous recherchons toujours plus d’autonomie, cet article (en deux parties) va à la source du problème pour essayer de répondre aux questions que beaucoup d’entre vous se posent.

Doit-on enlever la batterie lorsque le portable est sur secteur ? Puis-je redonner un coup de jeune à une batterie qui perd son autonomie après 20 minutes ? Est-ce qu’il faut la décharger totalement et surtout, comment gagner de précieuses minutes sur mon ordinateur portable ? Si nous abordons ce sujet en nous concentrant sur les accumulateurs Li-ion et les ordinateurs portables, certains paragraphes de cette première partie pourront s’appliquer à d’autres appareils. En effet, les batteries Li-ion envahissent notre monde (2 milliards de cellules sont produites chaque année) et marquent une nouvelle tendance. L’homme renaît de nouveau et après le cordon ombilical, il coupe tous les fils qui se placent devant lui. Wi-Fi, WUSB, Bluetooth, WiMAX, coupons alors le plus présent des fils, l’espace d’un instant. Rompons le câble d’alimentation !

Les tout premiers travaux ont commencé en 1912 et sont attribués à Gilbert Newton Lewis, chimiste américain. Les premières piles au lithium sont apparues dans les années 70 et les premières tentatives de batterie rechargeable dans les années 80. Les obstacles que posait cette technologie ont d’abord été surmontés par Bell Labs. On pense entre autres à l’instabilité du lithium lors du chargement de la batterie. Le professeur John Goodenough et son équipe de l’Université d’Oxford sont aussi responsables des avancés qui ont permis la commercialisation de cette batterie par Sony en 1991.

Anode cathode et autre

Une batterie est composée de plusieurs éléments assemblés les uns aux autres. Nous avons tout d’abord les accumulateurs (ou accus) qui emmagasinent l’énergie. Ce sont généralement (mais pas forcément) des cylindres rigides (ressemblant aux piles traditionnelles), car ils sont peu chers à fabriquer, offre une bonne densité, une bonne résistance à la pression interne et sont stables mécaniquement. Vous entendez souvent parler d’une batterie 6, ou 9 cellules dans les articles ou actualité. Sachez qu’un accumulateur correspond à une cellule. Une batterie 6 cellules contient donc 6 accus.

Sécurité

La cellule est composée principalement de trois éléments : l’anode (électrode négative), la cathode (électrode positive) et de couches séparant les deux faites de polyéthylène ou polypropylène. Ces couches contiennent des pores qui ont la particularité de se fermer à partir de 130°C dans le but de stopper toute réaction chimique dans le cas où la batterie surchaufferait. Les fabricants intègrent aussi divers éléments assurant la sécurité de l’accu, comme une membrane qui casse si la pression interne est trop grande. Lorsqu’elle se romp, la cellule fonctionne à circuit ouvert ce qui doit en principe réduire la pression. Si cela n’est pas suffisant, une valve s’ouvre afin d’éviter que le cylindre craque.

Au moment de la fabrication, les constructeurs placent un PTC (Positive Temperature Coefficient) sous le plus de la pile. Il est en principe impossible d’ôter le PTC sans détruire la cellule. Son but est de réagir à l’élévation de la température et dès que le seuil auquel il a été programmé est atteint, il réduit ou stop le flot de courant dans le but de faire baisser la température. Les piles disposent aussi d’un joint d’étanchéité pour éviter toute fuite. Malgré toutes ces mesures de sécurité, les accumulateurs li-ion restent dangereux comme l’ont montré les déboires de Sony. Sans aller à la paranoïa, ces accus demandent néanmoins une certaine vigilance dans la fabrication et la manipulation.

La place du lithium

Une question reste néanmoins en suspend. Pourquoi les nomment-ont batterie Li-ion ou Lithium-ion. Le lithium est présent au sein des électrodes positives, négatives et de l’électrolyte. C’est le plus léger de tous les métaux et il dispose de propriétés électrochimiques excellentes ce qui offre une large densité énergétique par rapport à son poids (deux fois celle du Ni/Cd). Néanmoins, le lithium n’est pas présent sous sa forme métallique, mais ionique, d’où le nom Lithium-Ion. La raison est que la forme métallique n’était pas commercialisable pour des raisons de sécurité. L’inhérente instabilité de la structure poussa les industriels à choisir les ions de lithium, certes d’une moins bonne densité énergétique, mais se révélant beaucoup plus sûre.

