Combien de cycles de charge la batterie supporte-t-elle ?

L'un des éléments que vous prendrez en compte lors de l'achat d'un appareil alimenté par batterie est la durée de vie de la batterie. La batterie ne peut durer que le nombre de ses cycles de charge. Certaines batteries ont plus de cycles de charge, ce qui leur permet de durer plus longtemps que d'autres.

Le cycle de charge est le processus de charge complète d'une batterie d'appareil puis de sa décharge jusqu'à près de zéro pour cent. À mesure que les cycles de charge s'épuisent, la batterie se dégrade et, finalement, votre appareil aura besoin d'une nouvelle batterie.

Nous allons explorer combien de cycles de charge différentes technologies de batterie ont avant de se dégrader et de devenir inefficaces. Vous saurez également quelles sont les meilleures technologies de batterie pour différents appareils.

Cycle de charge des batteries lithium-ion (Li-Ion)

Les appareils mobiles comme les smartphones et les ordinateurs portables utilisent des batteries lithium-ion. En même temps, les véhicules électriques utilisent également cette technologie de batterie. Vous trouverez aussi ce type de batterie dans les solutions de stockage d'énergie domestique.

Ces batteries contiennent plus d'énergie dans un petit espace et sont incroyablement légères. Elles offrent également l'une des meilleures durées de vie. Les cycles de charge dépendent de plusieurs facteurs, mais ils sont en moyenne 500 à 1 000 cycles.

Phase de charge

La batterie lithium-ion se charge en deux phases. Pendant la majeure partie de la charge de votre batterie, un courant constant force les ions lithium à se déplacer vers l'électrode anode depuis la cathode. La batterie stocke les ions migrateurs dans la couche de graphite. Chaque cellule de batterie atteindra 4,2 V.

La deuxième phase de charge se produit lorsque les cellules individuelles de la batterie ont atteint le seuil de tension (4,2 V par cellule). Le chargeur fournit alors une tension constante à la batterie tout en réduisant progressivement l'alimentation en courant électrique.

Phase de décharge

Votre batterie se décharge lorsqu'elle est utilisée. Les ions lithium retournent à l'électrode cathode, ce qui fait que la batterie fournit un courant électrique. Lorsqu'un appareil tire du courant de la batterie, la tension chute.

Batteries au phosphate de fer lithium (LiFePO4)

Ces batteries sont plus puissantes que les batteries Li-ion. Vous pouvez vous attendre à ce qu'elles alimentent des appareils et outils plus puissants, comme les véhicules électriques et les outils électriques. Vous les trouverez également dans les solutions de stockage d'énergie domestique.

Les batteries LiFePO4 offrent un impressionnant cycle de charge de 2 000 à 5 000Cependant, les batteries au phosphate de fer lithium ont une densité d'énergie plus faible. En conséquence, elles ne sont pas aussi compactes que les batteries Li-ion.

Phase de charge LiFePO4

Comme sa contrepartie, la batterie Li-ion, cette technologie de batterie utilise deux phases de charge. La phase de charge à courant constant se produit en premier. Votre charge de batterie fournit un courant continu à votre batterie jusqu'à ce que les cellules individuelles atteignent 3,65 V.

Votre batterie utilisera cette phase de charge jusqu'à ce qu'elle soit complétée à 90 %. Ensuite, votre chargeur fournit une tension constante pour terminer la phase de charge. Le courant fourni par le chargeur diminue progressivement lors de la deuxième phase.

Les ions lithium se déplacent vers l’anode à travers un électrolyte. En même temps, les électrons voyagent vers l’anode via un circuit externe. Les ions sont stockés dans la structure de l’anode.

Décharge de la batterie LiFePO4

Le processus de décharge est l’inverse du processus de charge. Les ions lithium retournent à la cathode tandis que les électrons circulent à l’extérieur pour alimenter un appareil connecté. Lorsque les ions se réinsèrent dans la structure du matériau cathodique, ils libèrent de l’énergie.

Batteries au plomb

Ces batteries ont moins de cycles de charge, entre 300 et 500. L’industrie automobile et les systèmes d’alimentation de secours utilisent des batteries au plomb. Vous utiliserez probablement cette batterie pour le stockage d’énergie solaire. Cette technologie de batterie utilise trois phases de charge.

