Électrotechnique ISD › Alimentation des circuits

Association de batteries

Un accumulateur a une tension et un courant maximal déterminés. Que faire si cela ne suffit pas ?

On peut monter des accumulateurs en série. On relie pour cela deux accumulateurs ou plus de manière conductrice (p. ex. par des lamelles métalliques). On trouve typiquement un tel montage en série dans les télécommandes. Les tensions des accumulateurs en série s’additionnent pour donner une tension de sortie totale. En série, le courant de charge traverse tous les accumulateurs. Le plus faible (celui dont le courant maximal est le plus bas) détermine donc le courant de sortie maximal. La résistance de sortie du montage en série est la somme des résistances internes des accumulateurs. La résistance interne augmente donc avec le montage en série.

Montage en série de trois accumulateurs U0, Ri, regroupés en une source 3·U0 et 3·Ri — Aus = sortie

Les fabricants de packs d’accumulateurs résolvent pour vous le problème du montage en série. Vous pouvez acheter des accumulateurs LiPo à plusieurs éléments en série. Un accumulateur « 3s » comporte par exemple trois éléments en série. On obtient ainsi une tension de sortie U_Pack = 3 ∙ U_Zelle (élément).

On peut monter des accumulateurs en parallèle. La tension de sortie est alors la même pour tous. Le courant de sortie se répartit entre tous les accumulateurs. Celui qui a la plus faible résistance interne doit fournir le plus de courant, celui qui a la plus forte en fournit le moins. Malheureusement, les résistances internes des accumulateurs sont dispersées. Il faut donc veiller à ce qu’aucun accumulateur ne soit surchargé.

Le plus gros problème survient quand les accumulateurs en parallèle n’ont pas tous exactement la même tension – ce qui est toujours le cas en pratique. Si vous les montez simplement en parallèle, un courant d’égalisation extrêmement élevé circule entre eux, limité seulement par les résistances internes. Vous devez donc intercaler, lors de la mise en parallèle, une résistance qui limite le courant.

Exemple : mise en parallèle de deux accumulateurs AA avec les tensions typiques d’un accumulateur plein et d’un accumulateur vide, comme cas extrême :

\[ \begin{gathered} U_{\mathrm{Akku1}} = 1{,}3\,\mathrm{V} \\[4pt] U_{\mathrm{Akku2}} = 1{,}1\,\mathrm{V} \\[4pt] R_{\mathrm{innen1}} = R_{\mathrm{innen2}} = 10\,\mathrm{m\Omega} \\[4pt] I = \frac{U_{\mathrm{Akku1}} - U_{\mathrm{Akku2}}}{R_{\mathrm{innen1}} + R_{\mathrm{innen2}}} = \frac{200\,\mathrm{mV}}{20\,\mathrm{m\Omega}} = 10\,\mathrm{A} \end{gathered} \]

Simulation

Mise en parallèle directe d’un accumulateur plein et d’un vide, résistance interne de 10 mΩ chacun

\[ \begin{gathered} \text{Limitation par une résistance pendant la mise en parallèle : } R_{\mathrm{Vor}} = 100\,\Omega \\[4pt] R_{\mathrm{Ges}} = R_{\mathrm{Vor}} + 2 \cdot R_{\mathrm{innen}} \approx R_{\mathrm{Vor}} = 100\,\Omega \\[4pt] I = \frac{U_{\mathrm{Akku1}} - U_{\mathrm{Akku2}}}{R_{\mathrm{Vor}}} = \frac{200\,\mathrm{mV}}{100\,\Omega} = 2\,\mathrm{mA} \end{gathered} \]

Simulation

Mise en parallèle des deux accumulateurs avec une résistance série de 100 Ω

Avec la résistance série, il faut un certain temps pour que les deux accumulateurs atteignent la même tension. L’égalisation des charges dure d’autant plus longtemps que le courant d’égalisation est faible. En contrepartie, les deux accumulateurs survivent à la mise en parallèle. On peut retirer la résistance série dès que les deux accumulateurs ont la même tension.

Pour les prototypes, mieux vaut ne pas monter d’accumulateurs en parallèle. Utilisez plutôt un accumulateur capable de fournir un courant plus élevé. Un tel accumulateur peut se composer en interne d’éléments mis en parallèle en usine. Ce n’est pas un problème, car les éléments y sont appariés.