N'hésitons pas, pour commencer, à être
un peu iconoclaste:
Définition: parfois, appelé
"accu", ce bidule, hélà souvent lourd, est destiné
à emmagasiner de l'électricité (toujours en courant
continu...). La plus grosse batterie du monde, c'est la terre qui mit 3-4
milliards d'années à se charger et qui, au rythme où
vont les choses, sera déchargée par nous, disons en une centaine
d'années...
Ce qui équivaudrait à charger une
batterie durant 100 ans et la décharger, SANS POUVOIR JAMMAIS LA
RECHARGER, en... 2 (deux) minutes !
Il est "amusant" de constater que beaucoup de nos
véhicules électriques "modernes" utilisent encore le vieil
"accu" au plomb...
Il existe bien une batterie garantissant une autonomie
de plus de 600 km, mais elle coûte horriblement cher et surtout ne
peut pour l'instant être rechargée qu'une dizaine de fois:
c'est la zinc-argent.
Voici ce qui existe sur le marché actuellement en date
du 11/98
mais que chacun n'hésite pas à me communiquer
toute information, précisions (je reconnais qu'il en manque beaucoup!),
nouveauté ou... erreur!
- Plomb-acide: c'est celle de toutes nos voitures et camions.
Pas trop chère, elle est fiable, recyclable mais donne moins de
35Wh / kg (je n'indiquerai plus "/kg" pour les batteries suivantes)
- Scellée plomb-acide: entretien nul, sans ajout de liquide;
peut être utilisée dans n'importe quelle position. Energie
<39Wh
- Bipolaire plomb-acide: très chère, recharge
rapide permise et surtout, durable. < 50Wh
- Nickel-Cadmium: chère, toxique, effet de mémoire.
< 55Wh
- Nickel-fer: très chère, non toxique, durable
mais s'échauffe. <55Wh
- Nickel-métal hydrure: très chère, non
toxique, durable. <90Wh
- Zinc-bromure: analogue à la précédente
mais très toxique. <90Wh
- Sodium-sulfure: très chère, fonctionne à
300 degrés d'où danger d'incendie. <110Wh
- Lithium-ion (SAFT): sûre, puissante, formes diverses.
<150Wh
Deux types de batteries font beaucoup parler d'elles actuellement:
- plomb pur (Hawker): meilleure en bien des points que celle au
plomb-acide même scellées
- Vanadium Redox; ici l'énergie, en solution liquide,
est stockée dans deux réservoirs: des pompes font corculer
la "catholythe" et "l'anolythe" à travers la batterie. Elle peut
être déchargée complètement sans dommage. Il
est possible de la recharger instantanément: il suffit de changer
les électrodes. Assez complexe, elle a cependant beaucoup de qualités.
L'électrolyte est à base de H2SO4 et V2O5.
Un aparté sur les piles
Pour en fabriquer une, il faut 50 fois plus d'énergie qu'elle n'en
restitue. De plus elle contient des métaux lourds très polluants
et très difficilement recyclables. Du point de vue écologique
(on ne me guérira pas...) il faudrait donc mieux lui préfer
l'électricité fournie par le secteur (je sais, en France
c'est produit à 78.2% par du nucléaire...) et l'argument
prix n'est pas négligeable non plus: alors que le kWh vendu par
EDF nous est facturé actuellement moins de 1F (et, paradoxalement
- pas pour EDF... - parfois beaucoup moins pour les gros usagers), une
pile qui coûte 3F ne fournit qu'environ 3 Wh, ce qui met le prix
du kWh à...1000F => utiliser une pile, c'est consommer 50 fois plus
d'énergie et 1000 fois plus d'argent!!!...
Quand même un peu de technique
La tension par cellule est d'environ 2,15V pour les batteries au plomb,
elle est de 1,2V pour les Nickel-cadmium et de 4V pour les lithium. Ainsi
la batterie "classique" (plomb-acide) de voiture est composée de
6 cellules branchées en série pour faire 12V nominaux.
Entretien des batteries
(Source Ajena)
En Franche Comté, une centaine d'utilisateurs
de générateurs d'électricité en sites isolés
utilisent des batteries (photovoltaïque, éolienne, voire même
hydraulique ...). La batterie au plomb acide est la forme de stockage de
l'énergie électrique la plus couramment utilisée,
en raison de son coût relativement faible et de sa large disponibilité.
