gérer l’énergie

Gérer l’énergieGérer l’énergie

Stockage de l’énergie Stockage de l’énergie électriqueélectrique

Batteries et accumulateurs

Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

Batteries et accumulateursBatteries et accumulateurs

Bases sur les accumulateurs et Bases sur les accumulateurs et technologies anciennestechnologies anciennes

Besoins sans cesse croissants menant Besoins sans cesse croissants menant à une technologie nouvelleà une technologie nouvelle

Problèmes posés et évolutions futuresProblèmes posés et évolutions futures


Pourquoi stocker l’énergie ?Pourquoi stocker l’énergie ?

Devient le verrou du progrèsDevient le verrou du progrès Mieux utiliser les énergies renouvelablesMieux utiliser les énergies renouvelables Production d’électricité Production d’électricité in situin situ pour les systèmes pour les systèmes

autonomes (véhicules terrestres et spatiaux)autonomes (véhicules terrestres et spatiaux)


Bases à connaîtreBases à connaître

Notions piles / accumulateursNotions piles / accumulateurs Similarités et différencesSimilarités et différences

Notions accumulateurs / batteriesNotions accumulateurs / batteries Bases sur tout les types Bases sur tout les types

d’accumulateurs:d’accumulateurs: Densité d’énergie massique (Wh/kg)Densité d’énergie massique (Wh/kg) Densité de puissance massique (W/kg)Densité de puissance massique (W/kg) CyclabilitéCyclabilité


Avant 1980, deux Avant 1980, deux technologiestechnologies

Plomb – AcidePlomb – Acide Fiable, recyclableFiable, recyclable VéhiculesVéhicules < 40 Wh/kg< 40 Wh/kg

Nickel – Cadmium (Ni-Cd)Nickel – Cadmium (Ni-Cd) Chère, toxiqueChère, toxique « effet mémoire »« effet mémoire » < 55 Wh/kg< 55 Wh/kg


Plomb - AcidePlomb - Acide

Principes de Principes de fonctionnements et fonctionnements et caractéristiques:caractéristiques: Simple, deux Simple, deux

électrodes solides et électrodes solides et un électrolyte liquide un électrolyte liquide (ou gélifié) d’acide (ou gélifié) d’acide (en général (en général sulfurique)sulfurique)

2 volts par éléments2 volts par éléments Avantages / Avantages /

inconvénientsinconvénients


Nickel - CadmiumNickel - Cadmium

Principes de fonctionnements et caractéristiques:Principes de fonctionnements et caractéristiques: Electrodes a base de nickel et de cadmium, dans un Electrodes a base de nickel et de cadmium, dans un

électrolyte de potasse (Hydroxyde de potassium, KOH)électrolyte de potasse (Hydroxyde de potassium, KOH) 1,2 volts par éléments1,2 volts par éléments

Avantages / inconvénientsAvantages / inconvénients


DéchargeDécharge


ChargeCharge

Chargeur ‘rustique’:Chargeur ‘rustique’: Méthode passive de Méthode passive de

chargecharge Alimentation stabilisée Alimentation stabilisée

limitée en courantlimitée en courant

Chargeur ‘intelligent’:Chargeur ‘intelligent’: Méthode active de Méthode active de

chargecharge Utilisation de circuits Utilisation de circuits

intégrés étudiés pour la intégrés étudiés pour la détection de fin de détection de fin de charge (Ex: Ci MAX713)charge (Ex: Ci MAX713)


Effet mémoire, mythe ou Effet mémoire, mythe ou réalité ?réalité ?

Le véritable effet mémoire:Le véritable effet mémoire: Observé par la NASAObservé par la NASA Seuils de charges et décharges identiquesSeuils de charges et décharges identiques Refuse de se décharger en dessous du seuil Refuse de se décharger en dessous du seuil

‘mémorisé’‘mémorisé’ Le faux effet mémoire:Le faux effet mémoire:

Cut off mal adaptéCut off mal adapté Surcharge de l’accumulateur provocant une Surcharge de l’accumulateur provocant une

modification du seuil de tension a 1,08 voltsmodification du seuil de tension a 1,08 volts Solution à l’abaissement de seuil de tension: Solution à l’abaissement de seuil de tension:

décharge manuelle (court-circuit avec une décharge manuelle (court-circuit avec une résistance)résistance)

