UTILISATION de l`ENERGIE

Fonction ALIMENTER
Le stockage de l’énergie électrique
Terminale SI
Fonction
JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
Introduction
 L’énergie électrique est largement utilisée
dans de nombreux domaines
 Elle se partage pour l’essentiel la
fourniture d’énergie avec les énergies
fossiles : charbon, pétrole et gaz.
JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
Introduction
 Les énergies fossiles se stockent facilement, avec
une énergie massique importante : 2.3 kW.h /kg
 Alors que l’électricité se stocke très difficilement :
– Indirectement sous forme d’énergie potentielle dans des
barrages (E=Mgh).
– Directement dans des batteries, mais avec un coût très
important : 500 à 1000€ / kWh de capacité de stockage
– Et surtout possède une énergie massique de 200 W.h/kg au
mieux (Li-ion), soit dix fois moins que le pétrole… On oublie
les batteries plomb à 25 W.h/kg.
 Cela explique le succès du pétrole dans les
applications mobiles embarquant de l’énergie
(automobile et aéronautique).
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Introduction
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Mais cela va changer…
Le CEA parle de 1.7 kW.h/kg pour la batterie Li-Air en
laboratoire et jusqu’à 5.4kW.h/kg en théorie !!!
Pour avoir un ordre d’idée, une telle batterie de 20kg
suffirait à un véhicule électrique pour parcourir 800km
!!!
Le kW.h électrique peut être produit par des énergies
renouvelables à 15 ct / kW.h, sur place… et stockées
dans le parc de batteries en charge (projet Better
Place)
Contre 43 ct / kW.h pour le pétrole (base 1€/litre) et
c’est parti pour augmenter…
Le moteur thermique a un rendement de 40% au
mieux (source IFP)
contre 90% pour le véhicule électrique.
Sans parler de la quasi absence de maintenance pour
ce dernier (1 millions de km).
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Définitions
 Le terme batterie désigne en fait une batterie
d’accumulateurs électriques.
 Pour stocker de l’énergie électrique, on utilise
un couple électrochimique, caractérisé entre
autres par la tension d’un élément.
 Exemples :
– plomb/acide : 2.25 V
– Ni – Mh : 1.2 V
– Li – Ion : 3.6 V
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Définitions
 Une batterie donnée, aura donc pour pour tension un
multiple de la tension d’un de ses élements.
 Par exemple, on utilise 6 élements de 2.25V en série
pour fabriquer une batterie de tension à vide E = 13.5V
 Pour caractériser la batterie, on doit aussi connaître la
charge électrique embarquée Q en A.h. (en physique,
l’unité SI est le Coulomb).
 l’énergie embarquée dans la batterie est donc
 W= Q . E. Exemple : Q = 100A.h et E=27V
 Néanmoins, on caractérise de plus en plus une batterie
directement par son énergie embarquée en W.h ou en
kW.h.
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Exercice
 On souhaite fabriquer une batterie Li-ion
d’au moins 10kW.h et de 300V à partir
d’éléments de 3.7V / 16.7 A.h
 Réponse :
– Chaque élément a une énergie de
We=20*3.7=74 W.h il faudra au moins
Nt=Wt/We=162 éléments au total.
– la tension requise est de 300V. Il faudra
mettre N=300/3.7=81 éléments en série.
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Caractéristiques des batteries
 Les caractéristiques principales d’une
batterie sont sa tension et sa quantité
d’énergie stockée.
 Les caractéristiques principales d’une
technologie de batterie sont : la tension du
couple électrochimique et la densité
d’énergie massique.
 Le tableau comparatif suivant indique
d’autres caractéristiques….
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Caractéristiques des batteries
 La densité volumique d’énergie massique, le volume
occupé par la batterie pour une quantité d’énergie
 La puissance massique : à tension donnée, c’est le
courant maximum que la batterie supportera. Les voitures
de sport électriques (Tesla: voiture des stars) demandent
de la puissance… en plus d’aller loin.
 Durée de vie exprimée en nombre de cycles de charge /
décharge (1000 au mieux)
 Autodécharge : quantité d’énergie perdue par la batterie
en cas de non utilisation.
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Comparatif des technologies
Pour mémoire : 2300 W.h / kg pour le pétrole
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