Une réhabilitation peut être réalisée en appliquant des créneaux de courant positifs à très hautes fréquences de l’ordre du mégahertz [36]. Cette stratégie de gestion n'est développée que dans divers produits commerciaux sans qu'une explication précise sur la
pertinence de la fréquence ne soit fournie. Certains avancent que ces créneaux permettent de fournir l’énergie nécessaire à la dissolution des cristaux du sulfate de plomb en cas de sulfatation avancée. Ils supposent que l’énergie fournie correspond à l’énergie de résonance du cristal caractérisée par une fréquence de résonance et dépendante de la cristallographie du système. Il existe plusieurs fréquences possibles du fait que la structure cristalline du sulfate de plomb peut être variable. Il est donc difficile de proposer une fréquence optimale.
IV Conclusion
Dans les systèmes photovoltaïques, les modes de recharges classiques sont de type on/off (seuils de tension). Une évolution récente tend à privilégier des régulations de type MLI ou encore plus récemment courant pulsé. La raison de cet enthousiasme tient au fait que la batterie serait mieux rechargée lorsque des créneaux de courant sont appliqués au cours de la recharge. Diverses valeurs de fréquence et de rapport cyclique ont été utilisées et l’optimisation de ces paramètres n’est pas toujours convaincante. Les raisons des différences observées restent mal connues. Un des axes de recherche de ce travail a été une meilleure compréhension de l’intérêt de la recharge pulsée.
Le courant pulsé s’est avéré ainsi intéressant dans plusieurs recherches. Cependant, l’étude de son effet sur le vieillissement n’a pas toujours été réalisée et la comparaison du courant pulsé avec du courant constant n’a pas été toujours pertinente. Les paramètres du courant pulsé n’ont pas été non plus optimisés sur la durée de vie des batteries. En outre, ce mode de recharge n’est pas validé sur des batteries complètes. Nous avons donc jugé intéressant d’approfondir l’étude de la recharge à courant pulsé, et notamment d’étudier l’influence des paramètres de la recharge sur le vieillissement.
Références
[1] D. Berndt, “Maintenance free batteries, A handbook of battery technology ”, Second Edition, Research Studies Press LTD, Taunton, Somerset, England, 1997
[2] D. Linden, T.B. Reddy, Handbook of batteries, 3rd ed., McGraw-Hill, New York, 2002 [3] G. Dillenseger, “Caractérisation de nouveaux modes de maintien de charge pour les
batteries stationnaires de secours”, thèse Université Montpellier II, 2004
[4] O. Bach, H. Colin, D. Desmettre et F. Mattera, Management of storage batteries used in Stand-Alone PV Power Systems, Report IEA PVPS T3-10:2002
[5] D.U. Sauer, J. Power Sources 64, (1997), 181.
[6] D.U. Sauer, M. Bächler, G. Bopp, W. Höhe, J. Mittermeier, P. Sprau, B. Willer, M. Wollny, J. Power Sources 64, (1997), 197.
[7] R.L. Hammond, J.F. Turpi “PV batteries and charge controllers, Technical Issues, Costs and Market trends”, 26th IEEE PVSC 29 September-03 October 1997
[8] D. Benchetrite, “Optimisation de la recharge des accumulateurs au plomb à usage photovoltaïque”, thèse Université de Picardie Jules Verne, 2004
[9] site internet www.morningstar.fr
[10] T. Suzuki, “Method for charging a secondary battery and an apparatus therefor” US patent n°5646506 (1997)
[11] J.F. Freiman, K. McConkey, N.A.Mitchel, “Charging a battery having a nominal critical terminal voltage”, US patent n°5726554 (1998)
[12] Steve W. Dykeman “Battery charging method”, US patent application n°0032237 (2004)
[13] R.C. Cope, Y. Podrazhnsky, Battery conference on applications and advances, the 14th annual IEEE (1999) 233-235
[14] L. Lam T, H.Ozgun, J.A. Lim, L.H. Hamilton, D.G. Vu, D.A.J. Vella, J. Power Sources 53 (1995) 215.
[15] J.J.A. Wilkinson, G.A. Govic, “A new pulse charging methodology for lead acid batteries” IPENEZ transactions, 25(1998), N°1/EMCh
[16] R. Groiß, H. Döring, J. Garche, Zeitschrift fur Physikalische Chemie, 208 (1999) 253. [17] J. Alvarez, J. Marcos, A. Lago, A. Noguiras, J. Doval, C.M. Penalver, “A fully smart
and fast lead acid battery charge system”, Power Electronics Specialist Conference, 34th annual PESC, 2, (2003), 913.
[18] M. James, J. Grumett, M. Rowan, J. Newman, J. Power Sources, 162 (2006), 878. [19] D. Benchetrite, M. Le Gall, O. Bach, M. Perrin, F. Mattera, J. Power Sources 144
(2005) 346.
[20] J.B. Wang, C.Y. Chuang, “A multiphase pulse charge with pulse charging scheme”, 32nd annual conference of the industrial electronics society IECON 2005, 6
[21] J.B. Wang, C.Y. Chuang, “A multiphase pulse charging scheme to improve the performance of its front end power supply” IEE International Conference in Industrial Technology 2005, 834.
