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Gérer lénergie Stockage de lénergie électrique Batteries et accumulateurs Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs.

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1 Gérer lénergie Stockage de lénergie électrique Batteries et accumulateurs Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

2 Batteries et accumulateurs Bases sur les accumulateurs et technologies anciennes Bases sur les accumulateurs et technologies anciennes Besoins sans cesse croissants menant à une technologie nouvelle Besoins sans cesse croissants menant à une technologie nouvelle Problèmes posés et évolutions futures Problèmes posés et évolutions futures Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

3 Pourquoi stocker lénergie ? Devient le verrou du progrès Devient le verrou du progrès Mieux utiliser les énergies renouvelables Mieux utiliser les énergies renouvelables Production délectricité in situ pour les systèmes autonomes (véhicules terrestres et spatiaux) Production délectricité in situ pour les systèmes autonomes (véhicules terrestres et spatiaux) Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

4 Bases à connaître Notions piles / accumulateurs Notions piles / accumulateurs Similarités et différences Similarités et différences Notions accumulateurs / batteries Notions accumulateurs / batteries Bases sur tout les types daccumulateurs: Bases sur tout les types daccumulateurs: Densité dénergie massique (Wh/kg) Densité dénergie massique (Wh/kg) Densité de puissance massique (W/kg) Densité de puissance massique (W/kg) Cyclabilité Cyclabilité Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

5 Avant 1980, deux technologies Plomb – Acide Plomb – Acide Fiable, recyclable Fiable, recyclable Véhicules Véhicules < 40 Wh/kg < 40 Wh/kg Nickel – Cadmium (Ni-Cd) Nickel – Cadmium (Ni-Cd) Chère, toxique Chère, toxique « effet mémoire » « effet mémoire » < 55 Wh/kg < 55 Wh/kg Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

6 Plomb - Acide Principes de fonctionnements et caractéristiques: Principes de fonctionnements et caractéristiques: Simple, deux électrodes solides et un électrolyte liquide (ou gélifié) dacide (en général sulfurique) Simple, deux électrodes solides et un électrolyte liquide (ou gélifié) dacide (en général sulfurique) 2 volts par éléments 2 volts par éléments Avantages / inconvénients Avantages / inconvénients Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

7 Nickel - Cadmium Principes de fonctionnements et caractéristiques: Principes de fonctionnements et caractéristiques: Electrodes a base de nickel et de cadmium, dans un électrolyte de potasse (Hydroxyde de potassium, KOH) 1,2 volts par éléments Avantages / inconvénients Avantages / inconvénients Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

8 Décharge

9 Charge Chargeur rustique: Chargeur rustique: Méthode passive de charge Méthode passive de charge Alimentation stabilisée limitée en courant Alimentation stabilisée limitée en courant Chargeur intelligent: Chargeur intelligent: Méthode active de charge Méthode active de charge Utilisation de circuits intégrés étudiés pour la détection de fin de charge (Ex: Ci MAX713) Utilisation de circuits intégrés étudiés pour la détection de fin de charge (Ex: Ci MAX713) Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

10 Effet mémoire, mythe ou réalité ? Le véritable effet mémoire: Le véritable effet mémoire: Observé par la NASA Observé par la NASA Seuils de charges et décharges identiques Seuils de charges et décharges identiques Refuse de se décharger en dessous du seuil mémorisé Refuse de se décharger en dessous du seuil mémorisé Le faux effet mémoire: Le faux effet mémoire: Cut off mal adapté Cut off mal adapté Surcharge de laccumulateur provocant une modification du seuil de tension a 1,08 volts Surcharge de laccumulateur provocant une modification du seuil de tension a 1,08 volts Solution à labaissement de seuil de tension: décharge manuelle (court-circuit avec une résistance) Solution à labaissement de seuil de tension: décharge manuelle (court-circuit avec une résistance) Le plus mal compris des problèmes liés a lutilisation des accumulateurs Ni-Cd Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

