Surveillance de la température dans les tests de batteries : pourquoi c'est aussi important que la tension

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22 juillet 2023

La température affecte tous les processus à l'intérieur d'une batterie, de la vitesse de réaction électrochimique à la viscosité de l'électrolyte en passant par la stabilité du film SEI. Comprendre les effets de la température est une condition préalable pour tester et entretenir efficacement les batteries. Cet article explique pourquoi la température mérite la même attention que la tension.

Comment la température affecte les batteries : de la chimie à la capacité utilisable

La température a un effet global sur les performances de la batterie. Presque tous les processus internes (vitesse de réaction électrochimique, viscosité de l'électrolyte, stabilité du film SEI) sont contrôlés en température. Comprendre ces effets est la condition préalable pour tester et entretenir correctement les batteries.

À basse température (inférieure à 0°C), la capacité utilisable diminue considérablement. Pour les batteries au plomb, à 0°C, la capacité utilisable est d'environ 75 % de la valeur nominale ; à -10°C, environ 50 % ; à -20°C, peut-être seulement 30 %. Il ne s’agit pas de dommages permanents : une basse température réduit la conductivité ionique de l’électrolyte, ralentit la cinétique de réaction et augmente la polarisation, réduisant temporairement la capacité disponible. La capacité se rétablit lorsque la température augmente. Cependant, une décharge de courant élevé à basse température peut entraîner une chute rapide de la tension et déclencher l'arrêt de l'équipement, même s'il reste une capacité résiduelle.

À des températures élevées (au-dessus de 30 °C), la capacité utilisable augmente temporairement (environ 10 % par augmentation de 10 °C pour le plomb-acide), mais le coût est une dégradation accélérée de la durée de vie. La durée de vie du flotteur au plomb à 25°C est d'environ 5 à 8 ans ; chaque augmentation de 10°C réduit environ de moitié la durée de vie restante — à 35°C, il ne reste peut-être que 2 à 4 ans. En effet, les températures élevées accélèrent la corrosion du réseau et la consommation d’eau électrolytique. Les batteries lithium-ion sont tout aussi sensibles : une température élevée accélère la décomposition du film SEI et l'oxydation de l'électrolyte, provoquant une diminution accélérée de la capacité et une augmentation rapide de la résistance interne.

Par conséquent, l’intérêt de la surveillance de la température dans les tests de batteries est le suivant : les résultats des tests effectués à différentes températures ne sont pas comparables. Sans enregistrer la température ambiante pendant les tests, l'analyse ultérieure ne peut pas déterminer si les changements de résistance reflètent le vieillissement ou simplement une variation de température. Par exemple, la résistance mesurée en hiver peut être plus élevée qu’en été, non pas parce que la batterie a vieilli, mais parce qu’elle était froide.

Compensation de température : rendre les données comparables d'une saison à l'autre

La compensation de température est une technologie clé dans les tests de batteries. Son objectif est d'éliminer les effets de la température afin que les données mesurées à différents moments puissent être comparées. Le principe : prendre 25°C comme température de référence, et corriger les résultats en fonction de l'écart par rapport à la référence.

Pour les tests de résistance interne, l'approche de compensation typique est la suivante : chaque écart de 10 °C par rapport à la référence ajuste la lecture d'environ 30 % pour les batteries au plomb ou de 15 % pour les batteries lithium-ion. Par exemple, la résistance interne mesurée à 10°C sous la forme de 50 mΩ se corrige à environ 35 mΩ à la référence de 25°C. Cela permet une comparaison directe entre les lectures d’hiver et d’été.

Pour les tests de tension, la compensation de température est tout aussi importante. La tension en circuit ouvert de la batterie varie également en fonction de la température : environ 3 mV pour 1 °C pour le plomb-acide. Sans compensation, 12,6 V mesurés à 5°C et 12,6 V mesurés à 35°C peuvent correspondre à des valeurs SOC différant de plus de 10 %.

Le PK59B comprend une compensation de température intégrée avec un capteur de température standard pour une mesure simultanée de la surface de la batterie et de la température ambiante. Le testeur corrige automatiquement les lectures à l'aide d'une courbe de compensation prédéfinie — aucun calcul manuel n'est nécessaire. En pratique, cela réduit considérablement les erreurs de diagnostic causées par les variations de température.

