Différents types d’accumulateurs

Il existe différents types d’accumulateurs, les plus cités dans la littérature sont :

II.6.3.1 Accumulateur au plomb Pb

Une batterie au plomb est constituée d'un certain nombre d'éléments accumulateurs montés en série et reliés par des connexions en plomb soudé (une batterie de 12 V contient 6 éléments).Les accumulateurs sont logés dans un bac en plastique (polypropylène, ABS...), fermé par un couvercle scellé. Chaque accumulateur est composé d'un ensemble de couples d'électrodes positives et négatives isolées par un séparateur microporeux, destiné à éviter les courts-circuits tout en laissant circuler les ions. Les électrodes sont formées d'une grille en alliage de plomb (figure II.9), dont les alvéoles sont remplies d'une pâte poreuse :

• de peroxyde de plomb PbO2 pour l'électrode positive. • de plomb métallique Pb pour l'électrode négative.

Les électrodes baignent dans un électrolyte, solution diluée d'acide sulfurique H2SO4, sous forme liquide, sous forme de gel ou absorbée dans des feutres en fibre de verre.

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Il existe deux principaux types de batteries solaires, à savoir :

a. Accumulateurs au plomb ouvert (FLA)

FLA (Flooded Lead Acid), ils sont ainsi nommés car l’électrolyte est liquide et doit être renouvelé (comme dans une batterie de voiture).

C’est le type le plus ancien et le plus utilisé. Un élément plomb-acide se compose d’une électrode de plomb et d’une électrode d’oxyde de plomb baignant dans l’acide sulfurique dilué (figure II.9).

Figure II.9 : Constitution d’une batterie d'accumulateurs au plomb (FLA).

Tension nominale par élément : 2 V (tension nominale de batteries par association d’éléments en série : 4, 6, 12, 24 et 48 V pour les plus courants).

b. Accumulateurs au plomb étanche (VRLA)

VRLA (Valve Regulated Lead Acid), ce qui signifie que la batterie est étanche (figure II.10). Du gaz s'échappera par des valves de sécurité uniquement en cas de surcharge ou de défaillance d'éléments. Ce type de batterie solaire est ils ont les mêmes caractéristiques au premier type mais il ne vaut pas la peine de changer un liquide qui ne mérite pas d'entretien. On distingue deux types de batteries étanches: Gel, AGM.

Dans les batteries AGM (Absorbed Glass Mat) étanches (VRLA), l'électrolyte est absorbé par capillarité dans une natte en fibre de verre placée entre les plaques. Les batteries AGM sont plus aptes à fournir des courants élevés pendant de courtes durées que les batteries Gel.

Dans les batteries Gel étanches (VRLA), l'électrolyte est immobilisé sous forme de gel, elles ont en général une durée de vie plus longue et une meilleure capacité de cyclage que les batteries AGM.

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Figure II.10 : Constitution d’une batterie d'accumulateurs au plomb-acide (VRLA). II.6.3.2 Accumulateur Nickel Cadmium Ni-Cd

Le couple Nickel-Cadmium a été exploité pour la première fois en 1890 par Waldemar Junger, mise en servie comme batterie au début du 20ième siècle. Elle se base sur une électrode positive en NiOOH, l’électrolyte une solution alcaline (KOH à 22%) et l’électrode négative est en Cadmium (Cd) [19].

Parmi les avantages de ce type d'accumulateurs on peut citer les suivants [18]: • Énergie spécifique doublement supérieure à celle de l'accumulateur au plomb. • Puissance spécifique élevée.

• Grande durée de vie.

• Résistance interne très faible. • Faible autodécharge.

• Bonne performance à basse température.

L'inconvénient majeur des accumulateurs nickel cadmium c'est que le cadmium est un élément chimique polluant. D'autre part, le coût de fabrication de ce type de batterie d'accumulateurs est trois fois supérieur à celui de la batterie au [18].

