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Création et innovation Technologique, dossier batteries :
Les batteries généralités :
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.
Exemple : une batterie de 10 Ah peut délivrer : Exemple : charger à C/10 une batterie de 12
- 10 A pendant 1 heure
Ah revient à charger avec un courant de 1,2 A
- 20 A pendant 1/2 heure
- 200 mA pendant 50 heures
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.
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L’effet
Mémoire
Annexes
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
Lithium ion Li-ion
Les batteries Nickel
Métal Hydrure NiMh
Les batteries lithium
Phosphate LiFePo4
Les batteries
Nickel Zinc NiZn
Les batteries Lithium
polymère Li-Po
Les batteries Lithium
Métal polymère LMP
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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
A stocker chargé en cas de non utilisation prolongée.
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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
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.
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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
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
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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
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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
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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 multisourcing .
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.
- extrêmement stable
chimiquement, pas de risque
d’explosion,
- meilleure pour l’environnement
(pas de métaux lourd), très facile à
éliminer.
Caractéristiques :
110 Wh/kg
Durée de vie : 2000 cycles
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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.
- 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,
Caractéristiques :
190 Wh/kg
Durée de vie : 2000 cycles
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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.
- 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
Caractéristiques :
110 Wh/kg
Durée de vie : 1800 cycles
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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.
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