Science des batteries automobiles :fonctionnement des batteries
Votre batterie automobile est l'un des composants électriques les plus importants et les plus souvent négligés de votre véhicule. Si votre batterie n'est pas en bon état, vous pouvez être bloqué et d'autres composants de votre véhicule peuvent être endommagés. Cet article explique comment fonctionnent les piles et comment en prendre soin.
Que contient une batterie automobile ?
À l'intérieur d'une batterie de voiture typique se trouvent six petits composants producteurs d'énergie appelés cellules. Chaque cellule contient une série d'électrodes ou de plaques. La plaque positive de la batterie est en plomb [eroxyde (PbO2). Les plaques négatives de la batterie sont en plomb pur dans un état doux, semblable à une éponge. Les plaques à l'intérieur de chaque cellule sont disposées en couches alternées pour un total de 16 composants. Toutes les plaques positives d'une cellule sont câblées en parallèle, de même que toutes les plaques négatives.
Chaque cellule produit environ 2 volts d'électricité. Les six cellules individuelles sont câblées en série les unes avec les autres de sorte que la tension générée par chaque cellule s'additionne. Le résultat est 12 volts.
Êtes-vous prêt pour la chimie ?
Une solution diluée d'acide sulfurique (H2SO4) entoure les plaques. Le rapport de l'acide à l'eau (H2O) est généralement de l'ordre de trois parties d'eau pour une partie d'acide.
Lorsque nous connectons une charge aux bornes externes de la batterie, une réaction chimique commence à se produire. Notre mélange d'acide sulfurique dilué comprend du H2SO4 et de l'eau (H20). Au début de la réaction, l'acide sulfurique se divise en ions hydrogène positifs (2H) et en ions sulfate négatifs (SO4).
Lorsque les ions hydrogène atteignent la plaque de peroxyde de plomb, ils en absorbent l'électronique et deviennent un atome d'hydrogène. Ce processus attaque le peroxyde de plomb pour produire de l'oxyde de plomb (PbO) et de l'eau (H2O). L'oxyde de plomb réagit avec l'acide sulfurique pour former du sulfate de plomb (Pb SO4) et de l'eau (H2O).
Les ions sulfate négatifs se déplacent librement dans la solution. Lorsqu'ils atteignent la plaque de plomb pur, ils abandonnent leur électron supplémentaire et deviennent ce qu'on appelle un sulfate radicalaire. Comme un sulfate radicalaire ne peut pas exister seul, il attaquera la plaque de plomb pur pour produire du sulfate de plomb (PbSO4).
L'action des ions hydrogène positifs prenant des électrons de la plaque de peroxyde de plomb et des ions sulfate négatifs donnant des électrons à la plaque de plomb pur produit un déséquilibre électronique. Ces électrons traversent la charge externe pour essayer de s'équilibrer. Ce processus est la façon dont la batterie alimente notre charge (lumière, amplificateur, chauffage ou ordinateur).
La chimie derrière la charge de la batterie
Lorsque nous appliquons une source CC externe à la batterie, nous inversons le processus. Une source CC externe telle qu'un alternateur ou un chargeur de batterie alimente en électrons notre plaque de peroxyde de plomb recouverte de sulfate de plomb positive et la plaque de plomb recouverte de peroxyde de plomb négative. Pendant le processus de charge, la densité de la solution d'acide sulfurique diminue, mais nous avons toujours des ions hydrogène positifs et des ions sulfate négatifs.
Les ions d'hydrogène chargés positivement plus vers la borne négative de la source de courant continu externe. Chaque ion hydrogène prend un électron de la plaque négative pour devenir un atome d'hydrogène. Ces atomes d'hydrogène attaquent le sulfate de plomb pour produire du plomb et de l'acide sulfurique.
Les ions sulfate négatifs se déplacent vers la plaque chargée positivement. Lorsqu'ils y arrivent, ils cèdent leur électron supplémentaire pour devenir des sulfates radicaux. Ce sulfate radical réagit avec le sulfate de plomb et forme du peroxyde de plomb et de l'acide sulfurique.
Nous pouvons grandement simplifier cela !
En un mot, la borne négative d'une batterie au plomb a une surabondance d'électrons. Lorsque vous connectez une charge à la batterie, les électrons traversent la charge pour atteindre la borne positive. Ce flux d'électrons est ce qui permet à la batterie de fournir de l'énergie pour faire le travail.
Lorsque nous appliquons une tension à la batterie supérieure à sa tension de repos, le flux d'électrons s'inverse. Les couches de sulfate sur les plaques sont reconverties en plomb et en acide sulfurique.
Chargement de la batterie :Calmez-vous – Quelle est la ruée ?
