Saviez-vous que la batterie nimh date des années 60, et qu’elle est disponible pour le grand public que depuis les années 90 ? Les batteries nimh fournissent l’électricité notamment :
Aux incubateurs et couveuses.
Aux moteurs dentaires.
Aux éclairages de secours.
Aux équipements professionnels nomades (terminaux de gestion de stock, de paiement).
À certains véhicules hybrides actuels.
La batterie nimh est un pack de plusieurs accumulateurs nimh de capacité variable (de 70 mah à 13000 mah). Les batteries nimh sont des accus rechargeables utilisant l’hydrogène et l’hydroxyde de nickel. La batterie nimh s’accompagne d’un chargeur dédié.Le prix des batteries et accus nimh est bas, quelle que soit l’importance de leur capacité. Elle remplace la batterie nicd, en voie de disparition. Cet article guide vous propose un point sur la batterie nimh.
Qu’est-ce qu’une batterie nimh ?
La batterie nimh met à dispo de l’énergie pour une longue liste d’appareils (lampe, éléments d’alarme, équipements électriques). Nimh signifie nickel métal hydrure (mélange d’hydrure métallique et nickel). Cette pile rechargeable fournit une énergie électrique renouvelable grâce à l’utilisation d’un chargeur.
Les accus nimh se composent de piles boutons, cylindriques (gamme 4/5 aaa à F) et de pièces détachées. Ils se commercialisent aussi sous forme de pack monobloc ouvert ou fermé. Ce sont des accus à technologie nickel pour l’électrode positive, comme les batteries nicd. L’électrode négative est à base d’hydrure métallique.
Leur densité énergétique est de 60 à 120 Wh/kg : un kilo de batterie nimh produit de 60 à 120 w/h d’électricité. Ces batteries nimh ont une énergie volumique de 120 à 320 Wh. Elle a une durée de vie moyenne de 500 à 1500 cycles selon la qualité du chargeur, de l’utilisation, du stockage, et de sa chimie.
Son autodécharge est dégressive, de 15 à 30 % par mois. La gamme de température de fonctionnement conseillée de la batterie nimh est de :
De – 10 °C à + 60 °C en décharge.
De 0 °C à 40 °C en charge.
Fonctionnement de la technologie nimh
Les accumulateurs rechargeables nickel hydrure métallique ont une technologie à base de chimie d’hydrogène et de jeu de réaction et d’oxydoréduction.
L’électrode positive (électrode de nickel), est identique à celle d’une pile rechargeable nicd (hydroxyde de nickel). Un composé intermétallique (hydrure métallique) constitue l’électrode négative, c’est son unique différence avec la pile rechargeable nicd. L’hydrure métallique permet d’y constituer un stock d’hydrogène.
Son électrolyte est contenu entre les deux électrodes roulées sur elles-mêmes. Il se compose d’hydroxyde de potassium KOH. C’est lui qui véhicule les ions OH- d’une électrode à l’autre par le phénomène d’oxydoréduction.
C’est un phénomène chimique réversible qui permet les cycles de charge et décharge :
De l’électrode positive vers l’électrode négative : la charge (lorsque la batterie n’est pas disponible, sur son chargeur). Le nickel de l’électrode positive s’oxyde. L’électrode négative subit une réduction de l’eau (production d’atome d’hydrogène, absorbé par le composé intermétallique de l’électrode).
De l’électrode négative vers l’électrode positive : la décharge (ou consommation électrique d’un appareil). L’électrode positive connait la réduction de l’ion Ni. L’électrode négative oxyde son eau. C’est lors de cette étape que la batterie fournit sa capacité (mah), son stock d’énergie. L’hydrogène accumulé dans l’électrode négative se libère, en créant de l’électricité.
Comment bien choisir la puissance d’une batterie nimh ?
