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Sujet NiMH (accus NIckel Métal Hydrure) - [Ze Post]

 

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MasterXela
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Message Posté le: 11 Mar 2014, 11:47    Sujet du message: NiMH (accus NIckel Métal Hydrure) - [Ze Post] Répondre en citant

Les batteries nickel-hydrure de metal NiMH sont une amélioration des batteries NiCd classiques. Leur tension nominale reste de 1.2v par élément.

Un accumulateur nickel-hydrure métallique ou NiMH (de l'anglais nickel-metal hydride) est un accumulateur électrique rechargeable utilisant de l'hydrure métallique (composé permettant de stocker de l'hydrogène) et de l'oxyhydroxyde de nickel comme électrode.
L'hydrure de métal est une combinaison de différents métaux du groupe des lanthanides (terres rares), qu'on ne trouve pratiquement qu'en Chine.

À l'origine, les recherches ont abouti dans les années 60 après un travail sponsorisé pendant 2 décennies par Volkswagen et Daimler. Dans les années 70, c'est Philips et le CNRS qui ont fait des travaux remarquables. La partie de l'électrode positive a été fortement développée par Yuasa.

Les accumulateurs NiMH ont été commercialisés vers 1990 et présentent une énergie volumique supérieure d'au moins 30 % par rapport aux accumulateurs NiCd (Nickel-Cadmium). Ils sont aujourd'hui eux-mêmes dépassés en termes d'énergie massique par les accumulateurs Li-ion (Lithium-ion) et Li-Po (Lithium-Polymère)
.

Les batteries NiMH sont actuellement le standard pour équiper les voitures hybrides (moteur à combustion + moteur électrique). En effet malgré des performances en retrait par rapport aux batteries à base de lithium, elles gardent l’avantage de bien supporter de forts courants de charge et de décharge et sont beaucoup plus sûres en cas de surchauffe.
La Toyota Prius et la Honda Civic IMA, par exemple, sont toutes deux équipées d’une batterie NiMH, de 1,5 kWh (39 kg) pour la première et de 28 kg pour la seconde. Ces batteries sont prévues pour durer toute la durée de vie du véhicule (garanties 8 ans).


Produits disponibles sous forme d’éléments unitaires ou de packs batteries multi-éléments. Tension nominale d'un élément = 1.2v, tension fin de charge = 1.4v, tension déchargé = 1.0v.


Points forts du NiMH :
Contient beaucoup plus d'énergie que le nickel-cadmium (Densité d’énergie 1,5 fois plus élevée que pour les NiCd),
Simple à stocker et à transporter,
Ne contient pas de cadmium,
Supporte des courants importants car résistance interne faible,
Courbe de décharge plate et résistance interne invariable lors de la décharge,
Pas d'effet mémoire (selon vos chargeurs en fait ...).


Points faibles du NiMH
Ne supporte pas le dépassement de charge,
Détection de fin de charge difficile (Δv très faible : moins prononcé et même quasiment nul pour des charges à courants modérés inférieur à C/3),
Durée de vie plus faible que le nickel-cadmium en nombre de cycles,
Auto décharge importante (3 à 4%/jour = 20 à 40%/mois !),
Ne jamais décharger sous 0,8V/élément sous peine de dégâts irréversibles,
Sensible à l’échauffement lors de la recharge, car la réaction est exothermique (ne pas dépasser 45°C et absolument rester sous un MAXIMUM de 55 °C), lors du soudage éviter de surchauffer les cosses.






1. La charge d’un accu Ni-MH :

La charge optimum d'un accumulateur au nickel de capacité C se fait à I=C/10, c’est-à-dire pour une durée de charge théorique de 10 heures (en général 14) ... et avec une tension inférieure ou égale à 1,6 V par élément. La tension en fin de charge doit être de 1.4v par élément. Les accumulateurs NiMH ne supportant pas d'être surchargés (sauf par un courant d'entretien très faible < C/20), il est recommandé en pratique d'utiliser un chargeur qui détecte automatiquement la fin de charge (Delta Peak). Pour les chargeurs non équipés de détection de température, la détection n'est fiable que pour une charge rapide, soit de l'ordre de C/1h ou même de C/15min. Même si ces chargeurs rapides sont les plus répandus dans les applications domestiques, ces temps de charge très rapides dégradent la capacité des accumulateurs au cours des cycles. Inutile de décharger un accu NiMH avant de le charger si votre chargeur possède un Delta Peak.

