Batterie d'accumulateurs Une batterie d'accumulateurs ou généralement une batterie, est un ensemble d' d'accumulateurs électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur générateur de de courant continu de lacapacité lacapacité et de la tension désirée. Ces accumulateurs même s'ils sont seuls sont parfois appelés éléments de la batterie oucellule. On appelle ainsi batteries les accumulateurs rechargeables destinées aux appareils électriques et électroniques domestiques domestiques..
Accumulateur simple, que l'on peut monter en série pour former une batterie.
Vocabulaire En français français,, le mot batterie désigne déjà un ensemble d'accumulateurs électrique1. L'expression anglaise "battery pack" se traduit donc en français par "ensemble d'accumulateurs" ou plus simplement par batterie. La traduction rapide pack de batterie ou encore pack batterie est donc à éviter puisqu'il s'agit à la fois d'un anglicisme et d'un pléonasme pléonasme..
Les différents types d'accumulateurs Les batteries nécessaires aux voitures électriques mais également aux voitures hybrides ont suivi une évolution technologique continue et les progrès sont importants, malheureusement actuellement, aucune solution n'est entièrement satisfaisante. Certaines de ces batteries sont d'un usage commun avec d'autres secteurs comme l'éolien ou le solaire. Les recherches et découvertes en cours sont très prometteuses, au point que certains fabricants de batteries promettent une autonomie des voitures électriques de 800 km pour la décennie2, grâce a la batterie lithium air 3.
Batterie d'accumulateurs expérimentale 50Ah / 30V pour véhicule spatial
Alors que les batteries au plomb ont une capacité de 30 Wh par kg, d'autres types se sont développés4 :
Nickel - cadmium (Ni - Cd), 50 Wh par kg
Nickel - zinc (Ni - Zn), 80 Wh par kg
Nickel Métal Hydrure (NiMH), 75 Wh par kg
Plomb 2e génération (2006), 75 Wh par kg 5
Sodium - chlorure de nickel, Système zébra, 85 Wh par kg
Lithium - ion 1re génération (1992), 90 Wh par kg
Sodium - soufre (Na - S), 107 Wh par kg
Lithium Métal Polymère (LMP) (2004), 110 Wh par kg
Lithium polymère (Li - Po), 120 Wh par kg
Lithium - ion 2e génération (2000), 150 Wh par kg
Zinc - argent (2007), 200 Wh par kg 6
Lithium - ion - manganèse; également dénommée lithium - manganèse (2007), 300 Wh par kg[6]
Lithium - soufre (Li - S) (2007), 300 Wh par kg
Lithium - vanadium, + de 300 Wh par kg, présentée par Subaru en 2007 :7
Lithium - air ou lithium - oxygène, en cours de développement (2010), + de 500 Wh par kg8
Et pour 2020 :
Supercondensateur à la poudre de céramique - aluminium (EEStor aux États-Unis)2,9 : ils devraient
être utilisés dans un premier temps pour les voitures électriques, puis plus tard pour le stockage d'énergie appliqué à l'éolien et au solaire.
Condensateurs - lithium - ion (FHI) : en essai au Japon.
Voir Modèle:L'article détaillé.
Le choix de la configuration
Les accumulateurs sont bien souvent câblés ensérie afin d'obtenir la tension de batterie souhaitée. Pour augmenter le courant disponible, il est également possible de recourir à un montage enparallèle des cellules. Le propre de la batterie d'accumulateur est donc d'augmenter la tension et/ou le courant disponible afin de correspondre aux caractéristiques d'une alimentation donnée. La combinaison des deux techniques peut être faites en :
en plaçant en parallèle plusieurs blocs de cellules en séries
en plaçant en série plusieurs blocs de cellules en parallèles
Notation série (S) et parallèle (T) Afin de simplifier les descriptions de montage des batteries d'accumulateurs, une notation usuelle est employée :
Une batterie de 6 cellules en série est notée 6S
Une batterie de 2 cellules en parallèles est notée 2T
Une batterie de 2 blocs en parallèle de 6 cellules en série est notée2T6S
etc.
Utilisation
Les accessoires des véhicules routiers sont alimentés en électricité par des batteries
d'accumulateurs, en général au plomb. La tension de cette batterie est couramment de 12voltssur les automobiles (42 volts pour la prochaine génération de véhicules), 6 volts sur certains anciens modèles encore en circulation, 24 volts pour les poids lourds.
Dans les alimentations sans interruption, elles stockent l'énergie permettant de suppléer de
quelques minutes à quelques heures à une coupure de courant
Elles permettent le démarrage du groupe diesel d'une alimentation de secours
Les batteries sont utilisées dans de nombreux appareilsélectroniques autonomes comme par
exemple les téléphones mobiles, les baladeurs numériques, etc.
