La batterie rechargeable et l'amateur
INTRODUCTION
Pendant la dernière décennie, les batteries rechargeables n’ont connu que très peu de progrès en terme d'accroissement de capacité. En comparaison des énormes améliorations dans des domaines tels que la microélectronique, le manque de progrès sur la technologie des batteries est apparent. Considérez, par exemple, la mémoire centrale d'un ordinateur des années soixante et comparez-la à une micro­puce avec la même taille en octets; ce qui se mesurait en décimètres cubes autrefois tient maintenant dans une puce minuscule. Une réduction de taille comparable rapetisserait littéralement une robuste batterie de voiture à la taille d'une pièce de monnaie. Du fait que les batteries sont également basées sur des procédés chimiques, on est encore bien loin de voir une batterie de voiture réduite à la taille d'une simple pièce.

Ce que la recherche a apporté est une variété de composants chimiques dans les batteries, chacun comportant des avantages distincts les uns des autres mais aucun ne fournissant une solution complètement satisfaisante. Les composants chimiques les plus répandus et prometteurs sont les suivants:

 

Nickel Cadmium (NiCD)
Utilisés dans les appareils radios portables, les téléphones mobiles, les caméras vidéo, les outils électriques et quelques instruments biomédicaux. Les batteries NiCD ont de bonnes caractéristiques de charge, sont relativement bon marché et faciles à utiliser.
Nickel Hydrure de Métal (NiMH) 
Utilisés dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables ont une grande énergie et de première importance et le prix secondaire.
Acide Plomb Scellée (SIA)
Utilisés dans les dispositifs biomédicaux, les chaises roulantes, les systèmes à alimentation non interruptibles (UPS) et d'autres applications plus lourdes où le  rapport énergie poids n'est pas critique et un coût faible de batterie un atout désirable.
Lithium Ion (Li-Ion)
Disponibles seulement en petite quantité et utilisés actuellement pour certaines caméras vidéo. Quand ce sera plus répandu, ce composant chimique remplacera le NiCD pour des applications plus exigeantes en densité d'énergie, mais à un prix plus élevé.
Lithium Polymère (Li-PaL)
Quand disponible commercialement, cette batterie aura la plus haute densité d'énergie et la plus faible auto décharge, mais ses caractéristiques de charge ne seront convenables que pour des applications à faible consommation.
Alcaline réutilisable
Utilisés pour des applications à usage léger. À cause de sa faible autodécharge, cette pile est convenable pour les appareils récréatifs portables et d'autres   dispositifs qualifiés de non critiques qui ne sont utilisés que de temps en temps.

 Les radioamateurs dans leur loisir utilisent avec les portables deux modèles, le Nickel Cadmium (NI-CD) et le Nickel Hydrure de Métal (NiMH). Cet article vous fera découvrir les caractéristiques de ces dernières.

 

CHOIX DES COMPOSANTS CHIMIQUES DES BATTERIES

Aucune batterie n'offre toutes les réponses et, au contraire, l'utilisation d'un composant chimique particulier est basé sur un certain nombre de facteurs. Le schéma 1 compare les avantages et les inconvénients des deux types de batteries les plus couramment utilisés : NiCD scellée, Ni Hydrure Métal.

NiCD NiMH
Densité d'énergie (Wh/Kg) 50 75
Cycles de vie (typique) 1500 500
Temps de charge rapide 1 ½ h 2-3 h
Autodécharge  modérée  élevée
Tension accumulateur (nominale)  1,25 v  1,25 v
Courant de charge  très élevée  modérée
Exigence en exercice   /30 jours /90 jours
Coût de la batterie  bas  moyen
Pour référence seulement ($)  50  80
Coût par cycle ($)  0,04  0,16
Sur le marché depuis  1950  1970

Avantages et inconvénients des batteries

 

La «densité» d'énergie est mesurée en wattheures par Kilogramme (WhIKg).
Le chiffre de «cycles de vie» indique le nombre typique de cycles de charge décharge avant que la capacité ne décroisse de 100 % à 80 %.
Le «temps de charge rapide» est le temps requis pour charger complètement une batterie vide.
L' «auto décharge» indique le taux d'auto décharge quand la batterie n'est pas utilisée. «Modéré» signifie 1-2 % de perte de capacité par jour.
La «tension d'accumulateur» multipliée par le nombre d'accumulateurs donne la tension aux bornes de la batterie.
Le «courant de charge» est le courant maximum recommandé que la batterie puisse fournir. «Fort » caractérise un taux de décharge de 1Cl ; « très fort » est un courant supérieur à 1C.
L'«exigence en exercice» indique la fréquence avec laquelle la batterie à besoin d'exercice pour arriver à son optimum de durée de service.
Le «coût de la batterie» est le prix estimé sur le marché d'une batterie couramment disponible. 
Le «coût par cycle» indique le coût de fonctionnement obtenu en prenant le prix moyen d'une batterie.
«Sur le marché depuis» est l'année à laquelle la batterie à été mise en vente commercialement.

