Les piles et les batteries partie 2

Deuxième partie du sujet sur les piles et les batteries.

Le but de cette série d’article est de couvrir l’ensemble de ces différents éléments:

• expliquer les différences entre les piles et les batteries,
• comparer les différents types de piles,
• comparer les différents types de batteries,
• comprendre et interpréter la vue équipements de jeedom,
• vous montrez comment prolonger la vie de vos piles et batteries dans vos équipements,
• comment remiser les piles et batteries sans danger,
• vous guider dans vos futurs achats de ces consommables.

La première partie était centrée sur les piles, nous allons donc aujourd’hui  nous attarder sur les batteries.

De plus en plus les modules domotiques sont équipés de batteries, plutôt que de changer des piles nous  rechargeons les modules. C’est notamment le cas chez Aeotec avec les 2 WallMote ainsi que le Door/Windows Sensor 6. D’autres modules comme des sirènes extérieures ou station météo sont aussi équipés de batteries qui elles rechargées par une cellule photovoltaïque.

Pour assurer une meilleure fiabilité à votre domotique et d’en limiter les pannes vous avez probablement opté pour installer votre passerelle domotique sur un UPS. Si ce n’est pas le cas je vous le recommande vivement.

Pour rappel la principale différence entre les piles et la batterie, peut se définir simplement ainsi : les batteries sont rechargeables contrairement aux piles.

Cet article comme le premier a été rédigé avec la participation de Brice de Ma Maison Intelligente

Les batteries

Les batteries sont également appelées système d’énergie secondaire. Les batteries sont constituées d’électrochimies dites rechargeables.

La particularité des systèmes rechargeables c’est que la recharge peut différer totalement d’une technologie à une autre.

Comme pour les piles, les chimies utilisées entraînent des caractéristiques différentes de tension nominale, de capacité (les mAh) et de comportement en températures.

Les caractéristiques de batteries

Les caractéristiques d’une batterie sont similaires aux piles on retrouve donc :

• La tension nominale (tension moyenne d’utilisation)
• La capacité (en mAh ou en Ah). La lecture de la capacité dépend de la technologie, le plomb et le li-ion ont des correspondances entre la capacité et la tension mais pas du tout pour le Ni-Cd ou le Ni-mh (80% de la capacité est à 1.2V donc illisible pour un simple lecteur de tension)
• La résistance interne.
• L’autodécharge, à la différence des piles l’autodécharge ici est bien plus importante. Elle variera de 1% par jour à 1% par mois environ.

Effet mémoire

L’effet mémoire est un critère qui est de moins en moins courant car il s’agit d’un effet réduisant la capacité d’une batterie dans le cas où celle-ci n’était pas déchargée complètement. Ce phénomène ne concerne que les batteries de chimie Ni-Cd.

Technique de charge

Tension constante

On impose une tension de consigne à la batterie et plus la différence de tension entre la batterie et le chargeur est importante, plus le courant sera fort avec une asymptote en fin de charge (autrement considéré comme fin de charge lente à partir de 80% de la batterie)

Courant constant

• Courant constant faible : pour maintenir une batterie chargée constamment.
• Courant constant fort : là on charge de façon très importante la batterie jusqu’à une détection de montée en température ou une variation de tension. (Utile pour les solutions en ni-mh).

La tenue en température ou à la charge constante

A la différence des piles, la tenue en haute température ou la tenue en charge constante est une caractéristique très importante à prendre en compte dans nos systèmes.

En effet si on maintient une batterie chargée, ses électrons restent en constante activité ce qui fait monter la température de la batterie et donc la détruire (ou au moins la vider de façon permanente).

La fin de vie

Le critère de fin de vie est à prendre en compte, il est souvent distingué en nombre de cycles (charge/décharge) ou en années (dans le cas d’une charge constante pour un ups). Les données avancées (200, 300, 500 cycles ou 2 à 5 ans) correspondent à un pourcentage de capacité restante par rapport à l’état neuf (70 à 80%).

Pour faire simple une batterie donnée à 1000mAh sera considéré comme morte (par le fabricant) quand il ne restera plus que 700 ou 800mAh par cycle de charge.

Cet état de santé (SOH) décroît de façon relativement linéaire.  

Les types de chimies des batteries

Pour différencier les batteries on en revient toujours sur les chimies utilisées.

*C/X = il s’agit du courant correspondant à la capacité de la batterie divisé par X

Exemple pour une batterie de 10Ah, si on charge à C/10 alors on charge à 1A

Comment prolonger la vie de vos batteries

Pour améliorer la durée de vie de vos batteries il y a plusieurs solutions :

• les stocker à froid permet toujours de ralentir leur fonctionnement et donc leur vie est augmentée.
• ne pas laisser une batterie plomb déchargée car si elle passe sous 20% par autodécharge alors cela l’endommage (sauf plomb pur)
• ne pas laisser une batterie Ni-Cd ou Ni-mh déchargée car si elle passe sous 1% par autodécharge alors cela l’endommage irrémédiablement.
• ne pas laisser une batterie li-ion déchargée car si elle passe sous 1% par autodécharge alors cela l’endommage  mais cela peut aussi entraîner des risques de sécurité
• ne pas laisser une batterie plomb ou li-ion chargée à sa tension maximale trop longtemps. Même si une batterie li-ion est déconnectée du chargeur mais pleine à 100% elle s’endommage car l’autodécharge sera trop lente et donc l’activité interne de la batterie restera toujours importante.