Pour la traction des véhicules électriques, des batteries souvent de techniques autres que le plomb
et d'une tension supérieure sont utilisées, afin de limiter les courants en jeu.
Les batteries solaires sont des batteries orientées pour un fonctionnement avec
des panneaux photovoltaïques : durée de vie, propriétés électriques et anticorrosion, entretien10.
Indicateurs de charge La mise en charge des batteries est une opération primordiale pour que les batteries conservent leurs caractéristiques initiales. On peut évaluer dans certains cas le niveau de charge d'une batterie en mesurant sa tension à vide (sans charge). Par exemple pour une batterie au plomb de tension nominale 12 V :
Une batterie bien chargée a une tension supérieure à 12,6 V.
Une batterie sous 12,4 V peut être mise en charge.
Une batterie à 11,7 V est totalement déchargée ou en mauvais état.
Dans le cas de techniques plus récentes, comme le NiMh ou le Lithium, des méthodes plus élaborées sont nécessaires pour vérifier le niveau de charge, ce qui nécessite l'utilisation de chargeurs adaptés. Pour ces techniques, les chargeurs évaluent le taux de charge en surveillant l'évolution de la tension de charge et en
prenant en compte le courant de charge et le temps, (
ou
).
Précautions de mise en charge
La charge de batteries en parallèle est déconseillée, car chaque batterie est spécifique et va
évoluer différemment suivant son état de charge initial, son âge, ses caractéristiques intrinsèques. Il est donc important qu'une batterie en charge soit reliée uniquement à unesource de courant.
La charge en série doit être effectuée uniquement sur des batteries de mêmes caractéristiques et
dans un état de charge identique.
De manière générale, la charge des batteries de façon unitaire doit être privilégiée.
La durée de charge peut être approximativement calculée en fonction du courant de charge et de
la capacité de la batterie : pour une batterie neuve totalement déchargée : Capacité (en A.h) = Courant de charge (en A) x Temps de charge (en h).
Le rendement de charge (énergie stockée / énergie injectée pour la charge de la batterie) est
inférieur à 1, en particulier en raison de la résistance interne à la batterie ; ce rendement dépend de l'intensité de courant utilisée pour la charge, il décroît quand l'intensité croît.
Prospective, évolutions possibles Une innovation américaine du MIT (2007), la witricity, si elle était industrialisée, permettrait de recharger les batteries sans fils et donc de les recharger à distance (quelques mètres uniquement) sans avoir à établir une connexion physique à une prise électrique 11. Le rendement plutôt faible de cette technique en fait cependant un gadget de confort dont on pourrait se passer si l'on suit la logique deséconomies d'énergie.
Des véhicules dont les batteries se rechargeraient sans contacts (sur la route ou dans un parking) sont aussi projetées au Japon. Un premier projet avait envisagé que l'énergie soit transmise d'une source (magnétron) au récepteur situé sous la voiture par flux de micro-onde (dangereux)12. Une autre solution en cours de test est le rechargement par induction électromagnétique13 dont d'éventuels impacts environnementaux sont encore à étudier. Les batteries doivent pouvoir se recharger rapidement, ce qui pourrait se faire grâce à dessupercondensateurs12.
Régénération de batterie Les batteries plomb ouvert (chariots élévateur, nacelles etc...) ont une durée de vie limitée à environ 1.500 cycles. Lors du stockage et de la restitution de l'énergie au cours de cycles d'utilisation normaux, des cristaux de sulfate s'accumulent graduellement sur les électrodes, empêchant la batterie de fournir efficacement du courant. Les cristaux "étouffent" en fait la batterie. Même une charge de désulfatation n'empêche pas toujours que l'on doive remplacer la batterie après quelques années.
Une entreprise française a breveté un procédé de régénération : le procédé Phoenix . Les batteries subissent un traitement qui consiste à injecter dans celles-ci des fréquences séquentielles variables et modulables pendant un certain nombre d'heures (en fonction de l'état et de la puissance de la batterie). L'effet de ce traitement est de dissoudre de façon parfaite les cristaux et les impuretés qui se sont déposés sur les plaques intérieures de la batterie. Les batteries ainsi traitées, recouvrent des fonctions d'emmagasinage et de conductivité électrique identiques à celles d'une batterie neuve. Ce procédé est valable sur des batteries au plomb de type démarrage, stationnaire ou de traction. Selon des estimations récentes, environ 80 % des batteries au plomb hors d'usage peuvent être régénérées.