Choisir une batterie nimh ne repose pas uniquement sur le prix, mais aussi sur sa puissance. Pour choisir la puissance de la batterie nimh, il faut connaitre les besoins de l’appareil ou des accessoires à alimenter. Pour cela, l’utilisation d’un wattmètre est très utile. Il donne la puissance consommée, et la consommation d’énergie en watt·heure.
Le calcul est le suivant. Si vous devez alimenter un appareil dont la puissance est de 50 watts, vous aurez besoin d’une batterie qui fournit la puissance de 50 watts. À cela, il faut ajouter le temps d’utilisation entre deux charges de la batterie. Si vous utilisez l’appareil 4 heures la batterie devra fournir 4 x 0,5 kW, soit 2 kWh (l’unité de mesure kWh mesure l’énergie consommée sur un temps déterminé).
Pour trouver la bonne batterie, multipliez la tension par l’intensité (exprimée en Ah, ou en mah).
Pour une tension de 12 v, et une capacité de 0,165 Ah, ou 165 mah (12 x 0,165 Ah) la batterie devra fournir 2 Wh ou 0.002 kWh.
Dans l’autre sens, une batterie de 1.2 v et 3800 mah fournira une puissance horaire de 1,2 x 3.8 = 4, 56 Wh.
Par exemple, les modèles Peugeot 3008, DS5, 508 HYbrid4, utilisent une batterie nimh dont la puissance s’élève à 27 kWh. Elle fournit donc 27 000 watts par heure, pour une tension de 200 volts, soit plus de 100 000 mah (135 000). La Toyota Prius dispose d’une batterie nimh plus petite de 1,3 kWh pour 201 volts (soit 6500 mah). Elle ne fournit la puissance à la voiture que pendant quelques minutes.
La puissance de votre batterie nimh est la seule unité de mesure réellement utile. Pour évaluer vos besoins, vous devez également prendre en compte :
La gestion quotidienne possible du pack batterie nickel métal hydrure.
Le type d’appareil relié à la batterie nimh : certains ont besoin d’une forte capacité (au démarrage du moteur, lors de la transmission de données).
Comment charger une batterie nimh ?
La question de la charge est un élément central pour les produits nimh (les télécommandes de grue, de matériels de levage sont très concernés).
Les batteries nimh, en cellule unique ou en pack, doivent se charger à température ambiante – entre 10 et 40 °C. Sous 0 °C, la pression dans la cellule de la batterie s’élève, la performance diminue. Au-dessus de 40 °C, la charge ne se fait pas totalement.
La batterie nimh, quelle que soit sa capacité (mah), fait partie des accus supportant plusieurs modalités de charge.Elle doit se charger en courant constant. Celui-ci se calcule grâce taux de charge, qui est un rapport de C (capacité en mah de la batterie nickel hydrure métallique). Un pack nimh, quelle que soit sa capacité, supporte différents taux de charge :
Lent C/10 : pendant 16 heures.
Standard C/3 : pendant 4 heures, prévoir un contrôle de température et un complément de charge à C/10 ou C/20.
Rapide 1C : prévoir un contrôle de fin de charge. Le chargeur doit détecter la tension de démarrage, et l’augmentation de la température. Il doit pouvoir également mesurer la tension maximale et la chute de tension en fin de charge de chaque cellule du pack batterie nimh.
Exemple : pour une unité de stockage ou un pack batterie nimh de 250 mah le courant de charge est de 250/10 = 25 mah. Notez qu’une pile nimh peut également faire l’objet d’une charge de maintien sans risque.
Prenez garde, toutefois, la charge des batteries nimh est exothermique. La batterie chauffe fortement quand elle atteint sa charge maximale de capacité. Pour éviter cela, piles, batteries, accus nimh peuvent se coupler à un BMS (Battery Management Système).
Les utilisations de la batterie nimh
Les batteries nimh ont une technologie qui les rend extrêmement polyvalentes. Elles conservent en stock une énergie fiable, dispo pendant longtemps.