1.1 Temps de charge

• Temps de charge : rapide t < 1 h, normal 14 h ou combiné : rapide sur 2 + fin de charge lente.

• La charge normale se fait au taux de C/10; Delta Peak se détecte difficilement pour le Ni-Mh.

• La charge accélérée se fait au taux de C/5; Delta Peak se détecte bien; surcharge = altérante.

• La charge rapide se fait au taux de 1C; Delta Peak se détecte très bien; surcharge = destructrice.

• La charge ultra rapide se fait au taux de 2C; Delta Peak se détecte très bien; surcharge = ultra destructrice.


1.2 Température de charge
• Charger les accus avec une température ambiante de 0 °C à 40 °C sauf mention contraire dans la spécification de la cellule.

• La température affecte les performances de charge, la charge sera toujours meilleure pour une température ambiante comprise entre 10°C et 30°C.

• Températures < 0°C : engendre une augmentation de la pression à l’intérieur de la cellule, ce qui peut générer une fuite de gaz et dégrader les performances.

• Température > 40°C ce niveau de température peut empêcher la charge complète et dégrader les performances de l’accu.


1.3 Surcharge

• Evitez de continuer à charger un accu quand il est déjà complètement chargé. Les surcharges à répétition entrainent la détérioration irrémédiable de l’accu.


1.4 Charge rapide

• Charger un accu rapidement nécessite un chargeur permettant de détecter finement la fin de la charge. Ce chargeur devra détecter les paramètres suivants :
◦ tension de démarrage de la charge rapide (~0,9V/ cellule),
◦ augmentation de la température (∆T = 1 à 2°C par mn),
◦ tension maximale de fin de charge (~1,8V/ cellule),
◦ chute de tension en fin de charge (-∆T = -5 à -10 mV / cellule).


1.5 Charge continue (Trickle, goutte à goutte)

• La charge continue doit être utilisée avec précaution. un courant compris entre C/30 et C/20 ainsi qu’un timer doivent être utilisé, dans tous les cas, la surcharge dégradera également les performances de l’accu, par exemple s’il l’accu est laissé sur son chargeur pour une trop longue durée.



2. La décharge d’un accu Ni-MH :

2.1 Température de décharge

• Déchargez les accus sous une température ambiante comprise entre -10°C et +45°C sauf mention contraire dans la spécification de la cellule.

• Pour conserver de bonnes performances, le courant de décharge doit être compris entre 0,1C et 2C.

• La capacité chute à des températures inférieures à -10°C et supérieures à +45°C. Dans de telles conditions le courant de décharge doit être réduit.


2.2 Décharge profonde

• La décharge profonde détériore les accus. Un accu Ni-MH ne doit pas être branché sur un appareil pour une longue période. Aussi évitez toujours de laisser vos accus branchés dans vos modèles !!

• Un interrupteur automatique permettant de déconnecter l’accu lorsque la tension atteint 1V par cellule est une bonne solution pour préserver les performances des accus. Ne jamais descendre sous 0.8v par élément.



3. Le stockage d’un accu Ni-MH :

3.1 Température et humidité (< 6 mois)

Stockez les accus dans un endroit sec, à une température comprise entre -20°C et +45°C.

• Stocker des accus à l’humidité et à des températures inférieures à -20°C ou supérieures à +45°C peut détériorer irrémédiablement les accus : corrosion des parties métalliques, gonflements, fuites, …


3.2 Stockage de longue durée (> 6 mois)

• Stockez votre accu Ni-MH chargé !

