Qu’est-ce qu’une batterie ?
Une batterie est un dispositif permettant de stocker de l’énergie électrique sous une forme chimique, puis de la libérer sous forme de courant continu de manière contrôlée.
Tous les types de batteries contiennent une électrode positive et une électrode négative immergées dans un électrolyte, le tout étant situé dans un conteneur.
La plupart des batteries Yuasa sont des batteries plomb-acide. Elles sont dotées d’électrodes positives et négatives faites de composés de plomb dans un électrolyte d’acide sulfurique dilué.
Les batteries plomb-acide sont des batteries secondaires, ce qui signifie qu’elles peuvent être rechargées après avoir été déchargées. Les batteries primaires peuvent être déchargées une seule fois et doivent ensuite être mises au rebut. Elles incluent, par exemple, certains types de batteries pour les lampes-torches et les radios.
Comment fonctionne une batterie Yuasa
L’électrode positive est faite de dioxyde de plomb et l’électrode négative de plomb poreux.
Lorsqu’une charge électrique (par exemple des éclairages ou un moteur de démarrage) est connectée sur la batterie, le courant circule dans l’électrolyte de la batterie et dans la charge externe. Cela entraîne une décharge de la batterie, ainsi que la transformation de la composition chimique des deux électrodes en sulfate de plomb.
Vous pouvez charger une batterie en faisant passer un courant dans la batterie à partir d’une source d’électricité externe telle qu’un alternateur, une dynamo ou un chargeur. Cela convertit le sulfate de plomb à nouveau en dioxyde de plomb et en plomb poreux.
À mesure que la batterie se charge, l’électricité commence à décomposer (hydrolyse) l’eau dans l’électrolyte en éléments constitutifs : l’hydrogène et l’oxygène. Ces éléments sont libérés sous forme de gaz. C’est pour cette raison que des gaz s’échappent d’une batterie lorsqu’elle est chargée.
Quels sont les éléments qui composent une batterie ?
Grilles
Comme les électrodes positives et négatives sont fabriquées dans des matériaux mous, elles ont besoin d’un soutien mécanique fourni par une grille en alliage de plomb ; le plomb seul serait trop mou.
En plus de fournir un soutien aux électrodes (le matériau actif), la grille conduit aussi l’électricité des électrodes vers la charge externe.
Électrodes
Les électrodes sont initialement fabriquées à partir d’un mélange d’oxyde de plomb et de sulfate de plomb. Il est converti en dioxyde de plomb dans la plaque positive et en plomb poreux dans la plaque négative lors de la première charge de la batterie.
L’électrode négative contient aussi de petites quantités d’additifs afin d’offrir à la batterie une bonne performance de décharge à basses températures et d’améliorer le démarrage.
L’association de grille et d’électrode s’appelle normalement une plaque.
Électrolyte
L’électrolyte est de l’acide sulfurique dilué. Il agit en tant que conducteur pour faire circuler les ions électriques entre les plaques positives et négatives lorsque la batterie est en cours de charge ou de décharge.
L’acide participe également à la décharge étant donné que les ions sulfates réagissent chimiquement avec les électrodes pour produire du sulfate de plomb.
Séparateur
Le séparateur est un isolant placé entre les plaques positives et négatives qui les empêche de se toucher.
Le séparateur doit être microporeux et doté de très petits trous afin de permettre aux ions de circuler dans le séparateur d’une plaque à une autre. Il doit aussi pouvoir résister aux températures élevées et aux conditions d’oxydation fortement acides qui se produisent dans une batterie.
La plupart des séparateurs modernes sont composés de polyéthylène microporeux qui possède les propriétés adéquates pour satisfaire les conditions à l’intérieur de la batterie.
Conteneur et couvercle
Ils sont généralement fabriqués en polypropylène, qui est un plastique léger mais solide. Contrairement à certains plastiques, il ne devient pas friable lorsqu’il est froid, et peut donc résister aux coups lors de sa manipulation. Il n’est pas attaqué par l’acide et peut aussi supporter les fluides (pétrole, diesel, liquide freinage, antigel) que l’on trouve généralement dans un véhicule.
Pourquoi une batterie est-elle sans entretien ?
Il y a 30 ans, les batteries perdaient de l’eau à un rythme élevé, et on recommandait aux automobilistes de vérifier le niveau d’acide dans le cadre de leurs contrôles hebdomadaires. Dans les batteries modernes sans entretien, il est inutile d’ajouter de l’eau pendant leur durée de vie dans des conditions de fonctionnement normales. Accessoirement, pendant la même période, la durée de vie de la batterie a doublé en passant de 2 ans à 4-5 ans.