11 Apparition de nouvelles technologies Nickel-Métal Hydrure, le frère écologique de laccumulateur Ni-Cd Nickel-Métal Hydrure, le frère écologique de laccumulateur Ni-Cd Laccumulateur «alcalin rechargeable», le frere de la pile Laccumulateur «alcalin rechargeable», le frere de la pile Lithium-Ion Lithium-Ion Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

12 Nickel Métal Hydrure (Ni-MH) Principes de fonctionnements et caractéristiques: Principes de fonctionnements et caractéristiques: Sensiblement identique a laccu Ni-Cd Sensiblement identique a laccu Ni-Cd Electrode positive à base de nickel et négative à base dalliage absorbant lhydrogène Electrode positive à base de nickel et négative à base dalliage absorbant lhydrogène Electrolyte: solution de potasse concentrée Electrolyte: solution de potasse concentrée Densité dénergie Massique: de 70 à 80 Wh/kg Densité dénergie Massique: de 70 à 80 Wh/kg 30 % plus cher que le NiCd 30 % plus cher que le NiCd Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

13 Pourquoi le passage a lhydrure de métal ? Les plus du NiMH par rapport au NiCd Les plus du NiMH par rapport au NiCd Ecologique, ne contient pas de cadmium très polluant Ecologique, ne contient pas de cadmium très polluant 40 % de capacité en plus 40 % de capacité en plus Pas, ou peu deffet mémoire Pas, ou peu deffet mémoire Les plus du NiCd par rapport au NiMH Les plus du NiCd par rapport au NiMH Supporte des pointes de courant en décharge très importantes (Inom x 10) Moins sensible aux surcharges Autodécharge plus faible que le NiMH Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

14 Laccumulateur «alcalin rechargeable» Caractéristiques: Caractéristiques: Pas deffet mémoire Pas deffet mémoire Format standard de pile Format standard de pile 1,5 volts par accus 1,5 volts par accus Cyclabilité < 100 Cyclabilité < 100 Faible autodécharge Faible autodécharge Faible courant de décharge Faible courant de décharge Charge par impulsion Charge par impulsion Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

15 Propriétés accus alcalins Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

16 Lithium – Ions (Li-Ion) Un accu développé et amélioré depuis plusieurs années: Un accu développé et amélioré depuis plusieurs années: Années 70 création de laccu lithium-métal Années 70 création de laccu lithium-métal Années 80 évolution vers lithium-ions Années 80 évolution vers lithium-ions Densité dénergie massique importante: 140 à 160 Wh/kg (200 Wh/g en 2003) Densité dénergie massique importante: 140 à 160 Wh/kg (200 Wh/g en 2003) Cyclabilité importante: 500 à 1000 Cyclabilité importante: 500 à 1000 Evolution future de la forme des accus Evolution future de la forme des accus 3 à 4 volts par éléments 3 à 4 volts par éléments Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

17 Principe de fonctionnement Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

18 Problèmes posés Mise en recul des entreprises européennes (et aussi Américaines) dans la production daccus dernières technologies Mise en recul des entreprises européennes (et aussi Américaines) dans la production daccus dernières technologies Prise de conscience des problèmes écologiques: recyclage de laccu Li-Ion Prise de conscience des problèmes écologiques: recyclage de laccu Li-Ion Sécurité lors de lutilisation ou stockage des accus ou batteries Sécurité lors de lutilisation ou stockage des accus ou batteries Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

19 Evolution Augmenter la capacité des accumulateurs Augmenter la capacité des accumulateurs Trouver de nouvelles technologies Trouver de nouvelles technologies Polymères (batteries multiformes) Polymères (batteries multiformes) Pile à combustible Pile à combustible Amélioration des matériaux dans les buts: Amélioration des matériaux dans les buts: De moins polluer De moins polluer Daugmenter les performances Daugmenter les performances Utilisation des technologies à faibles consommations délectricités Utilisation des technologies à faibles consommations délectricités Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs


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