• L’auto décharge accélère la désactivation des composants chimiques d’un accu, c’est pourquoi si vous envisagez un stockage sur une longue durée, il est préférable de conserver vos accus à une température stable comprise entre +10 et +30°C.

• Avant d’utiliser un accu ayant été stocké pendant une longue période, il est conseillé d’effectuer plusieurs cycles de charge et de décharge pour retrouver les performances initiales.

• Quand les accus sont stockés plus d’un an, une charge d’entretien doit être faite une fois tous les 6 mois pour compenser l’autodécharge et éviter des fuites et dégradations => pour éviter de tomber sous 0,8V/ élément.



4. Durée de vie d'un accu Ni-MH

• Les accus utilisés dans des conditions normales peuvent avoir une durée de vie de 500 cycles de charge et de décharge et plus. Une chute de l’autonomie de 20% signifie que le nombre de cycles a été atteint.

• En fin de vie, l’impédance interne augmente, le chargeur doit donc être équipé de fonction de contrôle de la température et de la tension permettant d’éviter un échauffement anormal.

• Normalement un accu a une durée de vie de 2 ans (ou 500 cycles) en utilisation normale, sans surcharge, ni décharge profonde. Cependant, les variations de températures, de courant de charge ou de décharge, de détection de fin de charge ou de fin de décharge, la durée d’inactivité, la durée de stockage, sont de nature à réduire la durée de vie et le nombre de cycle d'un accu Ni-MH.

• La durée de vie moyenne est d’environ 8 ans après fabrication, ils ont une fin de vie causée en général par une perte de capacité progressive.

La durée de vie de vos batteries sera essentiellement proportionnelle à la qualité de votre chargeur.



5. Delta Peaks :

Durant la charge la tension de la batterie va augmenter d'abord rapidement puis plus lentement en marquant un palier de tension. Enfin la tension va ré-augmenter jusqu'à atteindre un maximum de tension. Là, la tension va cesser d'augmenter. La charge est alors terminée.

A partir de là, si la batterie reste alimentée avec le même courant : Il y aura surcharge. Comme l'accumulateur ne peut plus stocker d'énergie, toute la puissance qui lui est transmise est dégagée en chaleur. L'élément s'échauffe alors. Il y a, à ce moment là, la production d'hydrogène et d'oxygène dans les éléments.

Le début d'élévation de la température de l'accu va faire légèrement diminuer sa résistance interne et provoquer une petite baisse de tension aux bornes de l'accu. C'est cette baisse de tension que l'on appelle le Delta Peak ou -DV ou delta V.

Les quatre termes "Delta Peak", "-dV/dt" ou "DV" ou "Delta V" indiquent cette variation de la tension de l'accu qui devient négative après la fin de la charge.

La valeur du Delta peak est d'environ 15mV pour le NiCd mais de 8 mV pour le NiMh.

Il faut bien avoir à l'esprit que le but est de couper la charge au plus près du sommet de la courbe de charge. Donc détecter au plus tôt la fin de charge pour éviter, autant que faire ce peu, la surcharge qui est créatrice d'effet mémoire pour les deux technos (NiCd/NiMH) et destructrice pour le NiMh.

Les chargeurs dernier cri à base de processeurs s'attachent à détecter le sommet de la courbe pour arrêter la charge au bon moment.



