Accumulateur électrique - Définition

Caractéristiques générales des accumulateurs électrochimiques

Tension électrique

La tension ou potentiel (en volt) est un paramètre important. Fixée par le potentiel d'oxydo-réduction du couple redox utilisé, elle est de l'ordre de quelques volts pour un élément. Comme en pratique des tensions plus élevées, typiquement 12, 24 voire 48 V et plus sont requises, il suffit pour augmenter la tension de raccorder des éléments du même type en série au sein d'une batterie d'accumulateurs. C'est sans aucun doute l'origine du terme « batterie » comme synonyme courant d’ « accumulateur » et, en anglais, de « pile » ; toutefois certains évoquent une autre source étymologique possible : l'effet de choc d'un courant électrique, comme si l'appareil électrique « battait » celui qui reçoit la décharge.

Charge électrique

La charge électrique (une quantité d'électricité enmagasinée par l'accumulateur), se mesure en Ah ou mAh ((m)Ah : (milli)ampère(s) pendant une heure). Elle se mesure dans la pratique en multipliant un courant constant par le temps de charge/décharge, en Ah (ampère-heure) ou mAh (milliampère-heure), mais l'unité officielle de charge (SI) est le coulomb équivalent à un As (ampère pendant une seconde) : 1 Ah = 1 000 mAh = 3 600 C ; 1 C = 1 Ah/3 600 = 0,278 mAh. Elle n'est comparable que pour des valeurs de tension égales. Plus significative est donc l'énergie stockée (voir ci-dessous).

Capacité de charge électrique

La capacité de charge électrique, souvent appelée dans le langage courant capacité de l'accumulateur est la charge électrique que peut fournir l'accumulateur complètement chargé pendant un cycle complet de décharge. Sa valeur initiale théorique est généralement indiquée (en Ah ou mAh voir ci-dessus) par le constructeur. Elle peut parfois être initialement assez variable et elle diminue au fur et à mesure de la vie de l'accumulateur. Les appareils indiquant (en mesurant la tension) si l'accumulateur est bien chargé ne donnent pas d'indication de cette capacité. Celle-ci est plutôt estimée en pratique en comparant le temps de décharge complète de différents accumulateurs (et en le multipliant par le courant moyen s'il est connu).

Énergie stockée

L'énergie stockée se mesure usuellement en Wh (wattheure) mais l'unité officielle (SI) est le Joule.

1 Wh = 3 600 J = 3,6 kJ ; 1 J = 0,279 mWh. Le rapport entre les deux est la tension (à supposer qu'elle soit stable) par la formule :

1 Wh ↔ 1 Ah × 1 V ↔ 1 A × 1 h × 1 V (valable uniquement en courant continu). En pratique inutile car la tension est variable (elle diminue proportionnellement à la charge), il faut juste retenir qu'une valeur Ah n'est pas comparable d'un voltage nominal à l'autre.

Débit maximum

Le débit maximum, ou puissance en pointe, d'un accumulateur se mesure en ampère, ou encore en watt (1 VA = 1 A × 1 V). Il est largement supérieur au débit d'utilisation courante et ne peut être maintenu sans risques.

Impédance interne

L’impédance interne, exprimée en ohm, impédance parasite qui provoque une chute de tension en décharge et, par conséquent peut limiter le courant de décharge. En pratique, on assimile souvent l'impédance à la seule résistance pure.

Charge maximale

La charge maximale supportable est mesurée en puissance instantanée de charge, donc en ampère, mais est souvent exprimée en unité de charge, c'est-à-dire rapportée à la capacité. L'unité de charge est le rapport entre le courant de charge en A et la capacité C en Ah. Une valeur de 0,5 C correspondant à 0,5 A pour une capacité de 1 Ah ou à 1 A pour une capacité de 2 Ah, et dans les deux cas à une charge de 2 heures. Cette grandeur est également le débit maximum que peut délivrer la batterie de manière stable (souvent inférieur au débit de pointe).

Densité

La densité massique, ou énergie spécifique, est une des caractéristiques importantes d'un accumulateur, elle correspond à la quantité d'électricité (Ah/kg) ou d'énergie (Wh/kg) qu'il peut restituer par rapport à sa masse.

La densité volumique, ou densité d'énergie, est une autre caractéristique qui peut avoir son importance, elle correspond à la quantité d'électricité (Ah/m³) ou d'énergie (Wh/m³) qu'il peut restituer par rapport à son volume. On utilise plus couramment les Wh/dm³ soit Wh/l.

La densité de puissance en pointe, ou puissance spécifique correspond au débit ou à la puissance maximale rapportée à la masse de l'accumulateur, et s'exprime en ampère ou en watt par kilogramme (A/kg ou W/kg). De la même manière, on peut calculer la puissance rapportée au volume, moins usitée. Cette puissance spécifique est surtout fonction de la conductivité intrinsèque de l'accumulateur, qui doit offrir le moins de résistance possible au courant.

Vieillissement et usure

Le vieillissement et l'usure entrainent une perte progressive de la capacité des batteries avec le temps (plusieurs années) et l'usage (plusieurs centaines ou milliers de cycles de charge et de décharge).

Forme physique

La forme physique est normalisée par la Commission électrotechnique internationale (CEI) et par l'American National Standards Institute (ANSI). Cependant un certain nombre d'appellations propres aux fabricants de piles subsistent.