La batterie et la charge : cours de CAP Maintenance des véhicules

Un client arrive avec une voiture qui ne démarre plus. Avant de soupçonner le démarreur ou le moteur, le mécanicien regarde presque toujours la batterie. C'est elle qui fournit l'énergie électrique au moment du démarrage, et c'est tout un système de charge qui doit la maintenir en bon état entre deux démarrages.

Dans ce cours, tu vas comprendre comment une batterie au plomb se charge, quelle limite de tension il ne faut pas dépasser, comment l'alternateur et son régulateur s'y prennent sur un véhicule, et pourquoi une batterie vieillit ou tombe en panne. Tu verras aussi le rôle du BMS, le système électronique qui surveille les batteries.

Tu as déjà étudié les circuits électriques : tu sais ce que sont une tension en volts, un courant en ampères et un circuit en série. Ces notions suffisent pour tout suivre ici.

Sur une automobile, deux organes se partagent le travail. La batterie est le réservoir : elle emmagasine de l'énergie électrique et la restitue quand on en a besoin, par exemple au démarrage. L'alternateur, entraîné par le moteur, est la source : il produit l'électricité qui remet la batterie en charge.

Le moment où l'un prend le relais de l'autre est simple à retenir : une fois le moteur démarré, l'alternateur recharge la batterie tout de suite.² Tant que le moteur est arrêté, la batterie est seule ; dès qu'il tourne, elle reçoit de l'énergie en retour.

Chaque batterie est décrite par des valeurs que donne le constructeur. Elles valent pour une batterie neuve et chargée à 100 %. Dans la réalité, ces valeurs changent : elles varient nettement selon l'état de charge, et elles se dégradent avec le temps et avec la façon dont la batterie est utilisée.²

La capacité s'exprime en ampères-heures (Ah). Elle sert à comparer des batteries et à régler un courant de charge, comme tu le verras plus bas.²

On peut charger une batterie au plomb avec un courant continu dont l'intensité est choisie assez librement. Les seules limites viennent de la batterie elle-même et de ses connexions. La vraie contrainte est ailleurs : la charge ne doit jamais faire apparaître, aux bornes de la batterie, une tension supérieure à 2,35 V par élément, valeur donnée à 25 °C.²

Pourquoi raisonner par élément ? Parce qu'une batterie est une série d'éléments : la tension de la batterie entière est la somme de celles de ses éléments. La limite de la batterie complète se déduit donc du nombre d'éléments.

Sur une automobile, la méthode de charge s'appelle CC/CV : Constant Current puis Constant Voltage, soit « courant constant » puis « tension constante ». Elle s'est généralisée parce que c'est la seule qui autorise un fort courant, donc une charge rapide, sans abîmer la batterie.² Tu la trouves sur toutes les automobiles.²

Phase CC. Au début, la batterie a besoin d'énergie et elle accepte du courant. Ce courant dépend surtout de la vitesse de rotation de l'alternateur, donc de celle du moteur.² Plus le moteur tourne vite, plus l'alternateur peut fournir de courant.

Phase CV. Quand la tension de la batterie atteint la valeur de consigne, c'est cette tension qu'on maintient. Le maintien est assuré par le régulateur de tension, qui agit comme un asservissement.² Son moyen d'action : il réduit le courant d'excitation de l'alternateur. Ainsi, le courant de sortie ne fait jamais monter la tension au-delà de 2,35 V par élément, avec une petite correction selon la température.²

En atelier, on n'utilise pas toujours un chargeur capable de plafonner sa tension à la valeur de consigne. C'est le cas de certains chargeurs bon marché. Comme on ne peut plus compter sur la limite de tension, on protège la batterie par l'autre grandeur : le courant.

La recommandation est de borner le courant de charge, par exemple à 10 % de la capacité de la batterie.² Le but est de réduire les dégâts d'un dépassement de tension qui peut survenir en fin de charge, dégâts qui raccourcissent aussi la vie des électrodes.²

Une batterie ne tombe pas en panne par hasard. Deux phénomènes expliquent une grande part des pertes de performance : la sulfatation et l'oxydation. Savoir les distinguer te permet de poser un diagnostic et d'expliquer au client ce qui s'est passé.

Ce phénomène est normal : il apparaît à chaque décharge et disparaît à la recharge.² Il devient un problème quand il s'installe. Dans certaines conditions (décharge prolongée ou trop profonde, forte température, électrolyte qui produit des gaz), des îlots stables de sulfate de plomb se forment et la charge ne les dissout plus.² Ce sulfate conduit mal l'électricité : il empêche les réactions sur l'électrode et réduit la capacité de la batterie.² La remise en charge arrête le processus.²

Sur les batteries à plomb ouvert, les cristaux de sulfate s'accumulent peu à peu au fil des cycles et gênent le courant. Une charge de désulfatation ne dispense pas toujours de remplacer la batterie au bout de quelques années.²

Conséquence : la puissance au démarrage diminue, et compléter ensuite le niveau n'y change rien.² Le manque d'électrolyte peut venir d'une utilisation intensive (par exemple avec des équipements auxiliaires), d'une température extérieure élevée, à partir de 30 °C, ou d'une tension de charge trop forte.²

Sur les véhicules modernes, surtout électriques ou hybrides, la batterie est surveillée par un système électronique : le BMS (Battery Management System), appelé aussi boîtier d'état de charge de batterie. Il contrôle et gère la charge des éléments d'un pack de batteries.³

Un BMS est jugé indispensable sur tous les packs de batteries.³ Il suit notamment :

• l'état de charge (SOC) ou la profondeur de décharge (DOD), qui indiquent le niveau de charge ;³
• l'état de santé (SOH, State Of Health), une mesure de l'état général de la batterie ;³
• le courant de démarrage à froid, noté CCA (Cold Cranking Amps), c'est-à-dire le courant que la batterie peut débiter par temps froid ;
• le débit du fluide de refroidissement, air ou liquide, pour les batteries concernées.³

Le BMS veille aussi à l'équilibrage des charges de toutes les cellules. Le but est d'optimiser les capacités de la batterie et d'éviter les sous-tensions comme les surtensions.³ Dans certains cas, il peut recharger la batterie en dirigeant vers le pack l'énergie récupérée au freinage.³

Pour finir, regroupons les notions dans une démarche simple, utilisable devant un véhicule dont la batterie pose problème. Elle ne remplace pas les procédures du constructeur ni les consignes de ton professeur, qu'il faut toujours respecter.