Anomalies de température : un signal d’alarme plus précoce que la résistance

Lors du processus de défaillance de la batterie, des anomalies de température apparaissent souvent avant que la résistance interne n'augmente ou que la capacité ne diminue visiblement. Détecter précocement les anomalies de température peut éviter de nombreuses pertes.

Les modèles d'anomalies de température typiques incluent : une cellule dans une chaîne fonctionnant beaucoup plus chaude que les autres pendant la charge (suggérant une sulfatation interne courte ou sévère) ; la chaîne entière reste constamment chaude pendant la charge flottante (ce qui suggère que la tension flottante est réglée trop élevée) ; récupération lente de la température après décharge (suggérant une impédance interne excessive). Si ces anomalies de température peuvent être détectées tôt, des mesures correctives peuvent être prises avant une panne catastrophique – emballement thermique ou perte de capacité à zéro.

La méthode de détection dépend de la configuration de l'équipement. L'approche la plus simple consiste à utiliser un testeur de batterie doté d'une capacité de température (comme le PK59B), enregistrant la température à côté de chaque test de résistance interne. Un système de surveillance de la température en ligne avec des capteurs sur chaque cellule et des données téléchargées en continu vers un hôte de surveillance est plus avancé. Pour la plupart des sites de télécommunications et d'onduleurs, des tests de température périodiques combinés à des tests de résistance interne sont suffisants pour détecter la plupart des anomalies de température.

Points de pratique sur le terrain pour les tests de température

Les tests de température semblent simples mais comportent des détails opérationnels intéressants à noter. Premièrement : où mesurer. La répartition de la température au sein d'une batterie n'est pas uniforme : les bornes et les connexions chauffent plus que le corps en raison du chauffage Joule dû à la résistance de contact. Par conséquent, mesurez au niveau du corps de la batterie (milieu de la coque) comme référence principale, avec la température aux bornes comme référence secondaire. Si la température des bornes dépasse la température corporelle de plus de 10 °C, les connexions sont probablement desserrées et doivent être resserrées.

Deuxièmement : quand mesurer. La température de la batterie augmente pendant la charge, ainsi que pendant la décharge, et revient progressivement à la température ambiante au repos. Pour des raisons de comparabilité entre les tests, enregistrez la température à un point constant du cycle de test, par exemple toujours pendant une charge flottante stable ou toujours à la fin de la décharge. Si les points de mesure varient, les données de température deviennent difficiles à analyser.

Troisièmement : comment interpréter. Une seule lecture de température reflète uniquement le moment de la mesure et doit être comparée à la température ambiante. Si la température du corps de la batterie dépasse la température ambiante de plus de 5 °C, un échauffement interne anormal se produit même si la température absolue est encore basse. Si les températures des cellules au sein d’une chaîne varient de plus de 3°C, une incohérence des cellules est présente.

Conseils pratiques : intégration de la température dans l'évaluation de l'état de la batterie

Pour les équipes de maintenance, intégrez les tests de température dans les procédures de maintenance des batteries existantes. Les équipes disposant d'un PK59A peuvent ajouter un thermomètre infrarouge comme supplément de température ; les équipes disposant d'un PK59B utilisent directement le capteur standard. Quel que soit l’outil, l’essentiel est d’enregistrer la température à chaque test.

Pour les acheteurs résidant dans des zones présentant de grandes variations de température ambiante (régions tropicales, zones tempérées avec quatre saisons distinctes), privilégiez les modèles dotés d'une capacité de test de température (PK59B). Les données de température manquantes réduisent considérablement la possibilité d'analyse des résultats des tests : vous pouvez investir le même temps et les mêmes efforts dans les tests, mais vous ne pouvez pas déterminer si les résultats sont normaux sans contexte de température.

À l’avenir, la maintenance des batteries évolue vers une évaluation complète multiparamétrique : résistance interne, tension, température, historique de charge-décharge et conditions environnementales combinées via l’analyse des données pour produire un score composite de santé de la batterie. La température est un paramètre indispensable dans ce système. View the Battery Test Instruments Collection