II est intéressant de noter que les batteries au NiCD ont le temps de charge le plus court, fournissent le courant de charge le plus élevé et donnent le coût par cycle le plus bas, mais ont les plus fortes exigences en termes d'exercice. Pour des applications où une densité d'énergie élevée est critique, où un exercice régulier ne s'avère pas très pratique et où le coût est secondaire, les batteries au NiMH sont considérées comme le meilleur choix. Pas sans problème non plus, ces batteries au NiMH ont un nombre de cycles de vie trois fois moins grand que des batteries au NiCD. De plus, l'utilisation chez la clientèle révèle que les batteries au NiMH ont aussi besoin d'un certain niveau d'exercice pour optimiser leur durée de service, mais à un moindre niveau que celles au NiCD.

Parmi les batteries rechargeables, celles au NiCD sont sur le marché depuis le plus longtemps (depuis 1950). Également, ce sont celles pour lesquelles nous avons la meilleure compréhension au sujet des composants chimiques et elles sont devenues un standard vis-à-vis des autres batteries auxquelles elles sont comparées. Cette étude compare les divers composants chimiques au NiCD.

LES BATTERIES AU NICKEL CADMIUM (NiCD)

Parmi les batteries rechargeables, celles au NiCD restent le choix le plus populaire pour des applications telles que les appareils radio portables, les téléphones mobiles, les caméras vidéo, les enregistreurs de données et les outils électriques. Il y a un renouveau d'intérêt pour ce composant chimique et beaucoup de fabriquant d'équipements reviennent vers le NiCD après avoir reconnu les limitations d'autres composants chimiques. Certains des avantages distincts des batteries au NiCD comparés aux autres sont les suivants :

 

Charge rapide et simple
Grand nombre de cycles de charge-décharge (si entretenues convenablement, les batteries au NiCD fournissent quelques milliers de cycles)
Excellente performance de charge, même aux basses températures
Entreposage et transport faciles (la plupart des compagnies aériennes acceptent les batteries au NiCD)
Faciles à recharger après un entreposage prolongé
Résistantes mêmes si malmenées
Bon marché

Les batteries au NiCD travaillent durs et sont fiables; des tâches laborieuses ne leur posent aucun problème. Elles préfèrent une charge rapide à une charge lente, et une charge à impulsions plutôt qu'à courant direct. Une performance améliorée est atteinte en intercalant des impulsions de décharge entre les impulsions de charge. Couramment appelée la charge dite « inverse ou « à renvoi », cette méthode de charge facilite la recombinaison des gaz lors de la charge rapide.

Ceci résulte en une charge plus froide et plus efficace qu'avec les chargeurs conventionnels à courant direct. La batterie est stimulée lors de la charge, une fonction qui améliore la performance de la batterie. Des recherches ont montré que la charge inverse ajoute 15 % à la vie des batteries au NiCD.

Les batteries au NiCD n'aiment pas être dorlotées en restant dans un chargeur pendant des jours et des jours et en n'étant utilisées qu'occasionnellement pour de courtes périodes de temps. En fait, les batteries au NiCD sont les seuls types de batteries qui fonctionnent le mieux périodiquement jusqu'à 1 volt par accumulateur (décharge complète). Tous les autres composants chimiques préfèrent des décharges peu profondes. Cette décharge complète périodique est si importante que, si oubliée, la batterie au NiCD perd de la performance graduellement appelée «mémoire».

LES BATTERIES AU NICKEL HYDRURE DE METAL (NIMH)

La batterie au NiMH a été proclamée comme l'étoile brillante qui résoudrait tous les problèmes actuels des batteries. Cette hypothèse est peut être trop optimiste, cependant les batteries au NiMH ont des avantages distincts sur celles au NiCD.