Elles se présentent sous de multiples formes, c’est ce qui les rend si adaptables : pile, pack (piles montées en série), batterie, pile bouton. En général, l’accu fournit l’autonomie, la pile bouton alimente la sauvegarde.
L’accu nimh
L’accu nimh est une unité qui sert à alimenter les terminaux de contrôle mobiles (de production, de gestion de stock), de surveillance (lecteur de carte de contrôle d’accès, d’identification, NFC). Il garantit :
La continuité de fonctionnement
Une importante autonomie.
La sauvegarde des données et la transmission des détections à une unité centrale.
L’accu nimh fournit également l’énergie aux terminaux de paiement par carte, d’enregistrement des données client. Les équipements et accessoires de télécommunication, d’éclairages de secours, d’outillages électroportatifs fonctionnent eux aussi grâce à un pack, une pile, ou un accu nimh.
L’accu nimh se trouve en majorité dans les appareils de mesure nomades. Ils ont des exigences particulières auxquelles répond l’accu nimh :
Besoin de fort courant le temps d’une mesure.
Besoin de tension stable.
Alimentation continue de la mémoire de stockage des données mesurées.
Le pack d’accus nimh alimente également :
les portes automatiques, volets roulants ;
les éléments d’éclairage et de communication(phare de plongée, Talkie Walkie PMR) ;
les produits d’assistance type fauteuil roulant et monte escalier.
Les formes à l’unité d’accumulateurs nimh proposées par Jade Technologie sont : 1/4 aaa, 1/3 aaa, 2/5 aaa, 4/5 aaa, 2/3 aaa, 1/2 aaa, puis AA et subdivisions, SC, D, F, ø 8 à 32 mm.
La pile bouton nimh
La pile bouton apporte une solution de sauvegarde des données en cas de coupure d’alimentation. On la trouve sur les cartes mères des équipements professionnels.
Elle alimente la mémoire de stockage :
Des mots de passe
Des données de profil utilisateur
Les paramètres modifiables
L’horloge interne.
La sauvegarder des réglages d’un appareil en cas de coupure du courant.
On la trouve aussi montée dans les accessoires et équipements de petite taille, pour stocker des données d’identification (clés de serrures numériques).
Les piles boutons rechargeables fournies par Jade Technologie peuvent être soudées directement sur le circuit imprimé, ou montées sur un support existant.
Leur capacité est de 40 mah, 80 mah, 120 mah, 160 mah, 180 mah, 200 mah, 250 mah, 320 mah, pour trois types de tension (1,2, 2,4 et 3,6 v), ø 12 à 25.2 mm.
Stockage de la batterie nimh
Pour garder en stock les batteries au nickel hydrure métal et éviter leur dégradation, il faut respecter certaines conditions :
Température des locaux stable, entre 5 et 25 °C.
Degré d’hygrométrie relative de 65 % (prévoir des pièces ventilées).
La batterie, pack d’accumulateurs, power banks, se stockent chargés.
Les conditions de transport et de livraison doivent répondre à ces critères : un achat à bon prix n’est pas toujours intéressant, la batterie peut arriver dégradée.
Même en respectant ces conditions, la charge de la pile nimh baisse de 15 à 20 % chaque mois (contrairement à la batterie lithium). Nous proposons des batteries à faible autodécharge, aux formats AA et A. Ce produit LSD (Low Self Discharge) conserve 85 % d’énergie après 6 mois et 75 % après un an.
Comment faire en sorte qu’une batterie nimh soit disponible sur 100 % de sa capacité après plusieurs semaines en stock ? Elle doit suivre au minimum un cycle complet de charge et décharge ou une procédure de récupération.
De plus, la maintenir en stock au-delà de 6 mois provoque une autodécharge profonde. Cela signifie que tout son stock disponible d’électricité disparait. Pour contrer ce phénomène :
Prévoir une charge partielle tous les 6 mois.
Chaque unité, quelle que soit sa dimension, doit conserver une tension minimum de 0.9 v.
Éviter de stocker les batteries sur un chargeur branché, elles perdront de leur capacité.
