Pour les téléphones ou les batteries USB, les capacités de batterie sont exprimées milliampèresheure, ou mAh (ou l’ampèreheure, Ah). Pour les voitures électriques ou les batteries d’ordinateurs portables on utilise plutôt le kilowattheure, ou kWh (ou le wattheure, Wh).
Toutes les batteries servent à la même chose : stocker de l’énergie électrique, donc pourquoi cette distinction ? Quelle utilité ?
Pour répondre à la question rapidement : c’est une question d’échelle. Le kilowattheure est une grande unité : cela représente beaucoup d’énergie, beaucoup plus que ce que ne contient une batterie de téléphone. Si on exprimait les 2 500 mAh d’un téléphone en kWh, on aurait 0,012 kWh. Ça marche, mais c’est pas forcément facile à assimiler, et en tout cas pas bien vendeur.
Il a d’autres différences entre ces deux unités, notamment le fait important que le mAh ne soit pas une unité d’énergie !
Le kWh
Le kilowattheure (kWh, et non KWh, ni Kwh) est homogène à des joules et est bien une unité désignant une quantité d’énergie. Ici, elle concerne l’énergie emmagasinée dans une batterie, à priori une grosse batterie, comme celle d’une voiture électrique ou d’un PC portable.
C’est aussi en kWh que le fournisseur d’électricité décompte votre consommation électrique. Une voiture consommant tout de même une bonne quantité d’énergie pour vous transporter, il semble donc relativement commode d’utiliser les mêmes unités : cela permet de rapidement donner une idée du coût d’une recharge d’une voiture électrique, par exemple.
Ensuite, la puissance au sens large (pas seulement électrique) se traduit comme un débit d’énergie par unité de temps. En effet, des kilowattheures divisés par des heures sont des kilowatts, une puissance. Ainsi, un appareil d’une puissance de 10 kW qui tourne durant 2 heures, va consommer 10×2 = 20 kWh, tout simplement.
Le mAh
Si l’unité du wattheure (ou kilowattheure) est bien homogène à une énergie, les ampèreheures (ou milliampèreheures) ne le sont pas.
L’ampèreheure est homogène au coulomb, qui est l’unité de la quantité de charge électrique.
Une batterie comportant une certaine quantité de charges peut se décharger plus ou moins vite. Une batterie de 1 Ah peut ainsi faire circuler un courant de 1 A pendant une heure. Ou bien 0,5 A pendant deux heures, ou bien 0,25 A pendant 4 heures, etc.
L’ampère lui-même correspond à l’intensité d’un courant électrique qui fait passer une charge d’un coulomb en une seconde. L’intensité peut donc être exprimée en coulomb par seconde. En multipliant des ampères par des heures, on retombe donc sur des coulombs, soit une charge, pas une énergie.
L’ampère, qui est l’unité de l’intensité du courant électrique peut alors être vu comme un débit de charges électrique : l’intensité d’un courant est un débit.
Le mAh est une unité utile pour savoir combien de temps votre batterie va — théoriquement — pouvoir faire fonctionner un appareil donné. La durée va uniquement dépendre du courant débité.
Il n’est pas question d’énergie ici, seulement de quantité de charges et de durée d’utilisation.
Alors mAh ou kWh ?
Dans ce qui précède, on arrive à noter un certain parallèle :
- les watt ou les kilowatts, la puissance, sont un débit d’énergie par unité de temps.
- les ampères ou les milliampères, l’intensité, sont un débit de charges par unité de temps.
Dans les deux cas on peut tout à fait parler d’un débit (d’énergie ou de charge). Si l’on multiplie ce débit par un temps, on retombe sur la quantité initiale (énergie ou charge). Et c’est ce que l’on fait quand on utilise ces unités, et c’est pour ça que l’on rajoute le « h » sur les kW et les mA, qui nous donnent alors les kWh ou les mAh.
Si l’on se souvient, les watts (W) électriques sont la puissance d’un appareil électrique. Ce dernier correspond à la tension nominale multipliée par l’intensité du courant qui le traverse. Ainsi, l’énergie consommée est également au produit de la tension, de l’intensité et de la durée d’utilisation de l’appareil.