Capacité

Par exemple :
La batterie au NiMH fournit 30 % plus de capacité par rapport à une batterie standard au NiCD
La batterie au NiMH est affectée à moindre mesure par le phénomène de mémoire que celle au NiCD; grâce à son contenu faible en métaux toxiques, la batterie au NiMH à l'étiquette non polluante pour l'environnement
Malheureusement, dans beaucoup d'autres domaines, la batterie au NiMH traîne les pieds derrière celle au NiCD

 

Par exemple :
Nombre de cycles
La batterie au NiMH est estimée à seulement 500 cycles de charge-décharge. Elle n'aime pas «fléchir ses muscles» en étant complètement déchargée à chaque utilisation. Sa longévité est en rapport direct avec la profondeur de la décharge (par comparaison la batterie au NiCD peut accepter des milliers de décharges-charges complètes. Un laboratoire de recherche proclame que certains accumulateurs au NiCD testés ont dépassé les 30 000 cycles. Les batteries au NiCD pour les applications de type Satellite sont conçues pour durer 15 à 20 ans et fournir 70 000 cycles).
Facilité de la charge rapide
La batterie au NiMH requiert un algorithme plus complexe de détection de pleine charge que celle au NiCD, si la détection de la température n'est pas disponible. De plus, la batterie au NiMH ne peut pas accepter une charge rapide comme celle au NiCD.
Courant de décharge
Le courant de décharge recommandé d'une batterie au NiMH est considérablement moindre que celui d'une batterie au NiCD. Pour de meilleurs résultats, les fabricants recommandent un courant de charge de 0,2C (un cinquième de la capacité indiquée). Ce handicap n'est peut-être pas critique pour des petites charges à courant direct, mais pour des applications qui demandent des hautes puissances ou impulsions telles que dans les émetteurs-récepteurs digitaux, la batterie an NiCD plus robuste est le choix recommandé.
Grande auto décharge
Les deux types de batterie au NiMH et NiCD sont affectés par une grande auto décharge. Les batteries au NiCD perdent environ 10 % de leur capacité dans les premières 24 heures, après quoi l'auto décharge s'établit à environ 10 % par mois. Pour les batteries au NiMH l'auto décharge est typiquement deux fois supérieure à cause des atomes d'hydrogène qui essaient de s'échapper. La sélection de matériaux qui améliorent la fixation de l'hydrogène réduit la capacité de la batterie. Les ingénieurs de recherche doivent faire face à un compromis entre une auto décharge raisonnablement faible et une densité d'énergie élevée. La batterie au NiMH fournit environ 30 % plus de capacité que celle au NiCD de la même taille. La comparaison est effectuée entre une batterie standard, plutôt que la nouvelle batterie ultra haute capacité au NiCD. Certaines batteries au NiCD à ultra haute capacité fournissent un niveau similaire de capacité à celles au NiMH. Des rapports élaborés par la clientèle sur des marques spécifiques indiquent que les accumulateurs à ultra haute capacité ne durent pas aussi longtemps que les batteries standards au NiCD.
Prix
Le prix d'une batterie au NiMH est environ 50 % plus cher que celui d'une batterie au NiCD. Le prix n'est peut-être pas un facteur prépondérant si l'utilisateur requiert une grande capacité et une petite taille. En comparant à la batterie au NiMH, les batteries au NiCD de type «mousse » sont légèrement plus chères que celles à accumulateurs standards au NiCD; à capacité égale, les batteries « mousse » au NiCD sont moins dispendieuses que celles au NiMH.

Les batteries au NiMH ne sont pas récentes. Dans les années soixante-dix, ce composant chimique de batterie à été testé et par la suite abandonné parce qu'il était considéré comme non convenable pour les applications qui lui étaient prévues. Cependant, les batteries au NiMH modernes se sont améliorées et garderont certainement une forte position sur le marché.

Pour les besoins de la radioamateur voici une explication simplifiée.

Comme exemple nous allons utiliser une batterie FNB-12 pour un portable Yaesu Ft-470 avec une batterie au NI-CD de capacité de 12v 600 mah.

Quelles composantes entrent dans la fabrication d’une batterie;Il y a 10 cellules de 1.2 volt chacune, une polyswitch qui est un interrupteur vérifiant la température. C’est un bi-métal qui vérifie le courant, lors d’une grande décharge elle ouvre le circuit.

