Le stockage (batterie)

Définitions

Un accumulateur désigne un petit réservoir qui peut emmagasiner de l'énergie sous forme chimique pour la restituer ultérieurement. 

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

Caractéristiques d'un élément d'accumulateur

• La technologie : c'est la nature de l'électrolyte contenu dans l'accumulateur.
• La capacité de l'élément : c'est la quantité d'électricité qu'il est capable de restituer lorsqu'il est chargé. Cette capacité est exprimée en Coulomb $\rm (1C = 1A \cdot s)$, Ampères Heure $\rm (Ah)$ ou pour les petits accumulateurs en milli Ampères heure $\rm (mAh)$.

Par exemple, une batterie d’une capacité de $\rm 1~Ah$ peut fournir un courant de $\rm 1~A$ pendant $1$ heure, ou bien un courant de $\rm 0.5~ A$ pendant $2$ heures, ou encore un courant de $\rm 2~A$ pendant 30 min...

• La tension de l'élément : c'est la différence de potentiel entre les deux pôles « + » et «- ». 

Par exemple, pour un accumulateur au Nickel elle évolue de $\rm 1.4~V$ lorsque l'élément est complètement chargé, à $\rm 1~V$ environ lorsque l'élément est complètement déchargé. 

Généralement, pour les calculs on retient la valeur nominale de $\rm 1.2~V$. 

• Énergie stockée : $\rm W_{BAT} (Wh) = Capacité (Ah) \cdot Tension (V)$
• Énergie massique : $\scriptstyle\rm D (Wh/Kg)~ =~ Tension ~(V)~ \cdot~ Capacité ~(Ah)~ /~ Masse ~(Kg)$
• Le volume physique de l'élément : proportionnel à la capacité pour une technologie donnée. 

Association (groupement) d’accumulateurs

• Association en série :

Les différents types d’accumulateurs

Charge d’un accumulateur (Ni-Mh par exemple)

La charge d’un accumulateur de type Ni-Mh doit se faire à courant constant sous une tension minimale disponible d'au moins $\rm 1.6~V$ par élément (en dessous de cette tension minimale l'accumulateur ne se chargera pas complètement). 

Le courant doit être maintenu pendant un temps qui dépend du taux du courant de charge et du rendement $\eta$ de la charge à ce taux.

Le principe de la charge est donc d'injecter dans l’accumulateur une quantité de courant jusqu'à ce que cette quantité atteigne la capacité $\rm C$ de l'accumulateur. La règle est : $\rm C = \eta \cdot I \cdot t$. 

Dans la suite, nous verrons les différents types de charge dans les accumulateurs.

Vieillissement et usure 

Le vieillissement et l'usure entraînent une perte progressive de la capacité des batteries avec le temps (plusieurs années) et l'usage (plusieurs centaines ou milliers de cycles de charge et de décharge). Ils sont souvent fortement dépendant des conditions d'emploi (amplitude du cyclage, température de stockage et d'utilisation).

Les différentes vitesses et rendements de charges

•  La charge normale : elle se fait avec un taux de $\rm C/10$ pour le courant de charge avec un rendement $\eta \approx 0.7$ (donc pendant environ 14 heures).

Par exemple, pour recharger un accumulateur de $\rm 2~000~mAh$, il faut injecter un courant de charge de $\rm 200~mA$ pendant $10/0.7 = 14$ heures 

•  La charge accélérée : elle se fait avec un taux de $\rm C/5$ pour le courant de charge avec un rendement $\eta \approx 0.8$ (donc pendant environ 6 heures 15 minutes).
• La charge rapide : elle se fait avec un taux de $\rm 1C$ pour le courant de charge avec un rendement $\eta \approx 0.95$ (donc pendant environ 1 heure 5 minutes).  
• Le courant d'entretien : Une batterie a tendance à se décharger naturellement. Après une charge il est possible de lui appliquer un courant constant d'une valeur allant de 1/50^ème à 1 /100^ème du courant nominal indéfiniment pour maintenir son état de charge au maximum afin de simplement compenser les pertes naturelles.

Détection de la fin de charge d’un accumulateur

Lorsque l'élément est déchargé il présente une tension d'environ $\rm 1~V$, lorsqu’il est à la fin de la charge elle est à $\rm 1.4~V$.

Si la charge n’est pas arrêtée, le courant injecté n’est plus stocké et l'élément commence à s'échauffer. On constate alors une légère baisse de la tension aux bornes de l'accumulateur. C'est à cet instant que correspond l’indicateur de fin de charge que l'on nomme Delta Peak.

Si on maintient ensuite le courant de charge, l'accumulateur entre en surcharge, ce qui provoque une altération de l'élément voire une destruction partielle dans le cas d’une charge rapide.