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Page d'aide sur les redirections « batteries » redirige ici. Pour les autres significations, voir Batterie.

Une batterie d'accumulateurs, ou plus communément une batterie[1], est un ensemble d'accumulateurs électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirée. Ces accumulateurs sont parfois appelés éléments de la batterie ou cellules[2].

On appelle aussi batteries les accumulateurs rechargeables destinés aux appareils électriques et électroniques domestiques.

Sommaire

VocabulaireModifier

En France, dans le langage commun, le mot « batterie » désigne souvent un ensemble d'accumulateurs électriques[3] bien que ce ne soit que l'un des multiples sens de ce mot[1].

L'expression anglaise battery pack se traduit en français littéralement par « ensemble d'accumulateurs » ou « batterie d'accumulateurs ». La traduction littérale « pack de batterie » ou encore « pack batterie » est un anglicisme et un pléonasme.

Types d'accumulateursModifier

Article détaillé : Accumulateur électrique.
 
Densité d'énergie de quelques accumulateurs

Les batteries d'accumulateurs nécessaires aux voitures électriques mais également aux voitures hybrides ont suivi une évolution technologique continue et les progrès sont importants ; mais actuellement, aucune solution n'est entièrement satisfaisante et chaque type d'accumulateur d'électricité est souvent dédié à un type d'usage. Certaines de ces batteries ont un usage commun avec d'autres secteurs comme l'éolien ou le solaire pour stocker l’énergie produite de façon intermittente et la distribuer en période de forte demande.

Les recherches et découvertes en cours sont très prometteuses, au point que certains fabricants de batteries promettaient une autonomie des voitures électriques de 800 km pour la décennie[4], grâce à la batterie lithium air[5]. Néanmoins en 2016 peu de voitures électriques peuvent dépasser 400 km sans recharge en usage standard.

 
Batterie d'accumulateurs expérimentale 50 Ah / 30 V pour véhicule spatial

ConfigurationModifier

Choix de configurationModifier

Les accumulateurs sont souvent câblés en série afin d'obtenir la tension de batterie souhaitée.

Pour augmenter le courant disponible, il est également possible de recourir à un montage en parallèle des cellules.

Le propre de la batterie d'accumulateur est donc d'augmenter la tension et/ou le courant disponible afin de correspondre aux caractéristiques d'une alimentation donnée.

La combinaison des deux techniques peut être faite en accouplant plusieurs éléments :

  • en parallèle plusieurs blocs de cellules en séries (technique déconseillée pour un assemblage dans un même pack)
  • en série plusieurs blocs de cellules en parallèles (préférable)

Notation série (S) et parallèle (P)Modifier

Afin de simplifier les descriptions de montage des batteries d'accumulateurs, une notation usuelle est employée pour designer le couplage de :

  • 6 cellules en série : notée 6S
  • 2 cellules en parallèles : notée 2P
  • 2 blocs en parallèle de 6 cellules en série : notée 2P6S
  • etc.

UtilisationsModifier

Les batteries d'accumulateurs sont utilisées dans de nombreux domaines :

  • Les accessoires des véhicules routiers sont alimentés en électricité par des batteries d'accumulateurs (souvent de type plomb-acide) lorsque le moteur du véhicule n'est pas en marche. Le but premier de la batterie est de fournir l'énergie nécessaire au démarreur lors de la mise en route du moteur, l'alternateur étant la principale source d'énergie électrique du véhicule une fois le moteur en marche. La tension de cette batterie est couramment de 12 volts sur les automobiles[a], 24 volts sur les camions et, peut-être, de 42 volts pour la prochaine génération de véhicules)[b] ;

Charge des batteriesModifier

Article détaillé : Chargeur (électricité).

Indicateurs de chargeModifier

La mise en charge des batteries est une opération primordiale pour que les batteries conservent leurs caractéristiques initiales[9]. On peut évaluer dans certains cas le niveau de charge d'une batterie en mesurant sa tension à vide (sans charge).

Dans le cas de techniques plus récentes, comme le NiMh ou le Lithium, des méthodes plus élaborées sont nécessaires pour vérifier le niveau de charge, ce qui nécessite l'utilisation de chargeurs adaptés. Pour ces techniques, les chargeurs évaluent le taux de charge en surveillant l'évolution de la tension de charge et en prenant en compte le courant de charge et le temps, (  ou  ).

Pour une batterie au plomb de tension nominale 12 V :

  • Une batterie bien chargée a une tension supérieure à 12,6 V ;
  • Une batterie sous 12,4 V peut être mise en charge ;
  • Une batterie à 11,7 V est totalement déchargée ou en mauvais état.

Pour une batterie lithium-polymère, chaque cellule a une tension nominale de 3,7 V :

  • Une cellule bien chargée a une tension supérieure à 4,1 V ;
  • Une cellule à 3 V doit être rechargée ;
  • Une cellule sous 2,7 V est totalement déchargée ou en mauvais état et n'est souvent plus rechargeable.

Quand une batterie lithium-polymère est composée de plusieurs cellules (cas fréquent), et il est recommandé de ne pas avoir un écart de tension entre les cellules qui dépasse 0,5 V.

