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Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries généralités : Exemple : une batterie de 10 Ah peut délivrer : - 10 A pendant 1.

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1 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries généralités : Exemple : une batterie de 10 Ah peut délivrer : - 10 A pendant 1 heure - 20 A pendant 1/2 heure mA pendant 50 heures Exemple : charger à C/10 une batterie de 12 Ah revient à charger avec un courant de 1,2 A Une batterie est caractérisée par sa tension (U), exprimée en Volts (V) et sa capacité (C), exprimée en Ampère-heure (Ah). C désigne la capacité d'une batterie à délivrer un certain courant pendant un certain temps (des ampères x des heures : Ah) Le courant (I), exprimé en ampère ou milliampère (A ou mA), est la "quantité" d'électrons circulant dans les câbles. Il existe d'autres paramètres comme la résistance interne que nous ne développerons pas car trop pointu et utile uniquement pour le choix d'accus boostés et triés (compétition notamment). On parle également de courant de charge/décharge exprimé en fonction de C. Sur la batterie de votre vélo électrique, plus vous avez de tension (V), plus vous aurez l'impression de puissance (si vous avez un bon ensemble variateur / capteur de pédalage). Plus vous avez d'ampère-heure (Ah), plus vous aurez d'autonomie. On peut comparer les Ah d'une batterie à la taille d'un réservoir d'une voiture.

2 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les différents types de batteries : Les batteries de démarrage Elles servent notamment dans les voitures thermiques et doivent fournir beaucoup d'énergie durant une courte durée (démarrage). Les batteries de traction Elles doivent supporter des décharges importantes et constantes et sont utilisées sur les véhicules électriques. Les batteries Au plomb Les batteries Nickel Cadmium NiCd Les batteries Nickel Métal Hydrure NiMh Les batteries Nickel Zinc NiZn Les batteries Lithium ion Li-ion Les batteries lithium Phosphate LiFePo4 Les batteries Lithium polymère Li-Po Les batteries Lithium Métal polymère LMP L’effet Mémoire Annexes

3 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries au plomb : Plomb-acide, Cette technologie est la plus répandue et équipe actuellement de nombreux scooters Il existe plusieurs variantes de batteries plomb : Electrolyte liquide : Utilisées surtout sur les automobiles (batteries de démarrage) Plomb-gel de silicone, Electrolyte gélifiée : elles sont très utilisées dans le véhicule électrique. Elles offrent plus de résistance que les batteries traditionnelles, mais délivrent moins de courant instantané. Les batteries Plomb-Silicone sont étanches et peuvent être placées dans n’importe quelle position - les moins chères. - les plus lourdes. - durée de vie plus faible, et surtout très dépendante du soin apporté aux charges et décharges Caractéristiques : 40 Wh/kg Durée de vie : 500 cycles Caractéristiques : 40 Wh/kg Durée de vie : 500 cycles A stocker chargé en cas de non utilisation prolongée.

4 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries Nickel Cadmium NiCd : Elles ont équipé les voitures de Peugeot (106, Partner), Renault (Kangoo), Citroên (Saxo, Berlingo) ainsi que le Scoot'elec de Peugeot. Néanmoins, ces batteries ne sont plus utilisées en raison de la nocivité du Cadmium sur l'environnement. - durée de vie importantes (1000 cycles). - pollution, - effet mémoire. Caractéristiques : 60 Wh/kg Durée de vie : 1000 cycles Caractéristiques : 60 Wh/kg Durée de vie : 1000 cycles Les batteries Ni-Cd sont les premières générations d'accumulateurs rechargeables utilisées sur les téléphones portables. C'est pour cette raison que l'on vous rabachait : "Il faut bien décharger votre batterie avant de la recharger !" C'est ce que font encore beaucoup de personnes avec leur portable alors qu'on peut maintenant recharger son mobile quand on veut ! Eh oui, on est passé sans s'en rendre compte au Nimh puis au Lithium qui ne souffrent pas, eux, de l'effet mémoire.

5 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries Nickel Métal Hydrure NiMh : : Commercialisées depuis 1990 et avec une durée de vie d'environ 1500 cycles, les batteries Ni-Mh sont très utilisées sur les vélos à assistance électrique haut de gamme. Elles équipent aussi un grand nombre de véhicules hybrides, telle la Toyota Prius. - pas d’effet mémoire. - Auto - décharge importante. Caractéristiques : 90 Wh/kg Durée de vie : 1500 cycles Caractéristiques : 90 Wh/kg Durée de vie : 1500 cycles A stocker chargé en cas de non utilisation prolongée. Le Nimh est une technologie éprouvée mais qui est aujourd'hui dépassée au profit des batteries Lithium

6 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries Nickel Métal Zinc NiZn : : Avec des caractéristiques "non polluantes", la batterie Nickel-Zinc pourrait concurrencer les classiques batteries au Plomb et même les batteries Nickel Cadmium. Son prix est deux fois plus élevé que les batteries au Plomb mais offre une densité énergétique plus importante Actuellement, certains scooters testent ces batteries - Non polluantes. - Prix élevé. Caractéristiques : 80 Wh/kg Durée de vie : inconnue Caractéristiques : 80 Wh/kg Durée de vie : inconnue