La pire chose que vous puissiez faire à une batterie de voiture est d'accélérer le processus de charge. Si vous précipitez la réaction chimique de recharge, le sulfate de plomb va chauffer et adhérer de manière permanente aux plaques de plomb et de peroxyde de plomb. Une fois qu'elle y est collée, nous ne pouvons plus utiliser cette zone de la plaque pour faire circuler des électrons, et nous avons réduit la taille effective de la batterie.
Vous avez probablement entendu l'expression "une batterie n'est plus jamais la même après avoir été tuée". Cette affirmation est très vraie si la batterie n'est pas chargée doucement et complètement.
Lorsque vous souhaitez recharger correctement votre batterie, maintenir le processus lent permettra à la réaction chimique de se produire à un rythme contrôlé. Si vous utilisez un chargeur de haute qualité contrôlé par ordinateur (et vous devriez l'être !), il existe deux étapes de charge principales. La première étape est appelée chargement en masse. Le chargeur maintiendra un flux de courant constant vers la batterie en ajustant la tension appliquée.
Comment savoir si vous chargez une batterie d'entretien trop rapidement ? Les batteries inondées standard ne doivent pas dépasser environ 120 degrés Fahrenheit pendant la charge. Nous suggérons que plus lent et plus frais est toujours meilleur. Un tapis de verre absorbé (AGM) ou une batterie au gel ne doit pas dépasser 100 degrés.
Une fois qu'environ 80 % de l'énergie utilisée a été restituée à la batterie, le chargeur passe en phase d'absorption. À ce stade, le chargeur fournit une tension constante à la batterie et le flux de courant diminue à mesure que la batterie atteint sa pleine charge.
Comment calculer les taux de charge maximum de la batterie
Une batterie de voiture relativement grande peut avoir une capacité de 70 ou 80 ampères-heures. Cette spécification signifie que dans des conditions idéales, vous pouvez tirer 1 ampère de courant de la batterie pendant 70 ou 80 heures. Passé ce délai, la batterie sera considérée comme morte.
Pour trouver le taux de charge idéal pour notre batterie de 70 ampères-heures, nous divisons cette spécification par 10 pour obtenir sept ampères. La batterie doit pouvoir accepter 7 ampères de courant de charge sans surchauffe. Il est à noter que, si la batterie est complètement déchargée, il faudra 10 heures pour la recharger. N'oubliez pas que plus lent est préférable lorsqu'il s'agit de charger des batteries.
Prendre soin de la batterie de votre voiture
Certains d'entre nous qui sont plus fanatiques de l'entretien et de la maintenance de nos batteries de voiture les connecteront à des chargeurs de batterie intelligents plusieurs fois par an. Une règle d'or consiste à charger complètement votre batterie après chaque vidange d'huile, ou quatre fois par an. Vous devez augmenter cette fréquence si vous effectuez de courts trajets qui ne fournissent pas un temps de charge adéquat. De même, le temps passé à écouter votre système audio avec le moteur éteint peut vider une batterie très rapidement. Si vous êtes sorti avec des amis et que la batterie de votre voiture est épuisée, placez-la sur un chargeur de haute qualité pendant la nuit.
Si vous pouvez accéder à la solution d'acide dans votre batterie, assurez-vous qu'elle est au bon niveau ou, à tout le moins, qu'elle recouvre complètement les plaques de plomb. Un hydromètre doit être utilisé pour confirmer la gravité spécifique de la solution, mais si elle est faible, il vaut mieux ajouter de l'eau distillée que ne rien faire. Ce petit « œil » vert inclus dans certaines piles est un hydromètre. Lorsqu'il disparaît, l'équilibre chimique de la batterie est désactivé et elle doit être rechargée.
Votre détaillant local d'électronique mobile peut avoir un testeur de charge de batterie qu'il utilise avant chaque démarreur à distance qu'il installe. Si vous êtes préoccupé par l'état de votre batterie, demandez-leur de la vérifier. Être bloqué à cause d'une batterie déchargée lorsque les températures se refroidissent est frustrant si vous essayez de rentrer chez vous ou de travailler.
Assurez-vous que les bornes de la batterie et les connexions à votre véhicule sont propres et sécurisées en tout temps. Une connexion desserrée peut avoir un effet négatif considérable sur la fonctionnalité de votre système électrique.
Si vous avez besoin d'une nouvelle batterie, consultez d'abord votre revendeur local d'accessoires mobiles. Ils ont souvent une vaste expérience dans la mise à niveau des batteries et peuvent vous aider à choisir une solution qui garantira que votre voiture est prête à rouler chaque fois que vous tournez la clé.