Charge en vrac

La batterie dépend de cette étape pour jusqu’à 80 % du temps de charge. Votre chargeur fournit un courant maximal à un débit constant jusqu’à ce que les cellules individuelles atteignent 14,4 V. La batterie se charge rapidement à cette phase.

Charge d’absorption

Votre batterie reçoit maintenant une tension constante de son chargeur à ce stade. Le courant fourni diminue progressivement à mesure que la charge complète les 20 % restants de la capacité. Cette étape est essentielle pour éviter la surcharge, qui peut réduire la durée de vie de la batterie.

Charge flottante

La batterie réduit la tension nominale des cellules individuelles à 13,2 – 13,8 V pour éviter la surcharge. À ce stade de charge, votre batterie au plomb est prête pour une alimentation de secours.

Décharge de la batterie au plomb

Le plomb réagit avec l’acide sulfurique pour former du sulfate de plomb, libérant des électrons qui génèrent de l’électricité. La tension de la batterie diminue progressivement à mesure qu’un appareil connecté puise de l’énergie dans votre batterie au plomb.

Batteries Nickel-Cadmium (NiCd)

Vous pouvez vous attendre à charger votre batterie NiCd entre 500 et 1 000 fois avant qu’elle ne perde en efficacité. Ce qui est incroyable avec cette batterie, c’est qu’elle peut fournir de courtes rafales de courant élevé. Elle fonctionne également très bien dans des températures extrêmes, ce qui en fait un choix privilégié pour l’aviation et les équipements médicaux.

Cependant, elles posent des problèmes environnementaux en raison de leur teneur en cadmium toxique. Elles ont également un effet mémoire faible et peuvent perdre en efficacité si vous ne les déchargez pas complètement avant une recharge.

Phase de charge

La batterie dispose d'une capacité de charge rapide puisque vous pouvez la charger à pleine capacité en 2 à 1 heure. La température de votre batterie augmentera lors de la charge, ce qui permet à votre chargeur de savoir quand arrêter la charge.

En même temps, le chargeur surveille les chutes de tension pour arrêter la charge de la batterie. Si votre batterie est complètement chargée, le chargeur fournit une charge d'entretien optimale ou une faible charge d'entretien pour compenser l'énergie perdue par auto-décharge.

Phase de décharge

Vous pouvez décharger cette batterie complètement sans risque immédiat de dommage. Cependant, vous devez la décharger complètement périodiquement pour éviter l'effet mémoire. Vos appareils connectés tireront une tension stable de cette batterie, ce qui en fait l'une des sources d'énergie alternative les plus fiables. 

Pourquoi les cycles de charge diffèrent selon les technologies de batterie

Les batteries ont des cycles de charge différents car elles utilisent des phases de charge adaptées à leur technologie chimique. Par exemple, les batteries lithium-ion se chargent grâce à une réaction chimique différente de celle des batteries au plomb-acide.

De plus, le cycle de charge dépend des facteurs structurels et opérationnels de la batterie. Comme vous l'avez déjà vu, certaines batteries ont plus de cycles de charge avant que leur capacité de stockage d'énergie ne chute.

Chimie de la batterie et stabilité électrochimique

Les batteries lithium-ion voient leurs performances diminuer après 500 à 1 000 cycles de charge. Ces batteries ont une densité énergétique plus élevée. Cependant, elles se dégradent plus rapidement que les LiFePO4 en raison d'un stress plus important sur les électrodes.

En revanche, les batteries LiFePO4 se dégradent après 2 000 à 5 000 cycles de charge. Elles possèdent une structure cristalline très stable qui dure plus longtemps que les batteries lithium-ion.

Les batteries au plomb-acide peuvent durer de 300 à 1 000 cycles de charge, selon la profondeur de charge. Cependant, elles se dégradent à cause de la sulfation et de la perte d'eau.

Les batteries nickel-cadmium ont la troisième meilleure durée de vie, allant de 1 000 à 1 500 cycles. Bien que cette batterie ne se dégrade pas comme d'autres types, elle souffre d'un effet mémoire.

