Pourquoi votre ordinateur portable et votre appareil électrique perdent-ils soudainement la batterie ? Tout cela est dû à « l’effet baril ».
Connaissez-vous la situation dans laquelle la batterie de votre appareil ou de votre voiture commence soudainement à perdre de la puissance beaucoup plus rapidement que son âge ou son degré d’usure ne le suggèrent ? Aujourd’hui, nous allons discuter des batteries que nous utilisons et d’un certain problème dont peu de gens sont conscients.
La batterie se décharge rapidement ? En savoir plus sur l’effet baril
Le scénario est simple, nous avons un appareil avec une batterie et théoriquement tout va bien. Aucun indicateur d’usure des cellules n’est alarmant et les appareils de diagnostic ne montrent aucune erreur. Malgré cela, l’équipement se décharge beaucoup plus rapidement que ne le suggèrent les chiffres bruts, et l’indicateur de charge peut soudainement chuter de plusieurs pour cent en un temps relativement court. Première pensée ? Il s’agit probablement d’un vieillissement intentionnel des équipements programmé par le constructeur, mais la réalité est tout autre. La compromission physique et chimique du stockage d’énergie multicellulaire est à blâmer. Ce phénomène est appelé effet barillet. De quoi s’agit-il ?
La métaphore semble inhabituelle, mais elle décrit parfaitement ce qui arrive aux piles que nous utilisons. Imaginons cette situation : nous avons un tonneau en bois dont les parois sont constituées de planches de différentes longueurs. Même si la plupart d’entre eux sont longs et atteignent le plafond, le liquide commencera à s’écouler après avoir dépassé le niveau de la planche la plus courte – c’est le maillon le plus faible de la chaîne, et en même temps c’est la limite de la capacité du baril. Il est maintenant temps de traduire cela dans les réalités des appareils électroniques et nous réalisons qu’une batterie multi-modules est aussi efficace et volumineuse que sa cellule unique la plus faible. Il est intéressant de noter que cette situation ne s’applique pas à nos smartphones, car ils utilisent généralement une seule cellule. La perte de capacité au fil du temps est simplement due à la dégradation de la batterie, plus précisément à la dégradation de l’électrolyte, au nombre de cycles de charge et à la surchauffe.
L’escalier commence dans le cas d’autres appareils, comme les ordinateurs portables, les outils électriques ou les voitures électriques, dans lesquels les modules sont constitués d’une douzaine, plusieurs dizaines, voire des milliers de cellules connectées. Même le processus de fabrication le plus précis ne créera pas deux structures chimiquement identiques. Leur diversité résulte également des différentes conditions de fonctionnement, des températures atteintes, etc. Lorsque l’une d’elles commence à vieillir plus vite, la batterie entière tombe dans un double piège :
- Pendant la charge, la cellule la plus faible se remplit plus rapidement et la première atteint sa tension maximale de sécurité. Comme une surcharge peut provoquer un incendie, le chargeur coupe l’alimentation électrique, même si les cellules saines restantes pourraient encore absorber une grande partie de l’énergie.
- Lors de la décharge, l’inverse est vrai et le maillon le plus faible est déchargé en premier. Lorsque sa tension chute jusqu’à une limite critique, l’électronique éteint soudainement l’appareil pour éviter une décharge profonde destructrice. Effet? Toute la masse d’énergie stockée dans les cellules efficaces est piégée et devient inutile
Quelles astuces les producteurs utilisent-ils pour éliminer ce phénomène défavorable ? Il existe un microcontrôleur qui vous permet d’influencer le processus de fonctionnement de la batterie – BMS (Battery Management System). L’équilibrage cellulaire peut se faire de deux manières :
- Équilibrage passif (bon marché, mais gaspille de l’énergie) – lorsque l’électronique détecte qu’une cellule avance et se charge plus rapidement que les autres, elle y connecte une petite résistance et convertit simplement le courant excédentaire en chaleur. Il s’agit d’une méthode simple, couramment utilisée dans les appareils électroniques moins chers, mais elle gaspille de l’énergie.
- Équilibrage actif (efficace et moderne) – au lieu de « brûler » de l’électricité, le circuit convertisseur intelligent pompe littéralement l’excès d’énergie des cellules les plus puissantes vers les plus déchargées. Cette solution prolonge considérablement la durée de vie de la batterie et la portée des appareils, mais en raison du coût élevé et de la complexité du système, elle est principalement utilisée dans les voitures électriques plus chères et les centrales électriques avancées.
D’accord, mais de telles astuces de contrôle n’élimineront pas complètement la chimie perturbée dans les cellules. C’est pourquoi les scientifiques et les ingénieurs tentent de développer un moyen moderne de migrer uniformément les ions lithium dans l’ensemble de la batterie. La combinaison d’une nouvelle chimie de batterie, d’algorithmes prédictifs basés sur l’apprentissage automatique et d’un équilibrage actif pourrait signifier que nous serons en mesure d’obtenir une durée de vie encore plus longue et sans problème de nos batteries à l’avenir. Mais il faudra attendre cela.