Si l’on veut obtenir l’énergie consommée à partir d’une valeur en mAh, c’est-à-dire une intensité et une durée, il faudra en plus multiplier par une tension.
La plupart des téléphones ou les autres petits appareils électriques à batterie (oreillettes, consoles, montres…) utilisent des batteries Li-Ion à une seule cellule, avec une quantité de charge variable mais délivrant une tension identique de 3,7 V.
Ainsi, on pourra convertir une valeur exprimée en mAh en kWh, mais en tenant compte de la tension.
Ceci est important, car une batterie qui délivre un courant donné pendant une durée donnée avec une tension élevée aura plus d’énergie que la batterie qui délivre le même courant pendant la même durée, mais avec une tension plus faible.
Par exemple :
- 1 cellule Li-Ion de 1 000 mAh produisant 3,7 V a une énergie de 3,7 V × 1 000 mA × 1 h = 3,7 Wh ;
- 1 cellule NiMH de 1 000 mAh produisant 1,5 V aura une énergie de 1,5 V × 1 000 mA × 1 h = 1,5 Wh.
Ici, à quantité de charges égales, la puissance d’une cellule Li-Ion est plus importante qu’une cellule NiMH, et l’énergie qu’elle stocke également, même si les deux contiennent la même charge électrique. La différence est alors que la batterie au lithium (Li-ion) débite cette charge avec plus de puissance, plus de force que la batterie au nickel (NiMH).
Le « C »
Dans le cadre des batteries pour le modélisme telle que ceux pour les mini-drônes, on parle également de « C » : 10C, 30C, 45C…
Ce facteur C permet de calculer l’intensité maximale (et donc la puissance) que la batterie peut fournir.
En effet, comme expliqué ci-dessus, une batterie de 1 000 mAh peut produire 1 000 mA durant 1 h, ou bien 500 mA durant 2 h, etc. Mais si on veut, on peut aussi calculer dans l’autre sens : produire 2 000 mA durant 30 minutes, 4 000 mA durant 15 minutes, etc.
Si on va plus loin, on peut alors trouver 1 000 000 mAh durant 1/1 000 d’heure (soit 3,6 secondes). C’est possible ? Non, pas vraiment. La réaction chimique qui produit le courant électrique à l’intérieur d’une batterie n’est pas infiniment rapide : elle est limitante quant à l’intensité qui peut en sortir. Pour une batterie Li-ion de base, on ne pourra que rarement dépasser 10 A.
C’est là qu’intervient le facteur « C ». Ce facteur indique quelle intensité maximale la batterie peut produire. Ce facteur est à multiplier par la valeur de la capacité en mAh de la batterie.
Ainsi, une batterie de 2 000 mAh de 10 C pourra produire 2 000 × 10 = 20 000 mA, soit 20 ampères. Notons qu’ici on bafoue totalement les unités, et qu’on passe de milliampères-heure à des ampères (sauf à considérer que le C est homogène à l’inverse d’une durée). Cette même batterie avec 40 C pourrait produire 2 Ah × 40 = 80 ampères, mais sont autonomie serai bien moindre). On arrive à faire cela en réduisant la résistance interne des batteries.
À capacité égale, une batterie avec un C plus gros produira plus de puissance (les moteurs de votre drone tourneront plus vite) mais donc moins longtemps.
Conclusion
Wh et Ah ne sont donc pas la même chose, mais on arrive tout de même à obtenir une correspondance entre les deux.
Quand utilise-t-on l’un ou l’autre ?
Cela dépend de l’usage. Le mAh est plus adapté à la compréhension et au marketing : « 2 500 » ou « 3 000 », ça parle déjà davantage dans une fiche produit que 0,012 ou 0,015 kWh. On aurait pu utiliser également les Wh, mais l’industrie est restée sur les milliampèresheure, comme elle est restée sur les tailles d’écran en pouces plutôt que des mètres.
Le kWh est lui resté sur les batteries plus grosses : certaines batteries externes comportent les inscriptions en Wh/kWh et en mAh/Ah, ainsi que les batteries énormes des voitures électriques, où personne ne parlerait jamais de mAh.
Le C quant à lui n’a pas grand chose à voir avec la capacité électrique d’une batterie, mais donne plutôt une indication sur sa puissance, et son intensité maximale qu’elle peut produire, à tension fixe.