La cathode est en principe composée de dioxyde de Cobalt, mais l’on trouve des modèles utilisant du manganèse. De son côté, l’anode utilise des sphères de graphites depuis les recherches de Bell Labs en 1997, aussi appelé MCMB (Meso Carbon Micro Beads). L’électrolyte est composé d’un sel conducteur. Au final, on obtient la réaction suivante.


Tout ce petit monde est entouré d’une couche d’isolant. La partie positive de la pile est enrobée d’aluminium contrairement à la partie négative qui contient du cuivre.

En théorie, les cellules peuvent être placées en série ou en parallèle. En pratique, dans les ordinateurs portables, on rencontre les deux à la fois. Par exemple, la batterie de notre ordinateur de test (un Fujitsu Siemens M3438G-75005) dispose de 8 cellules. Quatre accus Samsung ICR-18650 de 3,7 V sont montées en série afin d’obtenir une tension de 14,8 V (3,7 x 4) sur deux « lignes » parallèles afin d’accroître la capacité qui passe à 4 400 mAh. La charge électrique de chaque accu est de 2 200 mAh que l’on multiplie par deux puisqu’il y a deux lignes parallèles. Une telle configuration se nomme 4S2P (4 accus en série, 2 lignes parallèles), mais on peut trouver des batteries neuf cellules de type 3S3P ou douze cellules de type 4S3P. Attention, chaque batterie fera appel à des piles différentes et donc la tension ou l’intensité, tout comme la charge électrique peut changer en fonction des modèles.


Circuit électrique

La batterie est aussi composée d’un circuit électronique extrêmement important puisqu’il assure le bon fonctionnement et la sécurité de la batterie. Ce circuit est composé en principe d’un transistor (FET – Field Effect Transistor) qui coupe tout si la tension de charge dépasse la valeur nominale de 0,1 V, ainsi qu’un fusible qui saute si la température approche les 90 C. Plusieurs types de fusible sont utilisés. Certains grillent de façon permanente une fois que le filament est détruit, d’autres peuvent être réactivés. On trouve aussi un interrupteur qui réagit si la pression interne est trop grande (plus de 10 Bars) en coupant le courant. Le circuit présent sur une batterie à plusieurs cellules veille aussi à la tension de chaque cellule et à la tension des connexions entre les cellules. Il tente aussi de prévenir toute sur-décharge en coupant le courant si l’on descend en dessous de 2,50 V/cellule.


Attention danger ?La peur bleue des fabricants reste l’électricité statique ou un chargeur défectueux, qui viendrait endommager le circuit électrique. Un tel dommage pourrait coincer le fusible en position ON, sans que l’utilisateur soit au courant. En gros, le circuit électrique ne remplit plus sa première fonction qui est de couper le courant lorsque les conditions de fonctionnement deviennent hasardeuses. En pratique, il s’agit surtout, à notre connaissance, d’un cas d’école, mais cela renforce la nécessité d’utiliser le chargeur fourni par le constructeur.

À titre indicatif, sachez que si les fabricants d’ordinateurs portables font très attention à la batterie qu’ils vendent, ce n’est pas le cas dans d’autres secteurs et l’on peut parfois trouver des batteries au lithium-ion ayant une électronique minimum ou dépourvue de toute l’électronique nécessaires à la sécurité de l’utilisateur. Les constructeurs d’ordinateur portable sont aussi très discrets sur les technologies employées et il nous fut relativement difficile de rentrer dans le détail de la composition d’une cellule Li-ion. Chaque constructeur dispose de sa propre formule qui est extrêmement bien gardée.

Certains remarqueront que 2004, est une date relativement tardive par rapport à la naissance et l’évolution des ordinateurs portables. À vrai dire, il existait déjà quelques normes auparavant. Elles avaient pour défaut de se concentrer sur les cellules en omettant le packaging et l’électronique ou vice versa. L’IEEE 1625 est donc venu uniformiser tout cela en apportant un standard touchant tous les éléments d’une batterie individuellement et conjointement.

Nous avons des habitudes qui datent du temps des batteries Ni/Mh. Il est donc important de revenir sur l’utilisation de la batterie du moment où on l’utilise la première fois jusqu’au moment où on la jette.

