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Fonction ALIMENTER Le stockage de l’énergie électrique. Terminale SI. 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. Introduction.
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Fonction ALIMENTERLe stockage de l’énergie électrique Terminale SI 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). JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
Introduction • 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). JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
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 JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
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. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
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. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
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…. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
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. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade
Comparatif des technologies Pour mémoire : 2300 W.h / kg pour le pétrole JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade