L'importance de l'impédance pour la conception de batteries

Trop souvent négligée, l'impédance interne de la batterie demeure un paramètre essentiel dès la conception et ce jusqu'à la fin de vie... Promis, dans cet article, nous éviterons de rentrer dans les détails de la chimie et la modélisation qui permettent d'expliquer néanmoins le comportement des accumulateurs.

L'impédance, une valeur clé

La technologie d'accumulateurs, les composants de sécurité associés (transistors, fusibles, thermofusibles, polyswitchs, thermostats) et la connectique (connecteurs, fils, cosses) impacteront directement la valeur de l’impédance de la batterie. Cette grandeur, exprimée en mΩ, varie également en fonction des paramètres suivants :

• La température : toute technologie confondue, elle demeure plus élevée à froid.
• L'état de charge : l'impédance à 1000 Hz reste à peu près stable entre 35% et 65% pour du NiMh. Elle augmente en-dehors de cette plage. Elle évolue différemment d’une technologie à l’autre.
• Le nombre de cycles : l'impédance interne augmente en cyclage.
• La fréquence du signal (à relier à votre profil de décharge) : en fonction des technologies, des fabricants, l'impédance peu varier fortement entre celle mesurée en DC et celle mesurée à 1 kHz (AC).

Pour caractériser les produits, aussi bien en phase de qualification qu'en production, VLAD a choisi le BT3562 (HIOKI) :

Des fabricants d'accumulateurs bien discrets 

Il demeure parfois difficile de trouver cette valeur d'impédance dans les données techniques des fabricants. Dans les années 90, il fut impératif de définir une méthode commune de mesure d'impédance au niveau international. Toujours d’actualité, elle consiste à mesurer la réponse temporelle en tension en appliquant un courant sinusoïdal à 1kHz. Il se trouve qu'à cette fréquence, l'impédance se trouve la plus faible et la plus stable.

Attention, ce n'est pas forcément celle qui vous intéresse en fonction du profil de décharge de votre application. Pour une décharge à courant constant, préférer la mesure d'impédance par la méthode impulsionnelle (dite impédance continue) à la méthode d'excitation par courant alternatif. Elle correspond à la réponse temporelle en tension à une impulsion de courant de 2C minimum pendant 3 sec (appliquer un courant continu de 0.2C pendant 10 sec puis basculer à 2C pendant 3 sec). Vous pouvez vous référer à la norme NF EN61951 pour de plus amples détails sur la méthode.

Concrètement, quels seront les effets d'une impédance plus élevée sur la batterie ?

• Un temps de charge plus long : on constate ce phénomène pour les profils de charge du type CCCV (Constant Current - Constant Voltage) car on atteint plus rapidement la phase à tension constante.
• Une coupure de l'application prématurée : une impédance plus élevée génèrera un pic de tension plus fort entraînant ainsi l'arrêt de l'application. La notion de puits de potentiel correspond à la chute de tension occasionnée à fort courant et basse température au démarrage. Il suffit de réchauffer temporairement la batterie pour pouvoir récupérer l'énergie stockée (généralement, une décharge à plus faible courant suffit à provoquer un échauffement naturel suffisant pour retrouver un fonctionnement habituel).
• Une différence d'impédance entre les blocs d'accumulateurs engendrera des perturbations dans la fonction d'équilibrage.
• Une mauvaise connaissance de l’impédance de la batterie pourrait réserver des surprises en cas de court-circuit.

N'hésitez pas à nous contacter, nous vous proposerons des solutions techniques adaptées à votre application !