Le pepi est aussi un interrupteur de température, il est collé sur une des cellules. Lorsque la température de cette cellule devient supérieure à 90 degrés, le pepi ouvre le circuit. Les deux sont des protections pour empêcher des situations extrêmes de charge et de décharge.

Comment charger une batterie;

Regardez sur votre batterie et sur votre chargeur les données respectives à vos appareils. Sur la batterie, les instructions inscrites sont 12v 600 mah qui veut dire 600 milliampères par heure, le chargeur 14.5v 50mah. Comment effectuer le calcul ? Vous devez charger une batterie de 600 mah avec un chargeur qui donne 50mah, une simple division 600 ÷ 50 = 12, il faudra 12 heures à votre chargeur pour recharger votre batterie. Ne jamais surcharger la batterie, donc ne pas charger 13 ou 14 heures.

L’effet mémoire;Chaque modèle de batterie possède sa propre quantité de cycle de recharge, vous chargez et utilisez la radio la batterie va se décharger. Lorsque vous la rechargez vous avez effectué un cycle de sa vie, la NI-CD en possède 1500. Il est recommandé pour ce genre de batterie de décharger complètement, la radio averti si elle est à plat. Pourquoi décharger complètement ? À cause de l’effet mémoire des cellules. Lors d’une recharge, si une cellule n’est pas à plat elle mémorise un peu la quantité de charge à ses bornes et accepte la nouvelle charge, elle enregistre à chaque fois. Prenons un exemple pour bien comprendre, vous chargez toujours votre batterie quand elle est à 25% de sa capacité, voici ce qui se passe. Les cellules mémorisent que rendue à 25% il est temps de recharger.

Après plusieurs recharges l’effet mémoire est enregistré comme ceci; 

 Rendue à ce stade votre batterie vous indique après quelques minutes un besoin d’être rechargée encore. Ce phénomène est du à deux choses, l’effet mémoire mais principalement à l’utilisateur qui ne laisse pas la pile se décharger complètement. 

L’entreposage d’une batterie;
Le radio ne servira pas pendant quelque temps, que faire avec la batterie.  Il faut la laisser avec une charge, le temps diminue la charge. Une fois par mois lui faire un cycle de charge complet, une façon de décharger facilement la batterie, laisser le radio ouvert et baisser le volume. Après quelques heures lorsque l’avertisseur du radio l’indique, il est temps de recharger.  Prenez soin de votre batterie, elle vous le rendra. 
L’achat d’une batterie;
Lorsqu’il est temps d’acheter une batterie, deux choix s’offrent à vous, du neuf ou du ré-usinée.  Le choix d’une neuve est facile, vous appelez le marchand et dans quelques jours elle est livrée par la poste.  Petite question ; quel âge à cette belle batterie neuve ? Le FT-470 n’est plus vendu depuis plusieurs années.  Deuxième choix faire ré-usiner la vieille, le déplacement en vaut-il la chandelle ? 
La batterie re-usinée;
Si le boîtier en plastique de votre batterie est encore acceptable, peut-être que cette solution vous conviendra.  Le prix de revient est légèrement plus bas qu’une batterie neuve. Voici les étapes que subira votre batterie si vous choisissez cette solution. Toutes les cellules seront remplacées par des neuves, petit avantage, elles sont plus fraîches, la compagnie ne vend que des cellules et des batteries. La polyswitch et le pepi sont vérifiés et remplacées au besoin. La batterie est vérifiée intensément sur banc d’essai durant 24 heures avec un appareil de type Cadex, la charge, la capacité, le courant et la température sont lus durant ce temps, les 3 premiers cycles de vie de la batterie sont effectués et elle doit répondre à 100%. 

Dernièrement, j’ai opté pour l’option ré-usinage et à la sortie du magasin PortaMax avec ma batterie j’étais certain d’avoir fait un bon choix. Toutes les informations pour la rédaction de cet article ont été données gratuitement par la compagnie 

PortaMax TM
3955 rue Isabelle, Unité A
Brossard, QC J4Y 2R3
Tel. (450) 444-515   ou   1 800-372-8353 
Fax (450)444-6899

 Un gros merci tout spécial à madame Dalila Ratté de PortaMax pour sa gentillesse lors de l’entrevue. 

Vérifiez votre installation, prenez soin de vous et surtout bons QSO…

Amusez-vous, 72’ & 73’ de Serge