Attention à la décharge

Il ne faut pas décharger totalement la batterie dès sa réception. Au contraire, il convient de la recharger totalement sans interruption. En fait, il ne faut jamais décharger la batterie entièrement sous peine de perdre 20 % de sa capacité d’un seul coup ! Les systèmes d’exploitation veillent généralement sur ce point et s’éteignent avant que la batterie n’ait plus d’énergie. Cet impératif vient du fait que les accus sont couplés à un circuit électronique complexe qui doit constamment être alimenté. De plus, une décharge totale entraîne une dégradation chimique des éléments au sein de l’accumulateur. À cause de cela, une recharge de la batterie (après une décharge totale) peut être potentiellement dangereuse. C’est pour cela qu’un circuit interne peut empêcher la recharge afin d’éviter tout incident. Cela aura aussi pour conséquence de rendre la batterie inutilisable. Il est déconseillé de décharger plus de 95 % de sa batterie, dans la mesure du possible. De plus petites recharges sont souvent le plus appropriées.

Cycle de charge/décharge

Contrairement à ce que l’opinion publique laisse entendre, le nombre de cycle de recharge n’est pas identique au nombre de fois que l’on recharge la batterie. Confus ? Par exemple, votre batterie descend à 50 % de charge. Vous la rechargez à 100 %, puis recommencez l’opération. Vous venez de rechargez votre batterie deux fois, mais deux recharges de 50 % correspondent à un seul cycle de recharge. Contrairement donc à une idée reçue, il n’est pas nécessaire d’attendre que la batterie soit vide pour recharger. D’ailleurs, comme nous l’avons vu plus haut, c’est même tout le contraire. Enfin, la batterie devrait avoir une température comprise entre 0 et 45°C au moment de la charge. En dessous de cet intervalle, le lithium se plaque contre les électrodes, au-dessus la pression devient trop grande. Dans les deux cas, cela peut potentiellement rendre la batterie instable. Généralement, si la température de charge dépasse vraiment les 45°C, il arrive qu’un circuit coupe la charge, laissant penser que la batterie est pleine alors qu’elle ne l’est pas. On estime que la température optimale est de 20°C. Comme nous le verrons plus tard, la température de fonctionnement (charge ou décharge) est un élément important dans la vie d’une batterie. Il faut donc être particulièrement attentif.

À toute règle son exception. Il est conseillé, lors des premières utilisations, de charger pleinement la batterie puis d’atteindre le seuil critique de l’ordinateur portable (5% de charge), sans recharge intermédiaire et sans descendre en dessous de cette limite. Une fois le seuil atteint, on la recharge totalement. Contrairement à ce que beaucoup pensent aujourd’hui, cette manœuvre n’est pas faite pour roder la batterie et la faire gagner en capacité, mais simplement pour affiner les systèmes mesurant le niveau de charge. C’est ce que l’on appelle la calibration, car cela permet de calibrer le système de mesures qui pourra alors donner une estimation plus précise de l’énergie restante. En moyenne, il est conseillé de calibrer sa batterie tous les mois, surtout si vous effectuez le plus souvent de petites recharges.

Perte normale

Les accumulateurs Lithium-ion ont la particularité de perdre en capacité au cours des dix premiers cycles. La perte n’est pas grande (quelques pour cent) et s’atténue au fur et à mesure. Cette perte dépend beaucoup des matériaux utilisés et n’est donc pas la même pour toutes les batteries, ni même systématiques.


La baisse s’explique néanmoins en raison du processus de fabrication de la cellule Li-ion. Au moment où la pile est fabriquée, le constructeur applique un cycle de charge/décharge qui forme une couche protectrice sur l’anode, mais qui a pour effet de consommer un peu de lithium. Cette couche va avoir tendance à s’affiner avec les premiers cycles, ce qui aura pour conséquence de consommer un peu plus de lithium encore. Moins de lithium signifie logiquement moins de capacité. Il est néanmoins très difficile de déterminer à quel point l’accu perd en capacité, sachant que ce phénomène varie en fonction des matériaux utilisés.

Il existe aussi une autre idée reçue qui consiste à dire que le fait de recharger alors que la batterie n’est que partiellement déchargée, endommage les accus. Cette idée reçue est liée au phénomène appelé « effet de mémoire ». Il y a quelques années, les fabricants de batteries Ni/Cd et Ni/Mh se sont brandi réciproquement le spectre de l’effet de mémoire afin de faire de la mauvaise publicité l’un à l’autre. Cela a surtout provoqué une confusion massive du public. Il est donc important de remettre les choses au clair très brièvement.

