Cellules frittées pour le modélisme

Il s'agit d'une version améliorée de la pile nickel-cadmium étanche au gaz RS 1,2, désormais désignée sous la nouvelle référence RSH 1,2. La structure des accumulateurs nickel-cadmium cylindriques, les différentes caractéristiques électriques des deux types de cellules et, par souci d'exhaustivité, les possibilités de recharge sont décrites ci-après.

Les accumulateurs nickel-cadmium étanches, de forme cylindrique et dotés d'électrodes frittées, sont fabriqués par VARTA avec des capacités allant de 100 mAh à 7 Ah. Avec environ 78 Wh/l et environ 27 Wh/g, elles présentent le rapport puissance/volume et le rapport puissance/poids les plus avantageux de toutes les séries.

Afin d’exploiter au mieux le volume de la cellule, les électrodes, sous forme d’un enroulement constitué d’une bande frittée hautement poreuse, sont logées dans une coupelle en acier étiré et nickelé. La masse active, à savoir l’hydroxyde de nickel (pôle positif) et l’hydroxyde de cadmium (pôle négatif), est imprégnée dans cette structure frittée hautement poreuse. L’isolation des électrodes les unes par rapport aux autres est assurée par des séparateurs en non-tissé synthétique. La mise à la terre de l’électrode négative s’effectue via le godet en acier nickelé, tandis que l’électrode positive est reliée au couvercle de la cellule, lui aussi en tôle d’acier. L’isolation entre le godet de la cellule et le couvercle de celle-ci est assurée par une bague en plastique qui sert également à assurer l’étanchéité de la cellule. La potasse caustique, fixée dans les électrodes et dans le séparateur, sert d’électrolyte, c’est-à-dire de conducteur de courant entre les électrodes.

Pour l'aéromodélisme, on utilise de préférence des cellules de type RS 1,2 ; soit dans un bloc de 7 cellules, soit sous forme de batteries de 8 cellules réparties en 2 unités de 4 cellules chacune. Les cellules, isolées à l’aide d’une gaine thermorétractable, sont alors alignées les unes à côté des autres et reliées par des connecteurs en bande robustes, soudés par points.

Le bloc-batterie ainsi fabriqué est muni de demi-coques en plastique, qui sont collées pour la fixation ou enroulées de bandages. La conduction du courant s'effectue via des câbles flexibles.

Les cellules frittées cylindriques ont été initialement conçues pour une charge continue de $20 \times I_{10}$ (2 CA), une charge double étant autorisée pendant une durée brève et des pics de courant plus élevés n'étant admis que pendant quelques secondes. Il en résulte les spécifications suivantes pour la cellule RS 1,2 :

Il convient de noter que la capacité disponible diminue à mesure que le courant de décharge augmente ; par exemple, elle diminue d'environ 20 % en cas de charge égale à $20 \times I_{10}$.

Or, en vol électrique, la batterie est soumise à des courants compris entre 8 A et 12 A, c'est-à-dire des charges comprises entre $60 \times I_{10}$ (6 CA) et $100 \times I_{10}$ (10 CA), on constate inévitablement une très mauvaise tenue en tension lors de l'utilisation du type de cellule RS 1,2. De ce fait, la capacité disponible diminue considérablement.

Pour les cellules capables de supporter des courants élevés, ces deux caractéristiques doivent donc être améliorées, ce que VARTA a réussi de manière remarquable grâce à la conception de la cellule de type RSH 1,2.

Ce type de pile, qui présente les mêmes dimensions et pratiquement le même poids que la pile RS 1,2, peut être soumis sans restriction à une charge continue de $100 \times I_{10}$ (10 CA). De plus, même sous cette charge maximale, la cellule RSH 1,2 présente encore une tension de décharge moyenne d’environ 1,15 V et une capacité extractible de 90 % en moyenne.

La différence de comportement entre les deux types de cellules ressort très clairement des courbes présentées aux figures 4 et 5. On constate que le nouveau type de cellule présente, en cas de charges à courant élevé, une tension de décharge moyenne supérieure d’environ 0,2 V et une capacité extractible en moyenne supérieure d’environ 60 %.

De même, l’augmentation de la température de la cellule lors de la décharge et de la charge est nettement moindre, comme le montre la figure 6.