Le principal marché de ce type d'accumulateur est celui des appareils portables ainsi que les équipements électroniques. Les accumulateurs nickel cadmium ont été utilisés dans la version électrique de la Peugeot 106, Citroën AX, Renault Clio et Ford. On note aussi que ce type d'accumulateur est rarement utilisé dans les véhicules électriques hybrides [18]. La figure suivante montre un exemple de type de batterie :

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II.6.3.3 Accumulateur Nickel Métal Hydrures (Ni-MH)

La recherche sur ce type d'accumulateur a commencé dans les années 70. L'accumulateur au nickel hydrure métallique (figure II.12) a remplacé progressivement celui au nickel cadmium parce qu'il présente de meilleures performances. Cet accumulateur domine le marché des véhicules hybride comme la Toyota Prius et la Honda Insight. L'avantage majeur de ce type d'accumulateur c'est qu'il présente un bon compromis entre le prix, l'énergie, la puissance, et l'environnement [18].

D'autre part, ce type d'accumulateur n'est pas polluant comme le nickel cadmium, car l'hydrogène, absorbé par le métal hydrure, constituant l'électrode négative n'est pas un élément toxique. En plus, les accumulateurs aux hydrures métalliques de nickel sont très peu sensibles à l'effet mémoire par rapport à ceux au nickel cadmium. En général, ce type d'accumulateur est utilisé dans des applications spatiales, la téléphonie mobile, les ordinateurs portables, les équipements médicaux, ainsi que pour les véhicules hybrides dans les dernières années et cela est dû à sa haute densité d'énergie. Une batterie d'accumulateurs aux hydrures métalliques de nickel offre 40% de densité d'énergie supérieure à celle fournie par une batterie au nickel cadmium de même poids. L'inconvénient c'est que les accumulateurs NiMH ont une durée de vie moins importante que celle des accumulateurs Ni-Cd et une auto décharge plus importante [18].

Figure II.12 : Batteries Nickel Métal Hydride (Ni-MH). II.6.3.4 Accumulateur Lithium (Li-ion)

Les premiers accumulateurs de ce type ont été commercialisés par Sony dans les années 90. Ils présentent un plus grand potentiel électrochimique. En plus, le lithium est le plus léger des métaux. Les accumulateurs aux ions de lithium sont largement utilisés dans l'industrie des ordinateurs portables, les téléphones cellulaires ainsi que dans les systèmes embarqués à cause de leur haute densité d'énergie. D'ailleurs, ce type de batterie d'accumulateurs à une bonne performance à température élevée et une faible auto décharge d'autant plus qu'il ne présente aucun effet mémoire[18].

Les premières batteries d'accumulateurs de ce genre avaient des durées de vie assez faibles. Afin de remédier à ce problème, on a changé la structure de l'électrode au lithium. Le seul inconvénient que présente l'accumulateur aux ions de lithium est que l'électrode négative est composée de lithium métallique qui peut causer des problèmes de sécurité. Pour contrer cela, un autre type d'accumulateur a été développé, il s'agit des accumulateurs lithium polymère qui fournissent un peu moins d'énergie, mais ils sont plus sûrs [18]. La figure (II.13) illustre une photo d’une batterie lithium.

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Figure II.13 : Batterie Lithium (Li). II.7 Conclusion

L’énergie issue directement des panneaux PV est utilisée soit par une batterie ou une charge, en passant par des circuits d’acquisition, d’adaptation et de régulation. Lorsque le dimensionnement est correct, la batterie sera le réservoir d’énergie, que l’on remplira d’un côté par les panneaux PV et videra d’un autre côté par le récepteur. Ces deux évènements peuvent être simultanés ou non. La batterie impose la tension du montage du régulateur de charge et stabilisera ainsi la tension fournie à la charge (récepteur). Le choix du nombre de panneaux et de ses caractéristiques, des composants du convertisseur Buck, de la batterie et la méthodologie de charge seront basés sur les concepts théoriques développés dans ce deuxième chapitre.

Chapitre III