Ce troisième point nous conduit à parler de l’effet mémoire. C’est en effet un terme central pour les accus et batteries rechargeables. Plusieurs expressions décrivent l’effet mémoire :
La capacité nominale du pack batterie (moins de mah disponible) diminue.
La dimension énergétique de la pile est moindre.
La taille de l’unité électrique (stock d’énergie en mah) est plus petite.
L’effet mémoire dont nous parlons ici concerne directement le stockage, si la batterie est connectée en permanence à son chargeur. Les chargeurs, après la charge complète, fournissent un courant d’entretien. Ce courant a pour but de compenser l’autodécharge naturelle par la livraison régulière d’un courant.
Mais ce courant dégrade l’alliage nickel lanthane de l’électrode positive de la pile. Cet alliage altéré crée un second stock d’énergie dans la pile, à tension et capacité inférieures (une seconde mémoire énergétique). Pour y remédier, effectuez une décharge de la batterie nimh après 5 cycles complets de charge.
Durée de vie de la batterie nimh
Le médical, le commerce, la gestion industrielle et commerciale (terminaux de paiement et logistiques Samsung, Motorola) soumettent les accus à des conditions d’utilisation sévères.
Contrôler une livraison se fait souvent dans le froid. L’automobile, les mesures, soumettent les batteries à des chocs. Utiliser les terminaux de paiement éloigne les appareils de leur chargeur.
Une batterie nimh utilisée en conditions normales a une durée de vie entre 500 et 1500 cycles de charge et décharge, ou 2 ans. Certaines dégradations peuvent apparaître au bout de 300 cycles. Lorsque l’autonomie baisse de 20 %, c’est le signe que la batterie est au bout de sa durée de vie.
Le terme utilisation normale de la batterie nimh signifie :
Pas de surcharge.
Pas de décharge profonde.
Des températures d’utilisation entre 10 et 40 °C.
L’absence de stockage long terme.
L’impédance de la batterie s’élève lorsqu’elle s’approche de sa fin de vie. L’utilisation d’un chargeur spécifique qui contrôle la température et la tension évite toute surchauffe.
La durée de vie de la batterie nimh dépend par ailleurs de la qualité de son entretien. Comme toute batterie externe (power bank) – qu’elle soit de type lithium, nickel, il faut vérifier :
L’absence de fêlure sur sa coque.
La propreté et l’absence d’oxydation des contacts électriques la rattachant au chargeur.
La température de la pile rechargeable après une charge.
Pendant sa durée de vie, la batterie nimh connaît une autodécharge mensuelle moyenne de 20 %. La décharge lente et naturelle (stockage long pour une livraison) de chaque cellule est moins dangereuse pour la batterie qu’une décharge profonde forcée par un équipement. Celle-ci réduit la capacité (mah) d’une batterie, d’une pile rechargeable, ou d’un pack d’accumulateurs, donc leur durée de vie. Une solution en cas de décharge profonde (sous 0,9 v) peut-elle s’envisager ?
Une méthode spécifique existe, pour récupérer la capacité (mah) de la batterie. Mais il faut tenir compte de la possibilité de perdre définitivement des accumulateurs trop déchargés.
Jade-Technologie accompagne les utilisateurs souhaitant soumettre un accu nimh à un courant de décharge supérieur à 2C, et tout utilisateur ayant des objectifs de régénération de batterie nimh.
Prix d’une batterie nimh
Son prix de vente est bas : son stock d’énergie est rentable. C’est un élément central dans le succès de cette pile rechargeable. La batterie nimh a pour concurrent actuel la pile lithium, plus performante, mais plus chère.
Selon les formats, les accumulateurs nimh se vendent soit par pack de 2, 4, ou plus. Les prix s’échelonnent en général, dans le commerce, entre 8 et 16 euros pour le pack de 4. Un pack de 10 piles nimh rechargeables (type 3A ou AA) s’achète autour de 35 euros.