Dans le passé, les grilles de batterie étaient fabriquées en alliage de plomb avec 10 % d’antimoine. Cet antimoine était censé apporter de la rigidité étant donné que le plomb pur seul serait trop mou. Malheureusement, une partie de l’antimoine était dissoute dans l’acide et entraînait une perte d’eau pour la batterie.
Avec les améliorations de la technologie de batterie, nous avons pu réduire la teneur en antimoine de 10 % à 1,5 %. Cette réduction a permis de produire des batteries nécessitant peu d’entretien, avec un contrôle annuel uniquement.
La dernière amélioration a été l’utilisation de 0,1 % de calcium en tant qu’agent de durcissement dans les grilles à la place de l’antimoine. Cela entraîne une moins grande contamination de l’acide et une perte d’eau très réduite. Ainsi, la batterie est sans entretien et il est inutile d’ajouter de l’eau pendant sa durée de vie opérationnelle.
Problèmes de service
Surcharge
Les systèmes de charge des voitures modernes permettent uniquement la circulation d’un faible courant dans la batterie lorsqu’elle est complètement chargée. Si l’alternateur est défectueux, un courant beaucoup plus important circulera dans la batterie pendant toute la durée de fonctionnement de la voiture. Ce courant fait perdre de l’eau rapidement à la batterie, en supprimant les caractéristiques sans entretien de la batterie. Il réduit également la durée de vie de la batterie en endommageant les grilles positives.
Une couleur noir/marron foncé au fond des bouchons de vidange est un signe important de surcharge.
Si la tension d’un alternateur (véhicule n’utilisant pas le système Start-Stop) est supérieure à 14,8 volts à des températures normales, cela indique généralement que le système de charge est défectueux. Si le défaut de diode commun dans le redresseur entraîne des tensions de charge de 16,0 V au niveau de la batterie, l’alternateur doit être réparé immédiatement pour empêcher de causer d’autres dommages à la batterie.
Notez qu’avec les derniers véhicules utilisant le système Start-Stop et de Récupération de l’énergie au freinage, des tensions plus élevées (15,2 V) sont utilisées pour optimiser l’efficacité de charge et réduire les temps de charge de l’alternateur.
Cyclage profond
Les systèmes de charge modernes permettent de conserver la batterie dans un état de charge élevée pendant que la voiture est en marche dans des conditions de fonctionnement extrêmes. Toutefois, la batterie se déchargera dans des conditions anormales ou si la voiture reste immobile avec une charge activée, par exemple, les phares. Sur les voitures modernes en stationnement, la batterie est normalement constamment affaiblie en raison des composants tels que l’ordinateur, le système d’alarme, l’horloge, etc. Cela entraîne une décharge de la batterie. En fonction du véhicule, cela peut prendre des semaines ou des mois.
Les batteries des véhicules sont conçues pour accepter certains cycles de décharge et de recharge. Elles ne sont pas conçues pour les applications incluant des cycles de charge et de décharge constants (cyclage profond). Les batteries d’alimentation ont été conçues pour ces types d’application. Elles ont une construction spéciale qui leur permet de supporter un cyclage profond de manière continue.
Le cyclage profond continu des batteries de véhicule entraînera une défaillance car la matière active positive tombera progressivement au fond de la batterie, en réduisant la capacité des plaques à stocker l’électricité.
Un grand nombre de petites particules noires/marron dans l’électrolyte indique que la batterie a connu un cyclage profond.
Sulfatation
La sulfatation est un aspect normal du fonctionnement d’une batterie et a lieu lorsqu’une batterie est déchargée. Lorsque la batterie est rechargée, la sulfatation (sulfate de plomb) est transformée en matière active.
Si une batterie reste déchargée pendant une période prolongée, cette sulfatation modifie lentement sa forme en une forme ne pouvant être modifiée en matière active lors de la charge. Par conséquent, après la charge, la batterie ne pourra plus donner sa performance initiale. Si la sulfatation est suffisamment importante, la voiture ne démarrera pas. C’est un problème que l’on désigne souvent par le terme « sulfatation ».
Charge insuffisante
Une charge insuffisante a lieu si la batterie ne reçoit pas une charge suffisante pour retrouver un état de charge complète. Cela entraînera progressivement la sulfatation. Cette défaillance peut se produire si la voiture est uniquement utilisée occasionnellement pour des trajets courts, ou pour la surveillance urbaine du système Start-Stop. Une charge insuffisante aura également lieu si la tension de l’alternateur est comprise entre 13,6 et 13,8 volts.
