Dernière modification 29/11/2022

Pourquoi la charge d'une batterie lithium ralentit vers la fin de charge ?

Ils sont beaucoup à croire le savoir et vous l'expliquer avec beaucoup assurance par le biais d'analogies ... Le phénomène de la charge qui ralentit vers la fin est quelque chose de très connu mais qui reste finalement assez nébuleux d'un point de vue technique. C'est donc le moment d'y voir plus clair.

Pour revenir aux analogies, qui n'expliquent absolument rien ici, on parle souvent du verre d'eau qu'on remplit avec une bouteille, à savoir que plus le verre est plein plus je dois ralentir le remplissage si je ne veux pas en mettre partout. Si cette analogie pourrait expliquer la chose, c'est en réalité un compte pour enfants qui n'a aucune valeur logique dans la problématique étudiée ici. Beaucoup s'estimant être des pros de la voiture électrique se contentent de cette explication. Voyons voir si on peut faire un parallèle ...

Alors : pourquoi la vitesse de charge ralentit fortement vers les 70/80%

Il y a en réalité plusieurs raisons à cela.

Différentiel de potentiel entre chargeur et batterie

La première concerne la différence de potentiel entre le chargeur et la batterie. Comme vous le savez, plus j'ai de Volt (à savoir de différence de potentiel entre deux points d'un circuit électrique), plus je peux avoir d'intensité électrique (quantité d'électricité qui circule), et donc de puissance de charge (de rapidité).

Dans le cas de la recharge d'une batterie au lithium, j'aurai une différence de potentiel (entre le chargeur et la batterie) entre chargeur et batterie d'autant plus que la batterie est vide. En effet, plus une batterie est vide, moins elle n'offre de voltage, et c'est d'ailleurs comme ça qu'on peut avoir un repère sur son niveau de charge (contrairement à un réservoir d'essence).
Quand ma batterie est vide, elle n'offre donc plus beaucoup de tension (voltage), ce qui induit un écart important entre le chargeur et la batterie.
Plus je vais remplir la batterie plus elle va voir sa tension grandir, ce qui va réduire la différence de potentiel entre le chargeur et la batterie.
La chimie actuelle des batteries induit que le voltage du chargeur et de la batterie commencent à être très proches vers les 70 à 80% de charge. Et c'est donc à partir de ce moment là que l'on va perdre en vitesse de charge ...

Si par exemple mon chargeur est à 400V et ma batterie vide est à 50V, alors j'aurais un différentiel de 350V qui favorise une belle vitesse de charge (une grande intensité de courant). Mais quand j'arrive à 400V/350V je n'ai plus que 50V de différence, ce qui ne permet plus de charger aussi vite. Le ralentissement de la charge n'est toutefois pas lié qu'à cela ...

Pour la sécurité avant tout

On pourrait très bien insister sur la tension en fin de charge pour l'accélérer, ce qui réduirait largement le temps de charge. Toutefois, cela est néfaste pour la batterie et induit des risques d'explosion des cellules si la chaleur atteignait certaines valeurs.
Niveau dégradation de la batterie, on constate la formation anormale de structures cristallines sur les extrémités de la bornes négatives quand la tension est trop importante. Cela peut mener, au delà de la perte d'efficacité, à des incendies : ces amas peuvent finir par provoquer des courts-circuits dans la cellule, avec toutes les conséquences que cela amène ...

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Par Mensal (Date : 2023-06-06 12:36:59)

Au lieu de reprendre une analogie "hydraulique" avec le verre d'eau qu'on remplit (analogie dont la pertinence m'échappe un peu), j'utiliserais plutôt celle "pneumatique" avec un pneu qu'on gonfle manuellement avec une pompe à pied, par exemple : Quand le pneu est à plat, cela ne demande pas beaucoup d'énergie mécanique pour le gonfler car le pneu n'offre aucune résistance à la pression qui vient de la pompe. Mais lorsqu'on se rapproche de la pression recommandée (entre 2.2 bars et 2.5bars environ, suivant les véhicules...), le pneu oppose une pression qui s'accentue au fur et à mesure qu'il reçoit de l'air. Ce qui fait que mécaniquement, il est de plus en plus difficile de faire pénétrer de l'air à l'intérieur du pneu ; donc, ça prend de plus en plus de temps vers la fin du gonflage, pour obtenir la pression finale recommandée. Sauf bien sûr, si on possède un gonfleur pneumatique électrique très puissant car dans ce cas, bien que le phénomène de contre-réaction à la pression par le pneu, existe toujours, cela sera gommé par la puissance bien supérieure de la pompe électrique. Cependant même dans ce cas, on pourra vérifier avec un ampèremètre, que la pompe électrique nécessite de plus en plus de puissance vers la fin du gonflage, que tout au début du gonflage.