6. Rodage des accus :

Le but est de roder la chimie pour permettre ensuite des charges rapides de bonne qualité et de bonnes caractéristiques de décharge.
La procédure est cycler la batterie plusieurs fois en augmentant le courant de charge et de décharge au fur et à mesure.
Cette technique a été mise au point par M Guindeuil :
- Il faut commencer par 2 ou 3 cycles charges à C /20 (24 h) et décharges à C /4,
- 2 ou 3 cycles Charge à C /10 (14h) Décharge à C /2,
Fleche à partir de là il faut absolument utiliser un système de détection automatique de fin de charge (-dV/dt, Delta Peak) ou alors surveiller très étroitement la fin de la charge ... Sinon gare à la destruction des éléments.
- 2 ou 3 cycles Charge à C /5 Décharge à C,
- 2 ou 3 cycles Charge à C /2,6 Décharge à 1,25 C,
- 2 ou 3 cycles Charge à C /1,6 Décharge à 1,85 C,
- 2 ou 3 cycles Charge à C et Décharge à 3 C,
Attention : pour conserver le bénéfice de ce rodage, il faut continuer à charger les accus en charge rapide C à toutes les charges suivantes !
Utile pour des accus de basse qualité, mais pour des accus modernes et performants 1 ou 2 rodages à C/2 suffisent.


7. LSD (Low Self Discharge) :


En 2005 sont apparus des accumulateurs NiMH à faible auto-décharge, vendus préchargés. Ceux-ci conservent généralement 70% à 85% de leur capacité après un stockage d'un an à 20°C. Les accus NiMH normaux perdent quant à eux de 10 à 15% de leur capacité durant les premières 24h, puis de 10 à 15% par mois.
Leur faible résistance interne permet un maintien d'une tension plus élevée avec les équipements nécessitant des courants élevés, comme les appareils photo numériques

Fleche En modifiant la composition des batteries NiMH, on est parvenu à les faire garder leur charge. Il s'agit pour le moment des batteries de marque Panasonic, Infinium et Sanyo Eneloop, mais d'autres fabricants suivent. Ces batteries sont appelées LSD (Low Self Discharge). Ces batteries sont souvent vendues chargées, un signe qu'elles gardent bien leur charge. Ces batteries n'aiment pas la charge rapide. Les batteries LSD ont une capacité légèrement moindre (2050mA au lieu de 2700ma), mais cela ne fait que peu de différence dans la pratique surtout que ces accus ont toute leur capacité au moment de l'utilisation.



8. Rendements des différentes technologies de batteries :

Rendements par types de batteries susceptibles d'être rencontrées dans nos échelles en fonction du poids ou de la taille :




9. Rappel différences NiMH NiCD :

• RENDEMENT : En applications de consommations élevées, les éléments NiMH assurent un rendement supérieur à celui des éléments standards NiCd.
• TENSION : Puissance fournie par une cell. Les deux types de technologies, NiMH et NiCd, fournissent des tensions équivalentes.
• CAPACITÉ : Énergie emmagasinée par une cell. Les accus NiMH conservent plus de deux fois plus d’énergie que les accus standards NiCd. Elles assurent donc une plus longue durée de service = autonomie.
• EFFET MÉMOIRE : Il est possible de faire une charge d’appoint ou une charge complète des piles NiMH n’importe quand sans en affecter la durée de vie. Pour obtenir le rendement optimal des éléments NiCd, ils doivent être complètement déchargés avant d’être rechargés. Contrairement aux éléments NiCd, les éléments NiMH n’ont aucun effet mémoire.
• SANS RISQUE POUR L’ENVIRONNEMENT : Les piles NiMH ne contiennent aucun cadmium, matière dangereuse pour l’environnement.
nb : courants de charges = idem : charges respectueuses = entre C/5 et C/10.



10. Mots de la fin :

1/ Ne jamais trop décharger un accu :
La tension mini d'un élément est de 1 volt (à vide).
Dès qu'il atteint cette tension il faut stopper la décharge, sinon on tue l'électrolyte.

2/ Ne jamais trop charger un accu :
Comme expliqué, une fois que l'accu est chargé il faut stopper la charge, sinon il y a surcharge. Pour le Ni-Cd ça use prématurément l'accu et c'est générateur d'effet mémoire, pour le Ni-Mh c'est destructeur. Dès que l'accu s'échauffe il y a surcharge.

L'idéal est d'utiliser un chargeur avec détection automatique de fin de charge (Delta Peak).



Bonux : les entrailles d'une Cell (d'un élément)




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(c) jade-technologie / Wikipedia / The Net

MàJ : 03/15


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