Caractéristiques d'une batterie

Une batterie (pas celle qu'on tape mais celle qu'on branche) est caractérisée par un certain nombre de grandeurs physiques. Essayons de décoder ces informations.
Prenons cette batterie d'alimentation d'une moto :

On lit :
12 V

V (le volt, V majuscule pour Monsieur VOLTA)

Il s'agit de la tension nominale délivrée par la batterie. Elle est de 12 volt.

Cette tension est dite "nominale" car, en fait, la batterie peut délivrer un peu plus quand elle est bien chargée. On a 12 V car cette batterie est composée de 6 éléments au plomb associés en série. Chacun de ces éléments délivre une tension nominale de 2 V.

Petit rappel en prenant l'exemple d'un accumulateur (autre nom pour "batterie") de type NiMH : 

Si on connecte deux accumulateurs en série en obtient :

Mais si on les branche en parallèle on a :

A noter que dans les deux cas on stocke la même quantité d'énergie. Nous reviendrons sur ce sujet un peu plus tard.
Reprenons notre batterie de moto.
On lit :
10,5 Ah

A (l'ampère, A majuscule pour Monsieur AMPERE !) et un h minuscule pour heure.

Il s'agit de la capacité de la batterie. Elle est de 10,5 ampère heure.

Attention ! On ne dit pas "ampère par heure" ! C'est bien un produit ampère "fois" heure.

 

Ceci veut dire que cette batterie (une fois chargée) peut débiter un courant d'une intensité de 10,5 A pendant une heure, sous une tension de 12 V. Elle se sera alors vidée de toute son énergie et devra être rechargée.

Un courant de 10,5 A avec une tension de 12 V correspond à une puissance fournie par la batterie de :

P = U . I

 P =U . I = tension x intensité = 12 x 10,5 = 126 W

W : le watt, avec un W majuscule pour Monsieur WATT !

 

Mais si on souhaite alimenter un moteur électrique (le démarreur de la moto par exemple) qui consomme 300 W alors la batterie va s'épuiser plus vite ! Au bout de combien de temps sera-t-elle déchargée ?

Rapport des puissances : 126 / 300 = 0,42

Au lieu d'une heure, la batterie tiendra 0,42 h soit un peu plus de 25 min.

(minute s'abrège min).

On pourrait aussi faire le calcul du courant débité : I = P / U = 300 / 12 = 25 A

Et on utilise la relation

 t = Q / I

soit t = 10,5 / 25 = 0,42 h

 

Il y a une petite imprécision de langage lorsqu'on parle de "capacité" de la batterie en Ah.

En effet, on a vu que cette capacité était associée à une tension.

Une batterie de 2 V et 1 Ah ne contient pas la même quantité d'énergie qu'une batterie de 12 V et 1 Ah. Cette quantité d'énergie est le produit de la capacité par la tension nominale.

 

E = Q . U 

Dans notre exemple E = 10,5 x 12 = 126 Wh (bien lire "watt heure", c'est toujours un produit !)

Cette unité d'énergie est très utilisée et en particulier le multiple kWh (kilowatt heure) cher à nos fournisseurs d'électricité (ou plutôt cher aux consommateurs !) mais ce n'est pas l'unité du Système International. En unité S.I. on utilise le temps en s (seconde) et l'énergie en J (le joule, avec un J majuscule pour Monsieur JOULE !).

Comme il y a 3600 s dans une heure on obtient : 126 Wh = 126 x 3600 J = 453 600 J = 453,6 kJ

 

Bien chargée, notre batterie de moto stocke une énergie de 453,6 kJ.