Jfyhkgu

« 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.

Vocabulaire |

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 donc en français littéralement par « ensemble d'accumulateurs », « batterie d'accumulateurs » ou plus simplement par « batterie ». La traduction littérale « pack de batterie » ou encore « pack batterie » est un anglicisme et un pléonasme.

Types d'accumulateurs |

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

Cette section devrait être déplacée dans l'article Accumulateur électrique.

Pour plus d’informations, se reporter en page de discussion. Ce bandeau a été placé le 15/03/2018.

Alors que les batteries au plomb ont une densité massique de 30 Wh/kg, d'autres types se sont développés^[6] :

• Nickel - cadmium (Ni - Cd), 50 Wh/kg ;


• Nickel - zinc (Ni - Zn), 80 Wh/kg ;


• 
  Nickel - hydrure métallique (NiMH), 75 Wh/kg ;


• Plomb 2^e génération (2006), 75 Wh/kg^[7] ;


• Sodium - chlorure de nickel, Système zébra, 85 Wh/kg ;


• 
  Lithium - ion 1^re génération (1992), 90 Wh/kg ;


• 
  Sodium - soufre (Na-S), 107 Wh/kg ;


• Lithium Métal Polymère (LMP) (2004), 110 Wh/kg ;


• Lithium polymère (Li - Po), 120 Wh/kg
  


• 
  Lithium - ion 2^e génération (2000), 125^[8]à 150 Wh/kg
  


• Zinc - argent (2007), 200 Wh/kg^[9]
  


• Lithium - ion - manganèse ; également dénommée lithium - manganèse (2007), LiMn, 300 Wh/kg^[10]
  


• Lithium - soufre (Li - S) (2007), 300 Wh/kg
  


• Lithium - vanadium, + de 300 Wh/kg, présentée par Subaru en 2007^[11]
  


• 
  Lithium - air ou lithium - oxygène, en cours de développement (2010), entre 1 700 et 2 400 Wh/kg en pratique, théorique de 5 000 Wh/kg ^[12]
  


• Aluminium - air


• Zinc - air


• 
  Supercondensateur à la poudre de céramique - aluminium (EEStor aux États-Unis)^[4],[13] : Les supercondensateurs sont essentiellement utilisés pour le stockage de l'énergie dans les domaines de l'automobile (voitures électriques), du ferroviaire (stockage de l'énergie de freinage) et les énergies renouvelables (éolien et solaire notamment).

Horizon 2020 :

• Condensateurs - lithium - ion (FHI) : en essai au Japon.

Configuration |

Choix de configuration |

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) |

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.

Utilisations |

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] ;

• Dans les alimentations sans interruption, elles stockent l'énergie permettant de suppléer pendant quelques minutes, à quelques heures, une coupure de courant du réseau électrique ;

• Elles permettent le démarrage du groupe Diesel d'une alimentation de secours ;

• Les batteries sont utilisées dans de nombreux appareils électroniques autonomes par exemple les téléphones mobiles, les baladeurs numériques, etc.
  

• Pour la traction des véhicules électriques, des batteries souvent de technologies autres que le plomb, d'une tension supérieure sont utilisées, afin de limiter le poids à transporter et le courant électrique dans le câblage^[c].

• Les batteries solaires sont des batteries optimisées pour un fonctionnement avec des panneaux photovoltaïques^[14].

• Dans son concept de troisième révolution industrielle, Jeremy Rifkin propose de maximiser les énergies renouvelables et en minimiser les coûts en utilisant les batteries de véhicules comme moyen de stockage itinérant d'électricité provenant de source d'énergie intermittente^[15],[16].

Charge des batteries |

Indicateurs de charge |

La mise en charge des batteries est une opération primordiale pour que les batteries conservent leurs caractéristiques initiales^[17]. 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, (dvdt{displaystyle {frac {d_{v}}{d_{t}}}} ou dv2dt2{displaystyle {frac {d_{v}^{2}}{d_{t}^{2}}}}).

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 capacité |

• 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).

Régénération |

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.

Recyclage |

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^[18].

Notes et références |

Notes |

Références |

Voir aussi |

Articles connexes |

• Accumulateur électrique


• Chargeur de batterie

• Portail de l’électricité et de l’électronique
• Portail de la chimie
• Portail de l’énergie