On voit ici qu’il est encore plus complexe de conserver des batteries que des piles. C’est même très dangereux si on ne pratique pas d’entretien sur des batteries et ou équipements avec des batteries à l’intérieur. Laisser un vieux téléphone dans un tiroir sans jamais le recharger peux provoquer la destruction de la batterie, elle peut aussi gonfler et détruire l’équipement en question voir occasionner d’autre dégâts. 

Il ne faut pas sous-estimer le danger des batteries, c’est d’ailleurs pour cette raison que l’importation des batteries est soumise à des règles de sécurité très strictes.

La batterie lithium ion reste à ce jour la meilleure alternative pour l’alimentation des appareils électroniques mobiles. Elle n’est pas exempte de risques, mais ceux-ci sont bien maîtrisés pour ce type d’application.

Attention à la température

La durée de vie est en fonction de la température et ce pour toutes les technologies (chimies). C’est surtout à la charge que cela impacte le plus. Il faut charger le plus lentement possible vos batteries, si vous souhaitez prolonger la vie de vos batteries.

La température de charge souhaitée est de 25°C. Si la température de la batterie, lors de la charge, est en moyenne à 35°C alors chaque cycle à cette température comptera à double, à 45°C de moyenne cela vaudra x4. A une température de 55°C, on est alors avec un facteur de x8. Et ainsi de suite par palier de 10°C on x2 le précédent palier.

Lors d’une charge rapide la température de la batterie monte jusqu’à 65°C, la durée de vie 16 fois inférieure à celle annoncée par le constructeur. Si le constructeur annonce 500 cycles ils passeront alors à 32 cycles de charge possible si on répète régulièrement des charges rapides à cette température.

Chargeurs

Il existe plusieurs choix de chargeur avec des avantages et inconvénients, je vais en décrire ici que certaines grandes lignes.

Chargeur simple

Il s’agit de chargeurs sans détection de fin de charge, c’est de votre ressort de retirer les piles à la fin de la charge. Ce sont des chargeurs très bon marché mais je trouve que ce n’est pas une bonne économie, parce que vous risquez d’endommager vous batteries.

Le problème ici c’est que le chargeur ne détecte pas la fin de charge, il va donc continuer à essayer de charger la batterie à un ratio de C/10 soit 10% de la capacité en mAh. Lorsque la charge est complétée il faudra se contenter d’un courant de maintien beaucoup plus faible, afin d’éviter d’endommager la batterie. Si on maintient le courant de charge, la batterie entre en surcharge, et va commencer à s’échauffer. Nous avons juste avant évoqué les effets négatifs de la température sur les batteries.

Chargeurs intelligents

Les dernières générations de chargeurs sont capables de vérifier l’état de la batterie, et de fournir automatiquement une charge contrôlée. Cela permet de charger la batterie le plus rapidement possible sans l’endommager et sans la charger excessivement à la fin de la charge. Les chargeurs intelligents ont une configuration spéciale selon la chimie des batteries.

Exemple de cycles de charges sur des chargeurs intelligents

Pour une batterie lithium le cycle de charge est orchestré de en 3 étapes.

On retrouve en première étape une charge en courant constant, suivi d’une charge en tension constante avant d’arriver sur la charge complétée.

On comprend qu’il ne s’agit pas seulement d’une simple source de voltage.

Les smartphones sont équipés d’une puce dédiée à la recharge selon la batterie sélectionnée du manufacturier. De cette façon on peut utiliser pratiquement n’importe quel adaptateur 5V USB. Je dis bien presque, si la tension est mal régularisée peut faire surchauffer la batterie. Il est fréquent de lire dans les journaux ce genre d’avarie. On comprend aussi qu’il n’est pas toujours simple de remplacer la batterie prévue par une compatible si elle ne respecte pas toutes les spécifications de l’originale. 

Personnellement j’ai fait l’acquisition, depuis 3 bonnes années, du chargeur Maha Powerex C9000.

Il peut être utilisé pour charger, rafraîchir et d’analyser vos batteries. Il dispose de 5 programmes pour lesquels on peut adapter les réglages selon les batteries installées. Les 4 emplacements sont aussi indépendants les un des autres, chaque batterie sera donc traitée individuellement. Je vous le recommande pour vos batteries AA ou AAA (NiMH, NiCd).

Fast Charging

Dans la suite des possibilités de chargeurs il y a les chargeurs dits très rapides.  Ils ont l’avantage de « remplir » très rapidement votre batterie à plat sans attendre pour autant des heures. Il faut toutefois bien faire attention à la température de la batterie. Une batterie qui chauffe trop durant la charge va aussi se détruire. En effet tous les cycles avec  plus de 10°C par rapport à la température normale de charge, diminuent la durée de vie par 2 de la batterie !