Le plus mal compris des problèmes liés a l’utilisation des accumulateurs Ni-Cd


Apparition de nouvelles Apparition de nouvelles technologiestechnologies

Nickel-Métal Hydrure, Nickel-Métal Hydrure, le frère écologique de le frère écologique de l’accumulateur Ni-Cdl’accumulateur Ni-Cd

L’accumulateur L’accumulateur «alcalin «alcalin rechargeable», le rechargeable», le frere de la pilefrere de la pile

Lithium-IonLithium-IonEmeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

Nickel Métal Hydrure (Ni-Nickel Métal Hydrure (Ni-MH)MH)

Principes de fonctionnements et Principes de fonctionnements et caractéristiques:caractéristiques: Sensiblement identique a l’accu Ni-CdSensiblement identique a l’accu Ni-Cd Electrode positive à base de nickel et négative Electrode positive à base de nickel et négative

à base d’alliage absorbant l’hydrogèneà base d’alliage absorbant l’hydrogène Electrolyte: solution de potasse concentréeElectrolyte: solution de potasse concentrée Densité d’énergie Massique: de 70 à 80 Wh/kgDensité d’énergie Massique: de 70 à 80 Wh/kg 30 % plus cher que le NiCd30 % plus cher que le NiCd


Pourquoi le passage a l’hydrure Pourquoi le passage a l’hydrure de métal ?de métal ?

Les plus du NiMH Les plus du NiMH par rapport au NiCdpar rapport au NiCd Ecologique, ne Ecologique, ne

contient pas de contient pas de cadmium très cadmium très polluantpolluant

40 % de capacité en 40 % de capacité en plusplus

Pas, ou peu d’effet Pas, ou peu d’effet mémoiremémoire

Les plus du NiCd par Les plus du NiCd par rapport au NiMHrapport au NiMH Supporte des pointes Supporte des pointes

de courant en décharge de courant en décharge très importantes (Inom très importantes (Inom x 10)x 10)

Moins sensible aux Moins sensible aux surchargessurcharges

Autodécharge plus Autodécharge plus faible que le NiMHfaible que le NiMH


L’accumulateur «alcalin L’accumulateur «alcalin rechargeable»rechargeable»

Caractéristiques:Caractéristiques: Pas d’effet mémoirePas d’effet mémoire Format standard de pileFormat standard de pile 1,5 volts par accus1,5 volts par accus Cyclabilité < 100Cyclabilité < 100 Faible autodéchargeFaible autodécharge Faible courant de déchargeFaible courant de décharge Charge par impulsionCharge par impulsion


Propriétés accus alcalinsPropriétés accus alcalins


Lithium – Ions (Li-Ion)Lithium – Ions (Li-Ion)

Un accu développé et amélioré depuis Un accu développé et amélioré depuis plusieurs années:plusieurs années: Années 70 création de l’accu lithium-métalAnnées 70 création de l’accu lithium-métal Années 80 évolution vers lithium-ionsAnnées 80 évolution vers lithium-ions

Densité d’énergie massique Densité d’énergie massique importante: 140 à 160 Wh/kg (200 importante: 140 à 160 Wh/kg (200 Wh/g en 2003)Wh/g en 2003)

Cyclabilité importante: 500 à 1000Cyclabilité importante: 500 à 1000 Evolution future de la forme des accusEvolution future de la forme des accus 3 à 4 volts par éléments3 à 4 volts par éléments


Principe de fonctionnementPrincipe de fonctionnement


Problèmes posésProblèmes posés

Mise en recul des entreprises Mise en recul des entreprises européennes (et aussi Américaines) européennes (et aussi Américaines) dans la production d’accus dernières dans la production d’accus dernières technologiestechnologies

Prise de conscience des problèmes Prise de conscience des problèmes écologiques: recyclage de l’accu Li-Ionécologiques: recyclage de l’accu Li-Ion

Sécurité lors de l’utilisation ou Sécurité lors de l’utilisation ou stockage des accus ou batteriesstockage des accus ou batteries


EvolutionEvolution

Augmenter la capacité des accumulateursAugmenter la capacité des accumulateurs Trouver de nouvelles technologiesTrouver de nouvelles technologies

Polymères (batteries multiformes)Polymères (batteries multiformes) Pile à combustiblePile à combustible

Amélioration des matériaux dans les buts:Amélioration des matériaux dans les buts: De moins polluerDe moins polluer D’augmenter les performancesD’augmenter les performances

Utilisation des technologies à faibles Utilisation des technologies à faibles consommations d’électricitésconsommations d’électricités


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