Temps de charge, rendement et capacitéModifier

  • La durée de charge peut être approximativement calculée en fonction du courant de charge et de la capacité de la batterie : pour une batterie neuve totalement déchargée : Capacité (en A.h) = Courant de charge (en A) x Temps de charge (en h).
  • Le rendement de charge (énergie stockée / énergie injectée pour la charge de la batterie) est inférieur à 1, en particulier en raison de la résistance interne à la batterie ; ce rendement dépend de l'intensité de courant utilisée pour la charge, il décroît quand l'intensité croît.
  • La capacité doit être divisée par les facteurs de dépréciations en température (DT) et en charge/décharge (Dch).

Par exemple DT=0,01053.T+0,73671 pour des batteries plombs. (DT > 1 si T > 25 °C ; DT < 1 si T < 25 °C). De même, Dch =20/30 par exemple si le courant nominal est de 20 A alors que le courant de décharge réel est de (30 A) (cas des charges rapides).

RégénérationModifier

Les batteries plomb ouvert (chariots élévateurs, nacelles, etc.) ont une durée de vie limitée à environ 1500 cycles[réf. nécessaire]. Lors du stockage et de la restitution de l'énergie au cours de cycles d'utilisation normaux, des cristaux de sulfate s'accumulent graduellement sur les électrodes, empêchant la batterie de fournir efficacement du courant. Les cristaux « étouffent » en fait la batterie. Même une charge de désulfatation n'empêche pas toujours que l'on doive remplacer la batterie après quelques années.

La sulfatation est une des causes de vieillissement d'une batterie au plomb qui est restée déchargée pendant un certain temps avant la recharge, mais il y a aussi un autre facteur de vieillissement qui est la transformation au cours des cycles de charge/décharge de la matière active de l'électrode positive. Celle-ci est constituée de dioxyde de plomb PbO2 qui cristallise sous deux formes différentes (α-PbO2 et β-PbO2) dont une forme est constituée de petits cristaux, elle se transforme au cours des cycles en l'autre forme dont les cristaux sont plus gros, ce qui génère un gonflement de l'électrode qui se désagrège.

RecyclageModifier

 
Matériaux de recyclage de batteries.

Les batteries au plomb peuvent être recyclées : la plupart de leurs composants peuvent être réutilisés en fin de vie, par exemple le plastique, l'acide et les plaques de plomb. Au sein de l'usine de recyclage, le plastique du boîtier sera ainsi séparé du plomb des plaques et de l'acide de l'électrolyte. Ensuite, le plomb est fondu dans un four et réutilisé pour fabriquer de nouvelles plaques.

Le plastique de son côté est également fondu et sert à confectionner de nouveaux boîtiers. Enfin, l’acide sulfurique est contrôlé, car il causerait de graves dommages s’il se retrouvait dans l’atmosphère. Il va servir lui aussi ultérieurement lors de la fabrication de batteries neuves.

Ainsi donc, tout est recyclé dans les batteries et les pertes dans l’environnement sont très faibles, mais elles doivent être déposées dans des endroits prévus à cet effet : les mairies, décharges, des magasins spécialisés dans l'automobile ou le matériel industriel ou certains ferrailleurs (contre rémunération) peuvent s'en charger. Au Québec, les écocentres (centres municipaux de recyclage) offrent généralement ce service gratuitement[10].

Notes et référencesModifier

NotesModifier

  1. 6 volts sur d'anciens modèles de véhicules encore en circulation.
  2. Ce qui permettrait d'augmenter la puissance des accessoires ou de réduire la taille des faisceaux de câbles.
  3. Ce qui permetrait de reduire la section des fils des faisceaux éléectriques, donc encore le poids

RéférencesModifier

  1. a et b Définitions lexicographiques et étymologiques de « Batterie » (sens 2 − P. anal) du Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
  2. Cyril Valent, A quoi correspond le nombre de cellules d'une batterie ?, sur le site 01net.com du 30 novembre 1999
  3. batterie Sur le site larousse.fr
  4. Une auto électrique révolutionnaire pourrait être produite au Canada dès 2008... « Copie archivée » (version du 6 août 2018 sur l'Internet Archive), Sur le site nanoquebec.ca - Page introuvable le 24 avril 2012 - idem le 10 août 2012
  5. IBM s'implique en lithium air Sur le site electronique.biz
  6. Batterie solaire, sur le site surtec.fr.
  7. Hermans, Y., Le Cun, B., & Bui, A. (2011). Modèle d'optimisation basé sur le Vehicle-to-grid pour limiter l'impact des pics de consommation électrique sur la production.
  8. Dargahi, A., Wurtz, F., Ploix, S., Gaaloul, S., Le, X. H. B., Delinchant, B., ... & Tollenaere, M. (2012). Exploitation de la capacité de stockage de véhicule électrique dans la gestion optimale du flux énergétique de bâtiments: Contribution à la convergence transport/habitation.
  9. Charge des batteries d'accumulateur au plomb, sur le site inrs.fr
  10. Faites partie de l’Escouade RECYC-QUÉBEC, sur gouv.qc.ca, consulté le 7 mai 2017

Voir aussiModifier

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Articles connexesModifier