Un faux problème

L’« effet de mémoire » est un phénomène qui caractérise une batterie qui refuse de délivrer toute l’énergie qu’elle a en magasin, car elle a été rechargée avant d’être totalement épuisée et a mémorisé le seuil atteint au moment de la recharge comme seuil d’épuisement.

Ce phénomène a été initialement découvert par la NASA. Ses satellites, mis sur orbite autour de la terre, se chargeaient pendant les périodes de jours et se déchargeaient pendant les périodes de nuit. Attention, les durées de charges/décharges sont restées parfaitement identiques. Après plusieurs charges/décharges, la NASA a remarqué que la batterie ne donnait plus d’énergie au-delà du point où elle avait l’habitude d’être déchargée. La batterie avait gardé en « mémoire » le seuil de décharge habituel et refusait d’aller plus loin.

Dans la vie courante, il est quasiment impossible de souffrir de l’effet de mémoire sur des batteries Ni/Cd. Les temps de charges et décharge sont rarement (voire jamais) scrupuleusement identiques au cours de plusieurs cycles successifs. Il faudrait que le consommateur cherche reproduire l’effet de mémoire ce qui est une hypothèse d’école. À vrai dire, même en laboratoire la reproduction de l’effet de mémoire s’avère difficile et l’utilisateur lambda ne craint donc rien.


Le vrai faux effet de mémoire

Néanmoins, les fabricants d’accumulateurs Ni/Cd et Ni/Mh ont désigné comme « effet de mémoire » un autre phénomène, celui de « la dépression de la tension » que l’on appelle aussi aujourd’hui le « faux effet de mémoire » en souvenir de ce désordre qui contrairement aux arguments de l’époque affecte tant les accus Ni/Cd que les Ni/MH, même si le premier souffre plus que le dernier. En gros, lorsqu’une batterie est branchée à son chargeur alors qu’elle est pleine (en moyenne pendant plus d’un jour après que la batterie ait été totalement chargée), le courant va engendrer une détérioration de la structure de l’accumulateur qui ne pourra délivrer qu’une tension inférieure (1,08 V/élément) à celle de la tension nominale des accus Ni/Cd (1,2 V/élément).

On se retrouve donc avec des accus qui délivrent la tension prévue et d’autre assurant une tension inférieure. Or, si l’appareil faisant appel à la batterie requiert la tension prévue, les accus détériorés ne pourront pas délivrer leur énergie et on aura l’impression qu’il s’agit d’un « effet de mémoire ». À titre d’information, sachez que ce phénomène peut être inversé sur les batteries Ni/Cd en déchargeant la batterie jusqu’à son seuil critique et en la rechargeant.

Le lithium-ion n’a pas de mémoire

On pourrait se demander si ce problème n’affecte pas les batteries au Li-ion, surtout celles qui restent dans un ordinateur portable lui-même branché sur une prise secteur. On pourrait avoir l’impression que dans ce cas de figure, la batterie pourrait souffrir d’une dépression de la tension, car elle est constamment en train d’être chargée. La réalité est tout autre et ce problème n’est pas présent dans les batteries au lithium-ion pour une raison simple. Au moment de la recharge, le chargeur donne une partie de l’énergie aux accus, l’autre partie étant allouée au fonctionnement de l’ordinateur. Voilà d’ailleurs pourquoi un utilisateur met plus de temps à charger sa batterie lorsque l’ordinateur est allumé que lorsqu’il est éteint et que le chargeur ne partage pas le courant qu’il envoie. Une fois les accus rechargés, le circuit électrique coupe le courant envoyé aux accus qui ne reçoivent automatiquement plus d’électricité, ce qui empêche par conséquent toute surcharge.

Heureusement d’ailleurs, les batteries Li-ion ont horreur de la surcharge (une surcharge produit de l’hydrogène et augmente la pression ce qui engendrer une explosion). Voilà pourquoi il est d’ailleurs impératif d’utiliser le chargeur fourni et de recharger sa batterie en suivant les indications du constructeur. Tous les produits numériques en passant de l’ordinateur portable au baladeur numérique sont livrés avec un chargeur et il est impératif de l’utiliser et de ne faire appel à aucun autre. Un chargeur non adapté pourrait causer une explosion. Par soucis de précision, nous indiquons qu’il est possible de se procurer un chargeur plus puissant que celui livré par le constructeur à condition qu’il ne dépasse pas la tension du chargeur d’origine.