Profondeur de charge et stress des cycles

Le nombre de fois où vous chargez et déchargez complètement une batterie dépend également de la profondeur de charge. Si une batterie était pleine à 100 % et qu'elle est maintenant à 40 %, la profondeur de décharge est de 60 %. Pensez à la profondeur de décharge comme à la quantité d'énergie qu'un appareil a prélevée de votre batterie.

Les batteries subissent généralement du stress pendant la phase de charge. Plus la phase de charge dure longtemps, plus vous sollicitez la structure chimique de la batterie. Par conséquent, une profondeur de décharge plus importante cause plus de stress et dégrade la batterie plus rapidement.

Profondeur de charge idéale pour les batteries :

• Batteries lithium-ion : 80 %.

• Batteries au lithium-fer phosphate : 80 à 90 %.

• Batteries au plomb-acide : 50 %. Mais vous pouvez occasionnellement décharger jusqu'à 80 %.

• Batteries au nickel-cadmium : 20 à 30 % pour prolonger la durée de vie de la batterie.

Dépasser la profondeur de décharge (DoD) sollicite votre batterie, réduisant sa durée de vie. Si votre batterie doit se recharger à partir d'un état complètement déchargé, vous épuisez rapidement les cycles de charge.

Modifications structurelles dans la batterie

Les batteries voient aussi leur capacité énergétique diminuer avec le temps en raison de changements dans la structure des électrodes. Les batteries lithium-ion et lithium-phosphate de fer subissent des changements structurels dus au placage de lithium. Parallèlement, l'électrode cathodique souffre de fissures.

En revanche, les batteries au plomb subissent une sulfation qui provoque des changements structurels sur leurs électrodes. En conséquence, elles ne fournissent pas une puissance suffisante et la batterie devient moins efficace.

Vous constaterez également un effet mémoire avec vos batteries NiCd, ce qui les amène à produire moins d'énergie électrique. Un changement dans la structure des électrodes sollicite également les composants internes de la batterie, réduisant ainsi la durée de vie de votre solution de stockage d'énergie.

Sensibilité à la température

La chaleur peut réduire les cycles de charge d'une batterie car elle provoque une usure de la batterie. La chaleur réduit la conductivité électrique des composants internes de la batterie et dégrade l'électrolyte. Les batteries au lithium-ion sont particulièrement sensibles à la chaleur.

Cependant, les batteries au phosphate de fer lithium supportent mieux la chaleur. Il en va de même pour les batteries Nickel Cadmium (NiCd). Votre batterie Li-ion peut supporter jusqu'à 40°C ou moins. En revanche, les batteries LiFePO4 peuvent supporter jusqu'à 60°C.

Les batteries au plomb peuvent supporter une chaleur modérée. Cependant, elles perdent de l'eau, ce qui peut réduire les cycles de charge. Les batteries NiCd supportent mieux les températures extrêmes que ces deux types de batteries.

Effets de la charge et de la décharge

Les batteries accumulent de la chaleur pendant la charge et la décharge. Cependant, la quantité de chaleur accumulée varie selon la technologie de la batterie. Les batteries Li-ion et LiFePO4 génèrent moins de chaleur et peuvent fonctionner de manière exceptionnelle pendant de nombreux cycles de charge.

En revanche, les batteries au plomb génèrent plus de chaleur pendant la phase de charge, ce qui les fait se dégrader plus rapidement. À mesure que la chaleur s'accumule, l'efficacité des batteries diminue. Les batteries Li-ion ont une efficacité de 90 à 95 %, et les LiFePO4 affichent une efficacité de 95 à 98 %.

Les batteries NiCd ont une efficacité de 70 à 90 %, tandis que les batteries au plomb ont une efficacité de 75 à 85 %. La gestion des sources de chaleur externes peut augmenter les cycles de charge. Par conséquent, chargez les batteries dans des conditions idéales pour améliorer leur durée de vie.

Verdict final

Le cycle de charge d'une batterie varie en fonction de la technologie de la batterie. Les batteries au phosphate de lithium-ion ont tendance à avoir plus de cycles de charge que les autres types de batteries. Cependant, toutes les batteries finissent par épuiser leurs cycles de charge, surtout avec une profondeur de décharge plus importante. Par conséquent, il est conseillé de maintenir votre batterie dans la profondeur de décharge idéale pour prolonger sa durée de vie.