Gérer l’énergie

1. Gérer l’énergie Stockage de l’énergie électrique Batteries et accumulateurs Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

2. Batteries et accumulateurs • Bases sur les accumulateurs et technologies anciennes • Besoins sans cesse croissants menant à une technologie nouvelle • Problèmes posés et évolutions futures Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

3. Pourquoi stocker l’énergie ? • Devient le verrou du progrès • Mieux utiliser les énergies renouvelables • Production d’électricité in situ pour les systèmes autonomes (véhicules terrestres et spatiaux) Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

4. Bases à connaître • Notions piles / accumulateurs • Similarités et différences • Notions accumulateurs / batteries • Bases sur tout les types d’accumulateurs: • Densité d’énergie massique (Wh/kg) • Densité de puissance massique (W/kg) • Cyclabilité Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

5. Avant 1980, deux technologies • Plomb – Acide • Fiable, recyclable • Véhicules • < 40 Wh/kg • Nickel – Cadmium (Ni-Cd) • Chère, toxique • « effet mémoire » • < 55 Wh/kg Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

6. Plomb - Acide • Principes de fonctionnements et caractéristiques: • Simple, deux électrodes solides et un électrolyte liquide (ou gélifié) d’acide (en général sulfurique) • 2 volts par éléments • Avantages / inconvénients Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

7. Nickel - Cadmium • Principes de fonctionnements et caractéristiques: • Electrodes a base de nickel et de cadmium, dans un électrolyte de potasse (Hydroxyde de potassium, KOH) • 1,2 volts par éléments • Avantages / inconvénients Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

8. Décharge Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

9. Charge • Chargeur ‘rustique’: • Méthode passive de charge • Alimentation stabilisée limitée en courant • Chargeur ‘intelligent’: • Méthode active de charge • Utilisation de circuits intégrés étudiés pour la détection de fin de charge (Ex: Ci MAX713) Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

10. Effet mémoire, mythe ou réalité ? Le plus mal compris des problèmes liés a l’utilisation des accumulateurs Ni-Cd • Le véritable effet mémoire: • Observé par la NASA • Seuils de charges et décharges identiques • Refuse de se décharger en dessous du seuil ‘mémorisé’ • Le faux effet mémoire: • Cut off mal adapté • Surcharge de l’accumulateur provocant une modification du seuil de tension a 1,08 volts • Solution à l’abaissement de seuil de tension: décharge manuelle (court-circuit avec une résistance) Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

11. Apparition de nouvelles technologies • Nickel-Métal Hydrure, le frère écologique de l’accumulateur Ni-Cd • L’accumulateur «alcalin rechargeable», le frere de la pile • Lithium-Ion Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

12. Nickel Métal Hydrure (Ni-MH) • Principes de fonctionnements et caractéristiques: • Sensiblement identique a l’accu Ni-Cd • Electrode positive à base de nickel et négative à base d’alliage absorbant l’hydrogène • Electrolyte: solution de potasse concentrée • Densité d’énergie Massique: de 70 à 80 Wh/kg • 30 % plus cher que le NiCd Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

13. Les plus du NiMH par rapport au NiCd Ecologique, ne contient pas de cadmium très polluant 40 % de capacité en plus Pas, ou peu d’effet mémoire Les plus du NiCd par rapport au NiMH Supporte des pointes de courant en décharge très importantes (Inom x 10) Moins sensible aux surcharges Autodécharge plus faible que le NiMH Pourquoi le passage a l’hydrure de métal ? Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

14. L’accumulateur «alcalin rechargeable» • Caractéristiques: • Pas d’effet mémoire • Format standard de pile • 1,5 volts par accus • Cyclabilité < 100 • Faible autodécharge • Faible courant de décharge • Charge par impulsion Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

15. Propriétés accus alcalins Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

16. Lithium – Ions (Li-Ion) • Un accu développé et amélioré depuis plusieurs années: • Années 70 création de l’accu lithium-métal • Années 80 évolution vers lithium-ions • Densité d’énergie massique importante: 140 à 160 Wh/kg (200 Wh/g en 2003) • Cyclabilité importante: 500 à 1000 • Evolution future de la forme des accus • 3 à 4 volts par éléments Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

17. Principe de fonctionnement Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

18. Problèmes posés • Mise en recul des entreprises européennes (et aussi Américaines) dans la production d’accus dernières technologies • Prise de conscience des problèmes écologiques: recyclage de l’accu Li-Ion • Sécurité lors de l’utilisation ou stockage des accus ou batteries Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs

19. Evolution • Augmenter la capacité des accumulateurs • Trouver de nouvelles technologies • Polymères (batteries multiformes) • Pile à combustible • Amélioration des matériaux dans les buts: • De moins polluer • D’augmenter les performances • Utilisation des technologies à faibles consommations d’électricités Emeric porte, exposé technique 2002, Batteries et accumulateurs