Les accumulateurs nickel-cadmium étanches ont un facteur de charge de 1,4, ce qui signifie qu'il faut leur fournir une charge équivalente à 1,4 fois la quantité d'énergie qui leur a été prélevée. En principe, la charge doit s'effectuer à courant constant. Si l'on utilise une courbe caractéristique présentant une légère pente descendante, le courant constant prescrit doit être respecté en tant que valeur moyenne. Les méthodes de charge suivantes sont utilisées :

La charge peut être coupée manuellement ou à l'aide d'une minuterie. Les cellules frittées cylindriques peuvent être rechargées à partir de n'importe quel état de charge avec un courant maximal de $3 \times I_{10}$ (0,3 CA), car une surcharge avec ce courant est encore autorisée.

De plus, deux méthodes de charge rapide différentes peuvent être utilisées : en fonction de la tension ou limitée dans le temps après une décharge préalable.

Dans le cas de la charge rapide en fonction de la tension, la charge s'effectue avec un courant de $10 \times I_{10}$ (1 CA) jusqu’à 1,52 V/cellule, à une température de 20 °C. La tension de coupure doit être ajustée en fonction d'un coefficient de température de $-4 \text{ mV}/^\circ\text{C}$, de sorte que, par exemple, le chargeur se désactive dès 1,48 V/cellule à 30 °C. Ce mode de charge permet d’atteindre un taux de charge de 80 à 90 % de la capacité nominale.

La charge rapide limitée dans le temps est plus facile à mettre en œuvre et donc particulièrement appréciée des modélistes. Avant de commencer la charge, la batterie est déchargée jusqu’à 1,0 V/cellule afin d’éviter toute surcharge importante. La charge peut ensuite être effectuée avec un courant de $10 \times I_{10}$ (1 CA) pendant 60 minutes au total, ou avec un courant de $20 \times I_{10}$ (2 CA) pendant 30 minutes au maximum. Les batteries ne comportant pas plus de 7 cellules peuvent également être rechargées selon cette méthode à partir d’une batterie de voiture de 12 V. Ce faisant, on peut atteindre un taux de charge de 90 à 95 %. À titre de sécurité supplémentaire, pour toutes les méthodes de charge, mais de préférence pour les méthodes de charge rapide, un thermocontacteur peut être fixé sur le boîtier d’une cellule afin d’interrompre la charge lorsque la température atteint 50 °C.

Les batteries neuves doivent être chargées complètement avant leur première utilisation, soit pendant 14 h avec $I_{10}$, soit pendant 7 h avec $2 \times I_{10}$.

Les batteries qui ont été stockées pendant plus de 6 mois doivent être rechargées pendant 24 h avec $I_{10}$ ou 12 h avec $2 \times I_{10}$. Après une décharge profonde, c'est-à-dire lorsque la tension de décharge finale est nettement inférieure à la tension admissible, la charge suivante doit également être prolongée de quelques heures, par exemple 18 h à $I_{10}$ .

Les accumulateurs nickel-cadmium scellés peuvent être stockés pendant plusieurs années, quel que soit leur état de charge. La recharge doit s’effectuer de la même manière que la mise en service de batteries neuves. La batterie retrouve sa pleine capacité après 2 à 3 cycles de charge/décharge.

• Fonctionnement de $-40^\circ\text{C}$ à $+50^\circ\text{C}$,
  max. 24 h jusqu’à $+60^\circ\text{C}$
• Charge : de $0^\circ\text{C}$ à $+45^\circ\text{C}$ ;
  recommandée : de $+10^\circ\text{C}$ à $+35^\circ\text{C}$
• Stockage : de $-40^\circ\text{C}$ à $+50^\circ\text{C}$,
  max. 24 h jusqu’à $+60^\circ\text{C}$
  recommandé de $0^\circ\text{C}$ à $+45^\circ\text{C}$

Le type de cellule RS 1,2 décrit la structure, les caractéristiques électriques, le comportement et la charge des cellules frittées cylindriques. Parallèlement, on y compare le nouveau modèle RSH 1,2, particulièrement adapté aux charges de courant élevées.

Il est intéressant de noter à cet égard que VARTA s'apprête à lancer d'autres nouveautés, la prochaine étant vraisemblablement la cellule de 750 mAh (750 RS) sous la nouvelle désignation 750 RSH. À la fin de cet exposé figurent les consignes d'utilisation les plus importantes pour l'utilisateur.