Si l’on remonte à 1859, la batterie au plomb s’est démarquée comme composant intégral de presque tous types de véhicules, hybrides et électriques compris. Même si les véhicules hybrides et électriques utilisent des batteries lithium-ion et des accumulateurs nickel-hydrure métalliques pour stocker l’énergie et propulser le véhicule, la batterie 12 volts, réputée pour sa fiabilité, est encore utilisée sur les véhicules équipés d’un système électrique de 12 volts.
Dans cette note technique, nous nous penchons sur la technologie de batterie à 12 volts et sur les futures stratégies envisagées avec les experts techniques d’Autodata.
Ne contenant aucune pièce mobile quelle qu’elle soit, la batterie au plomb de 12 volts se compose de six cellules galvaniques, chacune ayant une capacité de 2,1 volts. Chaque cellule comprend une plaque positive enduite de dioxyde de plomb et une plaque de plomb négative, séparées par une grille et par un matériau isolant appelé séparateur. L’ensemble de la structure est encapsulé dans un conteneur en plastique rigide rempli d’une solution liquide appelée électrolyte et qui se compose d’acide sulfurique et d’eau. Après avoir appliqué une charge supérieure à 2,1 volts à chaque cellule, une réaction chimique se déclenche à l’intérieur de la batterie, créant une énergie électrique prête à être exploitée.
1, Cellule galvanique. 2, Plaque positive enduite de dioxyde de plomb. 3, Plaque de plomb négative. 4, Grille. 5, Séparateur. 6, Plaque de plomb
Depuis l’invention de la batterie au plomb, presque aucune amélioration notable de son concept n’a été observée. Néanmoins, au milieu des années 70, des progrès ont été apportés à la batterie au plomb « sans entretien » ou à la batterie au plomb « scellée ». Pourtant, appeler les batteries comme strictement « scellées » est inexact. En effet, sans tenir compte de la terminologie, les batteries sans entretien ou scellées comprennent encore des soupapes de décharge de sécurité qui libèrent la pression interne en cas de surcharge ou de panne des cellules. C’est justement pour cette raison qu’on les appelle aussi batteries VRLA, de l’anglais « valve regulated lead acid », batteries régulées par soupape à recombinaison de gaz.
Ce qui rend la batterie VRLA sans entretien, à savoir, ne nécessitant pas de rajouter de l’eau distillée, c’est la réaction chimique qui se produit lorsque l’oxygène qui se forme sur la plaque positive se combine à l’hydrogène dégagé par la plaque négative. La synthèse entre les deux composés forme de l’eau qui est recyclée par la batterie, la rendant ainsi sans entretien.
Par conséquent, sans trop s’éloigner de la formule de la batterie régulée par soupape (VRLA), le même concept entre en jeu dans la batterie gel et AGM (Absorbed Glass Mat). Les batteries gel et AGM sont toujours classées comme scellées et régulées par soupape. Néanmoins, il existe des différences notables entre les deux. L’acide de la batterie gel est figé avec du gel de silice pour former une masse liquide épaisse, tandis que les plaques et le séparateur de la batterie AGM baignent dans l’électrolyte qui est stabilisé par un assemblage de buvards en fibre de verre.
Ce grand bond dans l’innovation technologique s’accompagne de nombreux avantages. En effet, ces deux batteries sont pratiquement sans entretien, résistantes aux vibrations, ne présentent pas de liquide libre risquant de fuir, et peuvent être placées en toute sécurité dans des zones faiblement ventilées. Toutefois, puisque la batterie AGM peut répondre à une forte demande en capacité électrique et qu’elle se décharge très lentement, c’est cette solution que l’industrie automobile préfère utiliser. Elle l’intègre donc fréquemment à la technologie Stop and Start des véhicules.
Il est important de noter à ce stade que les véhicules équipés de systèmes de contrôle de la batterie auront besoin d’être recalibrés à chaque remplacement de batterie. Les systèmes de contrôle des batteries fournissent des informations précises sur le statut de ces dernières tout en tenant compte de leur vieillissement. Des valeurs telles que l’intensité et les données relatives à la batterie doivent être réinitialisées en utilisant le matériel de diagnostic. Si ce point est négligé, une surcharge peut avoir lieu, causant une panne prématurée de la batterie.
Il faut être particulièrement prudent lors de l’utilisation de chargeurs externes de batterie. En effet, les batteries régulées par soupape (VRLA) sont destinées à un chargement à bas régime et lent. Les chargeurs de batterie intelligents, capables de réguler automatiquement la tension et l’intensité, devraient être utilisés pour prévenir tout dommage à la batterie. En cas de doute concernant la compatibilité et l’usage de la batterie, suivez les conseils du fabricant.
L’avenir
L’industrie automobile poursuit ses recherches afin de trouver la prochaine évolution en matière de technologie des batteries. La finalité consiste à inventer une batterie capable de stocker une grande quantité d’énergie électrique tout en nécessitant une période de chargement complet relativement courte. Les exemples ci-après offrent un bref aperçu des stratégies et des concepts nouveaux envisagés :
• Les batteries à l’état solide remplacent l’électrolyte trouvé dans les batteries existantes avec une substance solide pour renforcer la masse énergétique. Puisque les températures de fonctionnement sont faibles, tout risque d’incendie ou d’explosion est réduit. Ces batteries sont censées avoir une durée de vie plus longue et sont aussi considérées comme moins onéreuses à produire que les batteries existantes.
• Les batteries à base de silicone utilisent le silicone dans les accumulateurs lithium-ion. Ainsi, la capacité de charge augmente et donne une batterie exploitable vraiment plus longtemps entre les temps de recharge. Le silicone est une matière largement disponible et représente une option particulièrement viable.
• La technologie de batterie fluorure-ion prétend pouvoir stocker jusqu’à dix fois plus d’énergie que les accumulateurs lithium-ion courants. Néanmoins, actuellement, les batteries fluorure-ion fonctionnent seulement à des températures élevées. Par conséquent, cette limite de température doit être gérée avant que ce type de batterie devienne une solution réaliste.
En dépit de l’âge mature des batteries 12 volts, des améliorations sont encore à apporter et les leçons du passé indiquent que la batterie parfaite demande des progrès à la fois lents et calculés. Des progrès considérables dans la technologie des batteries à venir ne se feront probablement pas du jour au lendemain et l’industrie devrait encore patienter plusieurs années voire quelques décennies avant de les voir apparaître.
Le module dédié Autodata de débranchement et rebranchement de la batterie offre aux techniciens toutes les informations dont ils ont besoin pour travailler efficacement avec les batteries actuelles. Ses fonctionnalités incluent les schémas indiquant les emplacements et procédures de débranchement des batteries, les consignes de préparation au débranchement de la batterie, et une liste de composants électriques à réinitialiser une fois la batterie rebranchée.