Pourquoi une pile faiblit au froid ?
Janvier au Nouveau-Brunswick, -20 °C. La souffleuse à batterie a dormi au cabanon, pack dessus, et affiche encore ses barres ; gâchette pressée, la turbine démarre, grogne et cale. Sur la scie à chaîne, l’afficheur s’éteint dès que la chaîne mord. Rentré une heure au chaud, le même pack souffle le perron.
Que lui manque-t-il dehors, qu’est-ce qui revient au chaud, et qu’est-ce qui ne reviendrait pas ?
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La réponse
Le froid ne vide pas la cellule, il la ralentit. Sa tension à vide bouge à peine entre 20 °C et -20 °C, quelques millivolts par cellule, vingt au plus : les barres restent allumées. Ce qui monte, c’est la résistance interne ; sous le courant de l’outil, la chute R I emporte la tension aux bornes.
Un pack 56 V de 5 Ah, quatorze groupes de deux cellules (14S2P) à 20 mΩ tiède : 0,14 Ω, plus bandes, BMS et contacts, 0,17 Ω. Sous 30 A, 5 V de chute : l’outil tourne. À -20 °C, la cellule lithium-ion résiste trois à cinq fois plus (davantage pour une cellule d’énergie) : 0,7 Ω, 20 V de chute, 36 V aux bornes, 2,6 V par groupe. Le BMS ou le contrôleur coupe sous 2,5 à 3 V, avant même que le courant s’établisse : l’outil cale, l’afficheur s’éteint. Gâchette lâchée, les barres reviennent.
Ce qui revient au chaud : la résistance, dès que la cellule tiédit ; la décharge au froid ne laisse rien. Ce qui ne revient pas : une charge sous 0 °C. Les ions lithium qui n’entrent plus dans le graphite s’y déposent en métal : capacité perdue pour de bon, dépôt qui peut percer le séparateur. Un chargeur sérieux refuse sous 0 à 5 °C.
La note du professeur
La question veut faire voir la cellule de la cible 5, les ions dedans, les électrons dehors, et que le froid n’entrave que les premiers. Le cuivre, lui, conduit mieux froid, 0,4 % par degré. Les ions, eux, ralentissent : dans l’électrolyte, carbonates organiques du lithium-ion ou pâte de potasse de l’alcaline, qui s’épaissit ; puis à l’interface, où la réaction d’électrode suit Arrhenius. Une AA alcaline gagne 40 % de résistance par dix degrés de moins ; le lithium-ion, peu jusqu’à 0 °C, beaucoup au-dessous.
La tension à vide, c’est la promesse de la chimie, presque insensible au froid. La résistance interne, c’est la vitesse à laquelle elle tient sa promesse. De là le diagnostic de la cible 7, quel mouvement de charges est entravé et où : pas les électrons, les ions ; pas le fil, l’électrolyte et sa surface.
La mesure qui tranche : la tension à vide, puis sous charge, l’écart divisé par le courant. À vide, les pointes atteignent les lames du pack ; sous charge, l’outil les recouvre : il faut un adaptateur, deux bandes de cuivre fines entre pack et outil, avec une boucle de fil pour la pince. Le MIN/MAX du multimètre attrape le pic de démarrage ; sinon, le régime établi, turbine à vide, 10 à 15 A. Sans adaptateur, la manip sœur le prouve sur une 18650 seule.
Et ensuite ?
- La pile au congélateur : la même question, mesurée sur une AA.
- 1.1 La charge et son mouvement : la cellule, les ions dedans, les électrons dehors.
- 6.2 Le pack : le BMS qui coupe, la charge au froid.
Le pack EGO ouvert
Dix groupes, les bandes de nickel, le BMS.
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Avant d’être une chose qu’on mesure, l’électricité a été une curiosité de salon pendant deux mille ans.
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Si l’électricité est un fluide, on doit pouvoir la mettre en bouteille.
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Le multimètre en série affiche un nombre avec un signe, et le signe dépend du côté où l’on a mis chaque pince.
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Le pack d’une perceuse montre des cellules de 3,7 V.
manipDeux clous dans un verre d’eau
On croit l’eau conductrice.
manipLa mine de crayon et le briquet
On croit que la chaleur gêne tout ce qui conduit : le contact chaud résiste plus.
manipLa pile au congélateur
On croit que le froid vide la pile : la lampe de poche meurt en janvier et revit dans la maison.
questionPourquoi un contact chauffe ?
Le vélo, après une montée : le câble du pack est frais, mais le XT60 qui le relie au contrôleur est tiède, son nylon bruni d’un côté.
le carrefour1.1 La charge et son mouvement
Tout ce qui se rattache à cette idée, et les exercices.