11. Batterie au nickel[1] - BFH

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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: 1,29 [V]
densité d'énergie théorique: 236 [Wh/kg]
densité d'énergie en pratique: 33 - 50 [Wh/kg]
électrode positive (rechargée): NiOOH
électrode négative (rechargée): Cd
électrolyte: lessive de potasse KOHaq
réaction chimique: Cd + 2 NiOOH + 2 H2O ⇔ 2 Ni(OH)2 +
Cd(OH)
2
figure 1: Diagramme Ut pendant la décharge
U
E tension au début de la décharge
U
A tension après une décharge de 10% de la capacité
U
M tension moyenne après une décharge de 60% de la capacité
U
S tension finale au fin de la décharge admissible
Karl Meier-Engel Batterie; Batterie au nickel
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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 43 Ah
K1 39 Ah
tension nominale: 1,2 V
mesure: - longueur 115 mm
- largeur 28 mm
- hauteur 165 mm
masse: 1,15 kg
nombre de cellules: 10
figure 2: Schéma bloc de l'installation d'essai
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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 plomb Ni/Cd
tension nominale
tension de recharge de compensation
tension de recharge
tension de bouillonnement
tension à la fin de la recharge
facteur de recharge
rendement de recharge
V/cellule
V/cellule
V/cellule
V/cellule
V/cellule
2,0
2,23
2,23 - 2,3
2,4
2,65 - 2,7
1,1 - 1,2
0,65 - 0,75
1,2
1,36 -1,4
1,55 - 1,65
ca. 1,5
1,65 - 1,7
1,2 - 1,4
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
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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: 1,3 [V]
densité d'énergie théorique: 220 - 230 [Wh/kg]
densité d'énergie en pratique: 50 [Wh/kg]
électrode positive (rechargée): NiOOH
électrode négative (rechargée): alliage MH AB5 ou AB2
A: souvent un produit des "métaux rare"
B: souvent nickel avec cobalt, manganèse et
d'aluminium
électrolyte: lessive de potasse KOHaq
réaction chimique: MH + NiOOH _ M + Ni(OH)2
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] Kalthammer F.R.: Batteries For California's Zero Emission Electric Vehicle
Program, Electric Power Research Institute, USA
[3] Kessi Andreas et Meier-Engel Karl: Zyklentest einer Ni/Cd-Batterie, EI Bienne, Département de
technique automobile, Janvier 1996
[6] 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
[7] 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
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