Les batteries nickel-cadmium, plus chères, sont cantonnées
dans les applications où la fiabilité est vitale. |
De quoi est constituée une batterie?
Une batterie au plomb acide est un ensemble d'éléments
de 2 volts connectés en série pour obtenir la tension d'utilisation
désirée. Ces éléments sont constitués
de plaques positives et négatives, assemblées en alternance.
Le nombre de plaques de chaque polarité, leur surface, ainsi que
la quantité d'acide disponible dans l'électrolyte (composé
chimique liquide ou gélifié dont le rôle est de fournir
les ions sulfates nécessaires aux réactions d'oxydo-réduc-tion
produites lors des recharges et décharges d'une batterie) sont des
paramètres qui définissent la capacité de l'élément
(aptitude pour une batterie chargée de restituer un certain nombre
d'ampères heure, en régime de courant de décharge
constant, sous une tension d'arrêt et une température définies).
Les contraintes de stockage de l'énergie photovoltaïque
dans un accumulateur au plomb.
Tout d'abord, il est important d'installer les batteries
dans un local frais et ventilé pour évacuer par siphonnage
l'hydrogène plus
léger que l'air (un mélange de 4% d'H2 dans l'air est
détonnant). A la mise en service de l'installation, l'expérience
montre qu'une surcharge des éléments à 2,45 volts
permet d'améliorer nettement la durée de vie. Ces contraintes
sont les suivantes:
- Contraintes liées aux cycles de charge/décharge dues
au cycle journalier (dont le profil et l'amplitude dépendent de
la puissance et de l'énergie fournie par le générateur),
par celles demandées par l'utilisateur et par la météorologie
(ensoleillement, vent, ...).
- Contraintes liées aux décharges profondes (jusqu'à
60% de sa capacité) et prolongées, dues à des périodes
de faible ensoleillement.
- Contraintes liées aux surcharges d'été prises
en charge par la régulation.
- Contraintes liées à l'immobilisation qui ne permettent
pas l'homogénéisation de l'électrolyte (stratification
due aux recharges successives sans production intense de gaz) et se traduisent
par une concentration plus élevée en acide au fond des bacs.
- Contraintes liées à la maintenance, qui peut affecter
de manière significative la fiabilité du système.
Il est important que les usagers vérifient le bon état de
leurs batteries, car le plus souvent la maintenance est à leur charge.
Les manipulations à effectuer concernent la remise à niveau
de l'électrolyte avec de l'eau déminéralisée,
et le nettoyage les bouchons, car des dépôts conducteurs peuvent
entraîner des résistances de fuite entre les bornes. Une recharge
d'égalisation des éléments en vue d'équilibrer
leur état de charge peut être nécessaire périodiquement.
Mesure de la densité
La densité est le paramètre le plus simple
pour définir l'état de charge et de santé d'un élément.
La densité de l'électrolyte dans un accumulateur au plomb-acide
est fonction de la concentration d'acide sulfurique, de l'état de
charge et de la température. Pour les batteries à usage solaire
la densité haute peut varier de 1,24V pour les batteries stationnaires
à 1,30V pour les batteries à plaques planes (type démarrage
à proscrire pour des installations photovoltaïques car elles
ne supportent pas les cyclages). En fin de décharge la densité
peut avoisiner 1,15. Arrivée à 1,10 la batterie n'est plus
rechargeable.
Le relevé de la densité, facile d'apparence,
peut poser des problèmes. Au moment de la mesure, la température
de l'électrolyte doit être relevée pour avoir des valeurs
comparatives, les densités nominales étant annoncées
pour une température de référence (la densité
décroît lorsque la température monte). Avant d'effectuer
la mesure, il faut homogénéiser l'électrolyte soit
par brassage mécanique (on envoie des bulles d'air par le bas de
l'élément) soit en provoquant une surcharge (production massive
de gaz). Ces conditions de relevés maîtrisées, il faut
tenir compte de l'âge de la batterie car en vieillissant, une partie
de l'acide absorbé par la sulfatation irréversible et l'oxydation
des grilles, n'est plus restitué à l'électrolyte.
Il s'ensuit une baisse de densité qui s'accroît au fur et
à mesure que la batterie vieillit.
Cécyl Ricard
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