7 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries Lithium – ion Li Ion: Commercialisée pour la première fois par Sony Energitech en 1991, la batterie lithium-ion est de plus en plus utilisée sur les véhicules électriques : du vélo au bus. Néanmoins, ces batteries sont à manipuler avec précaution en raison du risque d'explosion si elles sont rechargées dans de mauvaises conditions. Le constructeur doit donc prévoir un système de sécurité poussé, baptisé Battery Management System (BMS). - Haute densité énergétique et poids réduit - Pas d'effet mémoire - Faible taux d'autodécharge (moins de 10 % par an) - Pas de maintenance - Profondeur de décharge : ces batteries vieillissent moins vite lorsqu'elles sont rechargées tous les 10 % que lorsqu'elles le sont tous les 80 % - Risque d'explosion si toutes les conditions de sécurité ne sont pas remplies Caractéristiques : 150 Wh/kg Durée de vie : 1000 cycles Caractéristiques : 150 Wh/kg Durée de vie : 1000 cycles

8 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries Lithium Phosphate Li Fe Po4 : Apparue en 2007, les batteries lithium-phosphate se veulent plus sûres, moins toxiques et d'un coût moins élevé. En effet, le prix des batteries lithium-ion provient en grande partie des matériaux utilisés à la cathode, qui contient du cobalt et/ou du nickel, métaux très chers et rendant plus délicat le multi- sourcing. Dans une batterie Lithium à technique phosphate, les cathodes standard sont remplacées par le phosphate de fer L i F e P O 4, matériau peu cher, car ne contenant pas de métaux rares, et de plus non toxique contrairement au cobalt. En outre, cette cathode est très stable et ne relâche pas d' oxygène (responsable des explosions et feux de batteries Li-ion) la rendant plus sûre. Caractéristiques : 110 Wh/kg Durée de vie : 2000 cycles Caractéristiques : 110 Wh/kg Durée de vie : 2000 cycles - extrêmement stable chimiquement, pas de risque d’explosion, - meilleure pour l’environnement (pas de métaux lourd), très facile à éliminer.

9 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries Lithium Polymère Li Po : Apparue au début des années 2000, les batteries lithium-polymère se veulent plus stables que les batteries li-ion même si leur charge est soumise à des règles strictes en terme de sécurité. On la retrouve aujourd'hui sur certains modèles de vélos à assistance électrique mais aussi sur des voitures. Caractéristiques : 190 Wh/kg Durée de vie : 2000 cycles Caractéristiques : 190 Wh/kg Durée de vie : 2000 cycles - Batterie pouvant prendre des formes fines et variées - Batterie pouvant être déposée sur un support flexible. - Faible poids (le Li-Po permet parfois d'éliminer la lourde enveloppe de métal ). - Plus sûre que les Li-ion (plus résistante à la surcharge et aux fuites d' électrolytes ). - Plus cher que le Li-ion, - Charge soumise à des règles strictes sous peine de risque d'inflammation,

10 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Les batteries Lithium Métal Polymère LMP : Depuis 2007, la technologie Lithium-Métal-Polymère est entièrement détenue par le groupe français Bolloré qui compte l'exploiter sur sa future voiture électrique la Bluecar, mais également sur le Microbus électrique en partenariat avec Gruau. La densité énergétique est plus faible que le lithium-ion, mais les batteries LMP, entièrement solides, ne présentent pas de risque d'explosion. Caractéristiques : 110 Wh/kg Durée de vie : 1800 cycles Caractéristiques : 110 Wh/kg Durée de vie : 1800 cycles - Entièrement solide (pas de risque d'explosion). - Faible auto - décharge. - Pas de polluant majeur dans la composition de l'accumulateur (sauf si utilisation d'oxyde de vanadium ). - Pas d'effet mémoire - Fonctionnement optimal à température élevée (85 °C) - Pas de réel retour d'expérience

11 Création et innovation Technologique, dossier batteries : L’effet mémoire de charge : Effet mémoire L'effet-mémoire est un phénomène qui affecte la capacité de certains accumulateurs Il concerne principalement les technologies Ni-Cd (nickel-cadmium). Manifestation de l'effet mémoire L'effet mémoire entraîne une diminution de la quantité d'énergie que l'accumulateur peut échanger avec l'extérieur avec pour conséquence une diminution de la capacité nominale de l'accumulateur. L'accumulateur ne peut plus se décharger comme à l'origine. Il donne l'impression de pouvoir stocker moins d'énergie, mais en réalité, c'est davantage la restitution qui pose problème : l'énergie n'est simplement plus accessible de la même façon en raison de l'effet mémoire. On peut faire l'analogie avec le réservoir d'un véhicule dont une partie serait bouchée mais enfermerait encore du carburant. Avec un tel réservoir et la même quantité de carburant, on ne pourra plus parcourir la même distance qu'avec un réservoir en bon état. Description de l'effet mémoire Le problème apparaît lors de l'utilisation d'accumulateurs dans des appareils munis d'une détection de la tension d'alimentation. Cette détection est destinée à provoquer l'arrêt de l'appareil lorsque les accumulateurs sont vides (c'est-à-dire lorsque la tension à leurs bornes atteint un seuil minimum). Cette sécurité est nécessaire au bon fonctionnement de l'appareil lui-même et évite la destruction irréversible de l'accumulateur par décharge profonde. Récupérer une batterie qui a un effet mémoire En branchant une batterie affectée du problème sur un système de décharge approprié (déchargeur), destiné à la vider jusqu'au seuil minimum de 1V/élément, la partie de la capacité qui a une « mauvaise » tension nominale, sera restaurée. Il pourra alors être procédé à la recharge de la batterie qui retrouvera une grande partie de sa performance.

12 Création et innovation Technologique, dossier batteries : Annexes:


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