À l’unité, la batterie nimh rechargeable vaut entre 2 et 4 euros, en fonction des marques ou des fabricants. Son prix varie selon la capacité de la batterie – entre 70 mah et 13 000 mah.Pour illustrer la variation de prix en fonction de la capacité et du format, voici des exemples de prix trouvés dans le commerce en ligne :
2,10 euros l’unité pour une capacité de 750 mah.3,75 euros l’unité pour une capacité de 930 mah.
Pile rechargeable nimh format D :
6,95 euros l’unité pour 9000 mah de capacité.14,95 euros l’unité pour 11 000 mah de capacité.
Les prix sont très variables, selon le format, la capacité, la tension. C’est pourquoi, lorsque vous achetez un grand nombre de piles rechargeables, vous avez intérêt à bien définir vos besoins.
De la même manière, lorsqu’il s’agit de créer un pack batterie nimh sur mesure, la définition des besoins énergétiques précis est indispensable. Éviter de surdimensionner la batterie fait faire des économies.
Jade-Technologie vous propose un accompagnement pour définir le type de batterie dont vous avez besoin. Nous réalisons des batteries nimh rechargeables sur mesure. Un devis avec tous les prix vous est envoyé pour acceptation.
Différence entre la batterie nimh et la batterie nicd
Par rapport à la batterie nicd, l’énergie massique de la batterie nimh est supérieure de 30 à 40 % :
Batterie nicd : 45 – 80 Wh/kg.
Batterie nihm : 60 – 110 Wh/kg.
Un pack d’accusnimh encaisse les forts courants de charge et de décharge (idéal pour les moteurs électriques puissants).
Son autodécharge mensuelle et légèrement supérieure à celle de la batterie nicd :
Batterie nicd : environ 20 %.
Batterie nimh : environ 30 % (sauf pour les modèles Low Sel Discharge, LSD, qui conservent 85 % de leur énergie après 6 mois).
Le nombre de cycles charge/décharge, durée de vie maximale :
Batterie nicd : 1500.
Batterie nimh : 500 à 1000.
Ce 3e point de comparaison est un avantage pour les entreprises de livraison qui équipent leur parc de véhicule de terminaux de contrôle nomades.
Voici les autres points de différence entre les batteries nimh et nicd :
Effet mémoire : la batterie nicd y est très sensible, alors que la batterie nimh est moins touchée.
Protection de l’environnement : la batterie nickel cadmium contient 6 % environ de substances dangereuses (cadmium). Elle doit être recyclée en fin de vie, ce qui représente un coût supplémentaire. Le rendement du recyclage des batteries nimh est meilleur (cours du nickel).
Charge : la batterie nickel métal hydrure permet sans risque la charge intermittente. Cependant c’est une batterie qui met plus de temps à se recharger que la batterie nickel cadmium.
Surcharge : la batterie nicd supporte mieux la surcharge que la batterie nimh (les surcharges répétées détériorent définitivement la batterie).
Stockage : la batterie nicd se stocke déchargée, la batterie nimh doit se stocker chargée.
Utilisation en températures extrêmes : la batterie nickel cadmium garde ses performances à basse température alors que la batterie nimh les perd (sous – 10 °C).
Prix : le prix de la batterie nimh est supérieur de 20 % environ à celui de la batterie nickel cadmium.
Sécurité : la batterie nimh apporte un regain de sécurité. C’est un avantage apprécié par le milieu médical, les professionnels de la sécurité, du paiement à distance).
Logistique : sa livraison hors de France est simple, les accumulateurs, piles, batteries nimh ne sont pas interdites de transport aérien. Il faut appliquer la même protection que pour les batteries au plomb (emballage pour éviter les court circuits et les incendies).
Jade technologie est équipementier en énergie autonome. Ses experts vous accompagnent pour chaque projet d’achat, de remplacement, ou de fabrication sur mesure d’accus nimh. N’hésitez pas à entrer en contact avec eux !