[22] Y.S. Chu, R.Y. Chen, T.J. Liang, S.K Changchien, J.F. Chen,” 20th annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2 (2005) 986.
[23] C.V. D’Alkaine, L.M.M. de Souza, P.R. Impinnisi, J. de Andrade, J. Power Sources, 158 (2006), 997.
[24] Y. Podrazhansky, P.W. Popp, “Rapid battery charger, discharger and conditioner”, US patent n°482925 (1989)
[25] A. Hasabe, H. Momotani, E.Otsuki, T. Takeuchi, “Method and apparatus for charging a secondary battery by supplying pulsed current as charging current”, EP patent n°0598470 A3 (1994)
[26] V. Meadows, A.A. Anani, J. M. Fernandez, “Method and apparatus for charging a battery” US patent n°5412306 (1995 )
[27] H. Ookita, “Rapid battery charger with charge controlling capability depending on overvoltage of the battery”, US patent n°5905364 (1999)
[28] R.S. Feldstein, “Fast pulse battery charger”, CA patent n°2380586 (2003) [29] Wang, Li, Jin et Zhou, Chinese J. Power Sources, 26 (2002) 336
[30] R.F. Nelson, E.D. Sexton, J.B. Olson, M. Keyser, A. Pesaran, J. Power Sources 88 (2000), 44.
[31] Y. Guo, R. Groiss, H. Döring, J. Garche, J.Electrochem. Soc., 146, (1999), 3949. [32] V. Srinivasan, G.Q. Wang, C.Y. Wang, J.Electrochem. Soc., 150, (2003), A316. [33] U. Hullmeine, A. Winsel, E. Voss, J. Power Sources, 25, (1989), 27.
[34] T.D. Hund, B. Thompson, 26th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 1, (1997) 1281.
[35] P.T. Krein, “Life extension through charge equalization of lead acid batteries”, INTELEC 2002 Paper 32.1
[36] R.A. Gelbman, “Apparatus for charging and desulfating lead-acid batteries” US patent n°6184650 B1 (2001)
Chapitre C
Etude expérimentale de l’effet de la recharge
à courant pulsé sur le vieillissement des
Sommaire
I Introduction ... 59 IIProtocole expérimental ... 59 II.1 Batteries... 59
II.1.1 Cellules assemblées au laboratoire... 59 II.1.2 Batteries commerciales ... 60 II.2 Cyclage... 61
II.2.1 Paramètres électriques... 61 II.2.2 Ajustement du niveau d’électrolyte... 63 II.3 Expertise après cyclage ... 63 II.3.1 Dosage des constituants de la matière active ... 63 II.3.2 Analyse microscopique ... 64 II.3.3 Diffraction aux rayons X... 64 III Etude sur des batteries de démarrage... 65
III.1 Perte de capacité ... 65 III.2 Expertise des batteries vieillies... 65 III.2.1 Dosage de la matière active ... 66 III.2.2 Analyse microscopique... 67 III.3 Conclusion ... 69 IVEtude sur cellules de 2V avec la technique des traceurs radioactifs pour le suivi de la sulfatation... 69
IV.1 Objectif ... 69 IV.2 Première série d’expériences ... 69 IV.2.1 Evolution de la capacité au cours du cyclage ... 70 IV.2.2 Résultats de radiographie... 70 IV.3 Deuxième série d’expériences ... 71
IV.3.1 Cellules testées et méthode de test... 71 IV.3.2 Résultats du cyclage... 71 IV.3.3 Résultats de la radiographie ... 72 IV.4 Conclusion ... 73 V Etude sur des cellules à plaques tubulaires ... 73
V.1 Résultats du cyclage... 73 V.2 Observations au microscope électronique à balayage ... 74 V.3 Diffraction aux rayons X ... 75 VIEtude sur des batteries commerciales tubulaires ... 75
VI.1 Objectif et démarche ... 75 VI.2 Résultats du cyclage... 76 VI.2.1 Evolution de l’électrolyte... 77 VI.2.2 Evolution de la résistance interne ... 80
VII Conclusion... 81 Références ... 83
I Introduction
Dans la bibliographie, les conclusions sur l’intérêt du courant pulsé ne sont pas toujours claires (cf. chapitre B). Une étude approfondie reste donc nécessaire. Pour cela la première étape, développée dans ce chapitre, a consisté à étudier l’effet d’une recharge à courant pulsé sur le vieillissement en cyclage de quatre types de batteries. Tout d’abord, la méthode a été appliquée à des batteries de démarrage avec un protocole à fort courant et donc un vieillissement très rapide. Ensuite, des expériences ont été réalisées sur des cellules de 2V à plaques planes avec un suivi de la sulfatation à l’aide d’un traceur radioactif. Enfin la stratégie de recharge a été appliquée à des cellules 2V puis à des batteries à plaques tubulaires commerciales (à usage solaire) dont le vieillissement est très lent avec le protocole adapté. II Protocole expérimental