Tension de charge

En moyenne la tension de charge pour les batteries d’ordinateur portable est en moyenne de 4,2 V/cellule et si jamais elle monte ne serait-ce que de 0,1 V/cellule, le circuit électrique est censé couper la charge. Auparavant, la limite était de 4,1 V/cellule, mais cette barrière fut franchie grâce à l’ajout d’agent chimique. Le problème est qu’une augmentation de la tension de charge pourrait accroître la capacité de l’accumulateur, mais réduirait grandement sa durée de vie.

Pourtant, si l’on prend le chargeur de notre ordinateur de test, on s’aperçoit que la tension inscrite est de 20 V. Comment expliquer cela ? Les accus de la batterie de notre ordinateur ont une structure 4S2P. Cela signifie que quatre cellules sont montées en série et la tension de recharge délivrée par le chargeur sera divisée par 4 (comme on multiplie par quatre la tension des accus pour déterminer la tension totale délivrée par la batterie). Sachant que 2 à 3 volts sont alloués à la régulation de la tension ou aux pertes électroniques, on se retrouve avec 17 V, soit 4,25 V/cellule, ce qui reste proche de la valeur mentionnée plus haut. On comprend donc aussi à quel point il est important d’utiliser le chargeur livré avec l’ordinateur pour être sûr de bénéficier d’une tension supportée par les piles.

La question qui consiste à savoir s’il faut laisser ou non sa batterie dans son ordinateur portable, lorsqu’il est branché sur secteur, a suscité de nombreux débats. La réponse dépend uniquement de votre sensibilité et de vos possibilités.

Garder sa batterie dans l’ordinateur

Comme nous l’avons vu précédemment, la température optimale de charge est 20 C et même si votre portable recharge votre batterie dès qu’elle perd 10 % il faudra 10 recharges de 10 % avant d’atteindre un cycle. N’ayez pas peur des petites recharges, bien au contraire. À température ambiante, nous savons que la batterie perd en moyenne 10 % par mois. 6 à 7 % sont attribués aux accumulateurs. Le circuit électrique est responsable de 3 % de perte en plus. Généralement, un ordinateur va procéder à une recharge dès que la batterie perd 5 % de charge. Deux recharges par mois ne poseront aucun problème et avoir sa batterie branchée sur son ordinateur ou sa batterie dans une étagère de votre armoire reviendra au même. En moyenne, sachez qu’un accumulateur Li-ion vie entre 500 et 1 000 cycles de charge.

D’ailleurs, si c’est pour stocker votre batterie dans une pièce à température ambiante, autant la laisser dans votre portable. En effet, si votre portable reste constamment branché, vous aurez tendance à l’oublier. Or, il est important d’effectuer un cycle complet de charge/décharge par mois en épuisant la batterie, mais en ne descendant pas en dessous de 5 %, dans le but de la calibrer. Avoir votre batterie dans votre ordinateur vous aidera à vous en souvenir.

Ne pas garder sa batterie

Garder la batterie dans la machine coule de source pour tous ceux qui en ont régulièrement besoin. Néanmoins, nous verrons plus loin que la batterie est mieux conservée au frais. Si votre portable chauffe de façon importante, après un temps d’utilisation relativement court (45 min – 1h) retirez-la, lorsque vous êtes sur secteur. L’ordinateur portable dispose d’éléments qui génèrent de la chaleur et qui peuvent augmenter la température de la batterie. D’ailleurs, si votre ordinateur portable chauffe beaucoup, il se peut qu’au moment où il va recharger la batterie, sa température dépasse largement les 20°C, ce qui est peu recommandable comme nous l’avons vu plus haut. Enfin, comme nous le verrons dans la page suivante, stocker sa batterie dans un endroit sec et froid (0 C) est une bonne idée si vous n’en faites pas usage pendant plusieurs mois. La retirer peut donc être judicieux. Attention néanmoins à ne pas oublier le cycle de charge/décharge mensuel visant à calibrer la batterie.

Attention danger

Enfin, sachez qu’il est fortement déconseillé de démonter sa batterie et vouloir changer ses accumulateurs au lieu de remplacer la batterie totalement est une très mauvaise idée. D’ailleurs, notre batterie est devenue inutilisable une fois que nous l’avons démontée. Le constructeur s’est assuré qu’elle serait détruite une fois ouverte par l’utilisateur. Nous estimons d’ailleurs que c’est une excellente chose pour la sécurité de l’utilisateur. Le démontage peut compromettre certaines mesures de sécurité sans que l’utilisateur s’en rende compte, ce qui pourrait mettre en péril son matériel et sa personne.