Ici un chargeur rapide pour batterie ni-mh

Il faut donc utiliser ces chargeurs en bonne connaissance de cause : la charge idéale d’une batterie quelconque est entre C/3 et C/5 pour un chargeur intelligent et C/10 maxi pour les chargeurs sans détection de fin de charge. « C » étant la capacité en mAh. Il est possible de se rendre à C/1 sans trop dégrader la batterie mais en s’assurant que l’on ne dépasse pas 25°C comme explique précédemment.

Il faut se rappeler du critère de fin de vie d’une batterie à savoir entre 80 et 70% de capacité restante, pour pourrez donc continuez à recharger votre batterie après mais celle-ci aura peut-être plus que 40% de sa capacité. Une batterie annoncée à 2000mAh passe simplement à 800mAh. Vous devez la recharger plus souvent comme elle ne tient plus sa charge.

Remplacer une pile par une batterie

C’est presque une question ouverte ici. Il n’y a pas de oui ou non, c’est très relatif à l’utilisation spécifique et éventuellement à la disponibilité et du coût. Les batteries sont plus chères que les piles, selon le modèle c’est souvent 5 fois le prix d’une pile. Il faut aussi acheter un chargeur et de préférence un chargeur intelligent si vous souhaitez prolonger au mieux la vie de vos batteries.

Une batterie ne sera pas rechargeable à vie. Il faut aussi savoir que le voltage d’une batterie est plus faible que sur une pile pour un même modèle, une pile AA est à 1.5V avec 2800mA alors qu’une batterie sera elle de 1.2V et probablement à 1900mA. Pour les milli ampère c’est toujours relatif à la pile et batterie selon la marque et modèle. Plus on aura de mA mieux ça sera. Par contre il faut aussi faire attention : souvent les batteries offrant plus de mA, donc une meilleur capacité, supporte beaucoup moins de cycle de charge. On peut passer de 300 cycles au lieu des 500. Selon le cas d’utilisation ce ne sera pas un bon achat, mais dans d’autres quasi obligatoire.   

Je vais essayer de détailler des cas où c’est avantageux et ceux où il faudrait vraiment passer son tour.

Avantageux

Il est vraiment intéressant de remplacer des piles par des batteries pour des équipements ou la vie des piles est vite épuisée. Lorsque je dis vite épuisée ça peut aller de quelque heures à quelque jour. Le parfait exemple est les manettes de consoles de jeux. C’est un axe à faire des économies sur l’année.  On a en général un lot de batteries déjà rechargées pour vite continuer en cas de décharge des batteries dans les manettes. Les manettes sont livrées de plus en plus directement avec des batteries, exemple avec la PS4.

Non recommandé

Alors c’est simple dans vos différents capteurs ce n’est vraiment pas un bon choix. Si on considère la durée de vie théorique d’une pile AA annoncé par exemple à 3 ans, pour un capteur d’inondation. En remplaçant la pile par une batterie on aura déjà le voltage qui sera plus bas, selon la manière dont votre capteur remonte l’information du pourcentage vous n’aurez peut-être pas 100% avec une batterie 100% chargée. La batterie aura moins de mA, donc moins de capacité le module drainera plus de mA comme le voltage est plus bas. Mais surtout, vous vous souvenez l’autodécharge est une des caractéristiques et celle-ci est beaucoup plus élevée sur une batterie que sur une pile.

On ne pourra donc pas espérer la même durée de vie avec une batterie qu’avec une pile, si on doit recharger la batterie du capteur dès le 3ème  au 6ème mois au lieu d’être tranquille pour 2 à 3 ans. Vous aurez donc plus de maintenance à réaliser et possiblement de ne pas être protégé par vos capteurs.  Je préfère la tranquillité d’esprit et le confort de ne pas à avoir à recharger des batteries dans des équipements dès fois difficile d’accès.

Relatif

Vous êtes bien sur libre de vos choix, vos contextes peuvent être différents. Il y a aussi l’aspect écologique, une batterie supportera tout de même 1000 cycles de charge selon la marque et le modèle, sur du long terme c’est toujours une économie en argent et surtout en déchets.

Conclusion

Donc encore une fois il faut prendre des batteries et chargeurs de fabricants fiables et réputés. Eviter le trop bon marché, même si les risques sont de plus en plus maîtrisés , des accidents arrivent encore régulièrement.

Il faut bien prendre le temps de comparer les batteries avant de les acheter,  pas que le format et le prix, mais également regarder la capacité annoncée, les cycles de charges et la disponibilité d’un chargeur adéquat. Les charges lentes sont les meilleurs amies de vos batteries.

Le deuxième article sur les piles et batterie se termine. Le troisième et dernier article nous replongera dans l’utilisation au quotidien des piles et batteries avec leur suivi dans jeedom et des petites règles à prendre en compte dans le but de vous éviter des frais et des désagréments. 

Votre domotique est là pour vous servir, vous n’êtes pas au service de votre domotique.  

A suivre …