Il y a 8 réaction(s) sur ce commentaire :

Par Hondiste convaincu TOP CONTRIBUTEUR (2023-06-06 16:07:00) : @ Mensal, et en conclusion on pourrait même rajouter que si la pompe est très très puissante ça peut même théoriquement entraîner l'éclatement du pneu, par analogie avec la détériorat ion/incend ie/explosi on de la batterie.
Par Mensal (2023-06-06 16:28:01) : @Hondiste convaincu, Exactement! Une pompe très, très puissante correspondrait alors à un chargeur ultra rapide dépassant la tolérance de la batterie concernant sa vitesse max de charge. Signé, un "autre Hondiste convaincu". ;)
Par Mensal (2023-06-06 16:45:38) : Aller, encore une autre analogie : Le travail à fournir par le chargeur pour une batterie déchargée correspond à celui d'un cycliste qui pédale sur terrain plat et qui utilise alors un braquet important (grand plateau x petit pignon). Mais quand la batterie est presque chargée, ça correspond pour le chargeur, à un cycliste qui commence à aborder une grosse côte : Son braquet va être de plus en plus petit (petit plateau x grand pignon) au fur et à mesure qu'il va gravir la côte. Forcément, ça prend alors de plus en plus de temps pour parcourir la même distance que sur le plat.
Par Hondiste convaincu TOP CONTRIBUTEUR (2023-06-06 23:59:15) : Excellent Mensal, je confirme étant moi-même un passionné de vélo, domaine dans lequel je peux dire que j'en connais un rayon depuis fort longtemps, maintenant mes braquets deviennent de plus en plus petits avec l'âge au point d'avoir monté une transmission de VTT sur mon vélo de route!
Par Ray Kourgarou TOP CONTRIBUTEUR (2023-06-07 20:50:53) : @Hondiste convaincu :

arrivé à 95 ans tu n'auras plus qu'à inverser le plateau avec le petit pignon, ça moulinera plus vite que mon mixeur !! 30 tours de manivelles/mètre ! 🤣🤣
Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2023-06-08 18:00:51) : Merci aux contributeurs de rebondir avec sympathie sur tout cela.

Je vois que Mansal est un champion des analogies ;-) Reste à savoir où celles-là trouvent leur limite, car je ne suis pas certain qu'il faille nécessairement plus de puissance électrique pour arriver à charger une batterie au fur et à mesure de la progression, bien que la résistance augmente dans les cellules. Votre image est donc antagoniste à celle du verre, qui vise donc à ralentir et adoucir alors que la votre vise a contrario à forcer de plus en plus.
Par Mensal (2023-06-08 22:38:15) : @PAR Admin,
Vous avez raison : Il ne faut pas nécessairement plus de puissance électrique vers la fin de la charge, C'est exact! On voit d’ailleurs que les chargeurs faible débit sont limités à 10A. Donc quoiqu'il arrive dans la charge, ils ne s'affoleront pas pour autant et resteront peinards à un maximum de 10A. Mais ce que l'on gagne en "charge max limitée", on le perd en "temps". C'est-à-dire qu'il faut beaucoup plus de temps pour arriver à combler les pouièmes de vide dans la batterie à la fin de la charge. C'est comme si au début, la batterie vide « n'opposerait que 0.5A », face aux 10A qui arrivent. On aurait donc un ratio de 20 (Attention, les chiffres sont faux car je n’ai rien calculé car il est tard ; c'est juste encore une analogie...). Donc la batterie se remplit bien et vite. Mais à la fin, vers 80% de charge, la batterie « opposerait alors 8A » (en fait, il s'agit plutôt de sa résistance interne [en Ohms] qui a fâcheusement augmenté) face aux 10A ; Le ratio tombe à 1,25. Et ce qui prenait 1/2h au début pour charger 10% avec par exemple, de 5% à 15% de charge (parce qu'on chargeait à plus de 9A une batterie sans résistance), va prendre 1/2h pour ne charger que de 80% à 82% (parce qu'on ne charge plus qu'à 2A au lieu de 9A). Donc là, il faudrait environ 2,25h au lieu d'1/2h, pour charger aussi 10% ; Et encore davantage de temps pour les 10 derniers %. Alors bien sûr, on pourrait augmenter la puissance du chargeur au fur et à mesure et rester avec un ratio de 20, mais ...pauvre batterie qui chaufferait beaucoup trop! Or s’agissant de l’analogie du verre, le but n'est pas de remplir efficacement en fonction du temps, mais d'éviter de gaspiller l'eau tout autour ; ça n’a donc rien à voir. Car dans ce cas, il n'y a qu'à prendre quelqu'un de très habile qui remplirait vite sans verser autour... Mais c'est rare, et il ferait payer cher ses talents! (incompatible avec le prix d’un chargeur destiné au grand public). De plus, ça ne tient pas compte de la résistance progressive qu'oppose la batterie à son remplissage puisqu'il n'y AUCUNE résistance au sommet d'un verre qu'on remplit (que ce soit vite ou lentement). Je termine avec le cas de la résistance de charge qui augmente au fur et à mesure, mais sous une puissance de charge qui n’augmente pas : Au début, c'est comme une grosse seringue qui remplit un ballon vide : il faut une force de 10N pour appuyer sur la seringue de diamètre 5cm. Mais à la fin, à cause de la résistance dans le ballon presque gonflé à bloc, il faut toujours une force de 10N mais la seringue ne fait plus que 0.5cm de diamètre. La force n’augmente pas et c'est pareil avec le chargeur à 10A max : On n'a pas augmenté la puissance et donc, ça prend plus de temps à la fin qu'au début car l’électronique intelligente du chargeur sait gérer tout ça en s’adaptant à la résistance de la batterie. Enfin, c’est mon avis …et je le partage ! ;P
Par Mensal (2023-06-08 22:46:26) : @PAR Admin,

Ceci dit, j'aime bien votre commentaire car il existe une loi immuable dans le monde, qui veut que c'est toujours au début qu'il faut fournir le plus d'efforts. C'est vrai en électricité, en hydraulique, en force, en couple de démarrage, en apprentissage, en relation humaine, etc... Or en vous lisant, j'aime bien votre façon de mettre le doigt sur le fait que pour charger une batterie, c'est manifestement l'inverse qui se produit. Il faut que je creuse cela ...ça m'intéresse! Merci à vous :)