Changer ses accumulateurs demande une certaine expérience et exige exactement les mêmes piles. Toutes les piles ne se valent pas et toutes ne sont pas faites pour être utilisées en série ou en parallèle avec d’autres accus et chaque batterie demande son lot de pile bien précis. De plus les constructeurs d’accumulateurs li-ion ne vendent généralement qu’à des fabricants de batteries certifiés. On trouve néanmoins de plus en plus de « vendeurs libres » dans des pays émergents. Nos Samsung ICR-1850 étaient, par exemple, disponibles sur un site chinois. Néanmoins, nous vous déconseillons fortement de prendre ce chemin qui pourrait être dangereux pour la batterie, l’ordinateur et vous-même.

La batterie doit être conservée chargée à 40 %. Ce seuil a été défini par précaution. Plus le seuil est bas et plus on prend le risque d’épuiser totalement la batterie et de l’endommager définitivement. Par contre, une batterie pleine stockée pendant une période prolongée est extrêmement mauvais, car l’accu perdra plus rapidement de sa capacité. La raison est que la tension interne est plus forte lorsque la batterie est pleine, augmentant le stress et l’usure. 40 % est donc établi par les experts comme le meilleur compromis.

Attention, il est préférable d’atteindre les 40 % en chargeant et non en déchargeant la batterie. En effet, le système d’exploitation mesure le niveau de charge en fonction de l’activité actuelle de l’ordinateur. Par exemple, si le système est en pleine charge, il va calculer l’autonomie restante et déterminer le taux de charge approprié, mais ce chiffre peut rapidement changer si la fréquence de fonctionnement du processeur ou la clarté de l’écran baisse en cours de route. Même si aujourd’hui, le système est très précis, il est préférable, pour être certains d’avoir une mesure fiable, d’atteindre 40 % en chargeant la batterie.

Problème de chaleur

La chaleur impacte directement les accumulateurs. Il est donc crucial de garder sa batterie au frais et au sec. Le meilleur endroit est d’ailleurs le réfrigérateur. En effet, on estime qu’une batterie au Lithium-ion, chargée à 40 % et conservée à 0°C maintiendra 98 % de sa capacité sur une année. À 25°C (température ambiante en principe), on passe à 96 % de sa capacité, à 40°C on passe à 85 % et à 60°C, on passe à 75 %. Comme nous l’avons vu, en moyenne, une batterie perd environ 10 % de charge par mois. Comparativement, une batterie pleine et stockée pendant un an à une température de 0°C ne maintiendra que 94 % de sa capacité. À 25°C, on parle de 80 % contre 65 % à 40°C.

À titre d’information, sachez que l’électrolyte présente dans les accus gèlent à partir de -40°C (selon L.M Cristo et T. B Atwater dans le livre Characteristics and Behavior of 1M LiPF6 1EC:1DMC Electrolyte at Low Temperatures. Fort Monmouth, NJ : U.S. Army Research). Concrètement, cette valeur est discutée, certains parlant de -75°C, d’autres de -30°C. Nous avons choisi celle qui nous semble la plus sûre. Néanmoins, nous n’avons trouvé aucune source qui déconseille de placer sa batterie dans son frigo et de s’approcher le plus possible de 0°C, température optimale de stockage.

Il est aussi important de bien nettoyer les contacts métalliques de la batterie avec de l’alcool et de bien la sécher avant de la replacer dans son ordinateur. Cette opération, à réaliser tous les deux mois, assure une meilleure conductivité.

Les traces du temps

Une constatation vous aura peut-être choqué, mais quelque soit la température à laquelle la batterie est stockée ou son niveau de charge, un accu Li-ion perd de sa capacité au fil du temps. En fait, une batterie commence à vieillir dès sa fabrication. En moyenne, une batterie bien conservée et entretenue dure en principe deux à trois ans après sa date de fabrication. C’est le résultat de l’oxydation des cellules, phénomène normal alors que la batterie est utilisée ou qu’elle vieillit. Il est donc important de connaître la date de fabrication avant ou au moment de l’achat. Si vous avez commandé par Internet, n’hésitez pas à renvoyer la batterie si elle a été conservée sur l’étagère du magasin pendant 6 mois. Ce sont six mois de perdus pour vous.

