11. Batterie au nickel[1] - BFH
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BFH-TI technique automobile 11. Batterie au nickel [1] On connaît: - batterie nickel/cadmium - batterie nickel/métalhydrure 11.1. Batterie nickel/cadmium Autour de 1900 le suédois Waldemar Jungner (1869 – 1924) a développé la batterie nickel/cadmium [7]. Cette batterie rechargeable est utilisée pour des petits appareils. Elle est capable de supporter un grand nombre de cycles de recharge. Depuis quelques années les batteries Ni/Cd sont utilisées comme accumulateur d'énergie pour les voitures à entraînement électrique. Pour cet effet la maison SAFT [6] à construit une chaîne de production avec laquelle elle produit les batteries pour les voitures électriques en France. Il s'agit des batteries ouvertes. Donc il faut équiper les batteries d'entraînement avec un système automatique pour complétez l'eau. Le boîtier de cette batterie dispose d'un double paroi. Cet élément sert à la stabilisation de la température. Caractéristiques: tension de repos: densité d'énergie théorique: densité d'énergie en pratique: électrode positive (rechargée): électrode négative (rechargée): électrolyte: réaction chimique: 1,29 236 [V] [Wh/kg] 33 - 50 [Wh/kg] NiOOH Cd lessive de potasse KOHaq Cd + 2 NiOOH + 2 H2O ⇔ 2 Ni(OH)2 + Cd(OH)2 figure 1: Diagramme Ut pendant la décharge UE UA UM US tension au début de la décharge tension après une décharge de 10% de la capacité tension moyenne après une décharge de 60% de la capacité tension finale au fin de la décharge admissible Karl Meier-Engel Batterie; Batterie au nickel 11-1 BFH-TI technique automobile Problèmes: Le cadmium est un élément toxique. Surtout la fumée en cadmium CdO est très dangereuse. valeur MAK pour: fumée CdO: 0,1 mg/m3 poussière CdO: 0,2 mg/m3 Ces valeurs MAK (concentration maximale au lieu de travail) sont toujours problématiques en vue des maladies chroniques. Le cadmium appartient au groupe de matière rare sur notre terre. Il faut se poser la question si il y a suffisamment de cadmium pour la production des véhicules à entraînement électrique en grande série. La batterie Ni/Cd SAFT [6] La batterie Ni/Cd SAFT est produit à Bordeaux. Elle est surtout utilisée pour les voitures électriques français. Il s'agit d'une batterie ouverte. Cela veut dire il faut rajouter de l'eau dans un rythme périodique. Les voitures électriques sont normalement équipées avec un système de remplissage automatique. Le boîtier de la batterie dispose souvent des doubles parois. Cela est nécessaire pour la réalisation d'un système de stabilisation de la température. Les électrodes se compose d'une plaque métallique qui porte la couche de la masse active. Le montage de la couche de nickel se fait par un processus de frittage. Le cadmium est rempli dans la structure poreux du nickel à l'aide d'un processus spécial. TEST DE CYCLE D'UNE BATTERIE Ni/Cd [3] Montage d'essai Batterie d'essai: K5 K1 tension nominale: mesure: - longueur - largeur - hauteur masse: nombre de cellules: 43 Ah 39 Ah 1,2 V 115 mm 28 mm 165 mm 1,15 kg 10 figure 2: Schéma bloc de l'installation d'essai Karl Meier-Engel Batterie; Batterie au nickel 11-2 BFH-TI technique automobile Programme d'essai: - Recharge de la batterie avec un courant constant à impulsion. La température de la batterie est utilisé pour déterminer le fin de la recharge. - Pause de 15 min. - Décharge avec un courant de I = 36 A jusqu'à une tension de cellule de 0,9 V. - Pause de 2 h, pour le refroidissement de la batterie. figure 3: Comportement de la tension et de la température Résultats Pendant cet essai on a réalisé 2'300 cycles. La capacité s’est réduit de 39 Ah à 23 Ah. Comparaison des conditions de recharge des batteries en plomb et Ni/Cd conditions de recharge tension nominale tension de recharge de compensation tension de recharge tension de bouillonnement tension à la fin de la recharge facteur de recharge V/cellule V/cellule V/cellule V/cellule V/cellule rendement de recharge plomb Ni/Cd 2,0 2,23 2,23 - 2,3 2,4 2,65 - 2,7 1,1 - 1,2 1,2 1,36 -1,4 1,55 - 1,65 ca. 1,5 1,65 - 1,7 1,2 - 1,4 0,65 - 0,75 0,55 - 0,7 Entretien SAFT il faut compléter l'eau tous les 7'000 - 10'000 km Karl Meier-Engel Batterie; Batterie au nickel 11-3 BFH-TI technique automobile 11.2. Batterie nickel/métalhydrure Ni/MH [1] Les batteries nickel/métalhydrure sont déjà bien connue dans la technique des petits appareils. Parce que ces batteries n'utilise pas de cadmium, la pollution de l'environnement est beaucoup moins important. Caractéristiques: tension de source: densité d'énergie théorique: densité d'énergie en pratique: électrode positive (rechargée): électrode négative (rechargée): 1,3 [V] 220 - 230 [Wh/kg] 50 [Wh/kg] NiOOH alliage MH AB5 ou AB2 A: souvent un produit des "métaux rare" B: souvent nickel avec cobalt, manganèse et d'aluminium lessive de potasse KOHaq MH + NiOOH _ M + Ni(OH)2 électrolyte: réaction chimique: Par les prescriptions pour les gaz d’échappement de la Californie les fabricants d'automobile seront obligés de développer des voitures électriques. En même temps ils sont obligés de participer à la recherche et au développement des batteries d'entraînement du programme de U.S. Advanced Battery Consortium USABC. Les batteries sans entretien Ni/MH pour les voitures électriques sont sous développement aux usines suivantes: - types AB5: - SAFT - Varta - Matsushita - Yuasa - Japan Storage Battery JSB - type AB2: - Ovonic OBC/GMO Bibliographie [1] [3] [6] [7] Kalthammer F.R.: Batteries For California's Zero Emission Electric Vehicle Program, Electric Power Research Institute, USA Kessi Andreas et Meier-Engel Karl: Zyklentest einer Ni/Cd-Batterie, EI Bienne, Département de technique automobile, Janvier 1996 SAFT: Technisches Handbuch, Installation, Betrieb und Wartung für luftgekühlte Nickel-Cadmium Batterien STM 5.100, STM 5.140 und STM 5.180 Internet : www.saft.alcatel.com Trueb Lucien F.; Rüetschi Paul: Batterien und Akkumulatoren, Mobile Energiequellen für heute und morgen; Springer Verlag 1998; ISBN 3-540-62997-1 Karl Meier-Engel Batterie; Batterie au nickel 11-4
