Batterie d'accumulateurs

Une batterie d'accumulateurs ou généralement une batterie, est un ensemble d'accumulateurs électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur de courant continu de la capacité et de la tension désirée.

Ces accumulateurs même s'ils sont seuls sont parfois appelés éléments de la batterie.

On appelle ainsi batteries les accumulateurs rechargeables destinées aux appareils électriques et électroniques domestiques.

Les batteries nécessaires aux voitures électriques mais également aux voitures hybrides ont suivi une évolution technologique continue et les progrès sont importants, malheureusement actuellement, aucune solution n'est entièrement satisfaisante. Certaines de ces batteries sont d'un usage commun avec d'autres secteurs comme l'éolien ou le solaire.

Les recherches et découvertes en cours sont très prometteuses, au point que certains fabricants de batteries promettent une autonomie des voitures électriques de 800 km pour la décennie , grâce a la batterie lithium air.

Alors que les batteries au plomb ont une capacité de 30 Wh par kg, d'autres types se sont développés  :

• Nickel - cadmium (Ni - Cd), 50 Wh par kg
• Nickel - zinc (Ni - Zn), 80 Wh par kg
• Nickel Métal Hydrure (NiMH), 75 Wh par kg
• Plomb 2 génération (2006), 75 Wh par kg
• Sodium - chlorure de nickel, Système zébra, 85 Wh par kg
• Lithium - ion 1 génération (1992), 90 Wh par kg
• Sodium - soufre (Na - S), 107 Wh par kg
• Lithium Métal Polymère (LMP) (2004), 110 Wh par kg
• Lithium polymère (Li - Po), 120 Wh par kg
• Lithium - ion 2 génération (2000), 150 Wh par kg
• Zinc - argent (2007), 200 Wh par kg
• Lithium - ion - manganèse; également dénommée lithium - manganèse (2007), 300 Wh par kg [6]
• Lithium - soufre (Li - S) (2007), 300 Wh par kg
• Lithium - vanadium, + de 300 Wh par kg, présentée par Subaru en 2007 :
• Lithium - air ou lithium - oxygène, en cours de développement (2010), + de 500 Wh par kg

Et pour 2020 :

• Supercondensateur à la poudre de céramique - aluminium (EEStor aux États-Unis) : ils devraient être utilisés dans un premier temps pour les voitures électriques, puis plus tard pour le stockage d'énergie appliqué à l'éolien et au solaire.
• Condensateurs - lithium - ion (FHI) : en essai au Japon.

• Les accessoires des véhicules routiers sont alimentés en électricité par des batteries d'accumulateurs, en général au plomb. La tension de cette batterie est couramment de 12 volts sur les automobiles (42 volts pour la prochaine génération de véhicules), 6 volts sur certains anciens modèles encore en circulation, 24 volts pour les poids lourds.
• Dans les alimentations sans interruption, elles stockent l'énergie permettant de suppléer de quelques minutes à quelques heures à une coupure de courant
• Elles permettent le démarrage du groupe diesel d'une alimentation de secours
• Les batteries sont utilisées dans de nombreux appareils électroniques autonomes comme par exemple les téléphones mobiles, les baladeurs numériques, etc.
• Pour la traction des véhicules électriques, des batteries souvent de techniques autres que le plomb et d'une tension supérieure sont utilisées, afin de limiter les courants en jeu.
• Les batteries solaires sont des batteries orientées pour un fonctionnement avec des panneaux photovoltaïques : durée de vie, propriétés électriques et anticorrosion, entretien.

Indicateurs de charge

La mise en charge des batteries est une opération primordiale pour que les batteries conservent leurs caractéristiques initiales.

On peut évaluer dans certains cas le niveau de charge d'une batterie en mesurant sa tension à vide (sans charge). Par exemple pour une batterie au plomb :

• 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.

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, ($\frac{d_v}{d_t}$ ou $\frac{d_v^2}{d_t^2}$).

Précautions de mise en charge

• La charge de batteries en parallèle est déconseillée, car chaque batterie est spécifique et va évoluer différemment suivant son état de charge initial, son âge, ses caractéristiques intrinsèques. Il est donc important qu'une batterie en charge soit reliée uniquement à une source de courant.
• La charge en série doit être effectuée uniquement sur des batteries de mêmes caractéristiques et dans un état de charge identique.
• De manière générale, la charge des batteries de façon unitaire doit être privilégiée.
• 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.

Prospective, évolutions possibles

Une innovation américaine du MIT (2007), la witricity, si elle était industrialisée, permettrait de recharger les batteries sans fils et donc de les recharger à distance (quelques mètres uniquement) sans avoir à établir une connexion physique à une prise électrique . Le rendement plutôt faible de cette technique en fait cependant un gadget de confort dont on pourrait se passer si l'on suit la logique des économies d'énergie.

Des véhicules dont les batteries se rechargeraient sans contacts (sur la route ou dans un parking) sont aussi projetées au Japon. Un premier projet avait envisagé que l'énergie soit transmise d'une source (magnétron) au récepteur situé sous la voiture par flux de micro-onde (dangereux) . Une autre solution en cours de test est le rechargement par induction électromagnétique dont d'éventuels impacts environnementaux sont encore à étudier. Les batteries doivent pouvoir se recharger rapidement, ce qui pourrait se faire grâce à des supercondensateurs.

Les batteries plomb ouvert (chariots élévateur, nacelles etc...) ont une durée de vie limitée à environ 1.500 cycles. 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. Une entreprise suédoise a mis sur le marché un régénérateur de batterie, qui grâce à des impulsions de courant cause une réaction chimique par laquelle les cristaux se transforment en acide. Le poids spécifique de l'acide dans l'électrolyte augmente et les électrodes sont libérées des cristaux. La capacité redevient acceptable et la longévité des batteries peut doubler (2.500 cycles). Par une régénération de maintenance (annuelle) la tension reste stable et les composants électroniques des appareils branchés sur la batterie souffrent moins. En réalisant cela, la batterie chargera plus vite, son rendement électrique augmentera ainsi que le nombre de recharges possibles. Selon des estimations récentes, environ 80 % des batteries plomb ouvert peuvent être régénérées.