Enfin, une fois que votre batterie aura rendu l’âme, que faire ? Les risques pour l’environnement sont faibles alors que ces batteries sont conçues pour ne pas connaître de fuite et sont plus sûres que celles au cadmium par exemple. Néanmoins, il est clair que l’incinération va dégager des gaz toxiques. Si vous connaissez un programme de recyclage, alors bien évidemment, tirez-en parti en disposant de vos batteries dans les conteneurs appropriés. Vous pouvez aussi faire jouer la règle du « un pour un » mis en place lors de la transcription des directives européennes sur le recyclage des équipements électroniques dans le droit français par le décret d’application 2005-829.

Ce décret dispose, entre autres, qu’un revendeur (offline ou online) se doit de récupérer votre ancien matériel à condition que vous ayez acheté un produit similaire chez lui (un écran pour un écran, un PC pour un PC) et que vous en fassiez la demande. Sachez que l’enlèvement est censé être gratuit. Une batterie tombe sous la catégorie des déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE). Si vous achetez donc un ordinateur portable ou simplement une batterie, vous devriez être en droit de demander la reprise de la batterie ou de l’ordinateur par le revendeur. Après tout, l’écotaxe est justement là pour venir épauler les coûts de cet effort de recyclage.

Comparaisons des technologies

Pour vous permettre de faire un point, voici un tableau comparatif des caractéristiques principales pour les différentes technologies :

Tableau comparatif de valeurs indicatives entre les technologies constatées
Caractéristiques Plomb Acide Nickel Cadmium Nickel Métal Hydride Lithium Ion Lithium Ion Polymère Alcalines rechargeables
Symboles utilisés (1) Pb, SLA Ni-Cd Ni-MH Li-ion Li-po RAM
Densité d’énergie gravimétrique 30-50 Wh/kg 45-80 Wh/kg 60-120 Wh/kg 110-160 Wh/kg 100-130 Wh/kg 80 Wh/kg
Cycles de vie
Charge / décharge
200 à 300 1500 300 à 500 500 à 1000
ou 2 ans
200 à 300 10 à 50
Auto décharge par mois 5 % 20 % 30 % 10 % 10 % 0,3 %
Tension nominale d’un élément 2 V 1,2 V 1,2 V 3,6 ou 3,7 V 3,7 V 1,5 V
Capacité nominale maximale (2) 4000 Ah 1500 Ah 18 Ah 4,5Ah 1,6 Ah -
Résistance interne 0,3 à 100 mΩ 100 à 200 mΩ 200 à 300 mΩ 150 à 250 mΩ 200 à 300 mΩ 200 à 2000 mΩ
Stockage long Chargé Déchargé Chargé Chargé à 40% Chargé à 40% Chargé
Gamme de température -20°C à 60°C -40°C à 60°C -20°C à 60°C -20°C à 60°C 0°C à 60°C 0°C à 65°C
Principe de charge Tension constante Courant constant Courant constant Tension constante Tension constante -
Courant de charge(3) C/4 2 C (4) 2 C (5) 1 C 1C C/3
Charge typique 2,6V 20 h C/10 – 14h C/4 – 5h 4,1 ou 4,2V – 3h 4,2V – 3h 1,65V 4h
Critère de fin de charge Ic < C/100 -dV/dt -dV/dt Ic < 0,03 C Ic < 0,03 C -
Courant maximum en décharge 5 C 20 C 5 C > 2 C > 2 C C/2
Courant de décharge nominal C/5 1 C C/2 < 1C < 1C C/5
Tolérance à la surcharge Oui Moyenne Très faible Nulle Très faible Moyenne
Sensible à l’effet mémoire Non Oui Oui Non Non Non
Coût moyen typique 25 50 60 100 100 5
Précautions spéciales Ne doit jamais être stockée déchargée! Ne doit jamais être stockée déchargée
Préfère des petites charges successives que des grandes
(1) Symbole chimique ou abréviation ou sigle.
(2) Capacité maximale constatée au moins une fois. Mais la technologie évoluant rapidement le maximum absolu est certainement supérieur à ces valeurs.
(3) taux de charge exprimé par rapport à la capacité nominale de l’accumulateur.
(4) 1C en standard mais certains modèles supportent 2C, et d’autre C/10 uniquement.
(5) Uniquement valable pour certains éléments spécifiques, sinon c’est 1C.