1. TYPES D’ACCUMULATEURS
Plomb - acide Pb
Nickel Hydrure Métallique Ni-Mh
Nickel cadmium Ni-Cd
Lithion ion Li-ion
2. DÉFINITION DES CARACTÉRISTIQUES DES ACCUMULATEURS 2-1 Sa charge électrique.
La charge électrique (une quantité d'électrons, parfois appelée à tort dans le langage courant capacité électrique) est généralement indiquée en (m)Ah ((milli)Ampère(s) pendant une heure) par le constructeur. Elle se mesure dans la pratique en multipliant un courant constant par le temps de charge/décharge, en Ah (ampère-heure) ou mAh (milliampère heure), mais l'unité officielle de charge (SI) est le coulomb équivalent à un As (Ampère pendant une seconde): 1 Ah
= 1 000 mAh = 3 600 C ; 1 C = 1 Ah/3 600 = 0,278 mAh. Elle n'est comparable que pour des valeurs de tension égales.
2-2 Énergie stockée.
L'énergie stockée se mesure usuellement en Wh (watt-heure) mais l'unité officielle (SI) est le joule.
1 Wh = 3 600 J = 3,6 kJ ; 1 J = 0,278 mWh. le rapport entre les deux est la tension (à supposer qu'elle soit stable) par la formule 1 Wh <-> 1 Ah x 1 V <-> 1 A x 1 h x 1 V (valable uniquement en courant continu). En pratique inutile car la tension est variable (elle diminue proportionnellement à la charge), il faut juste retenir qu'une valeur Ah n'est pas comparable d'un voltage nominal à l'autre.
2-3 Densité massique.
La densité massique, ou énergie spécifique, est une des caractéristiques importantes d'un accumulateur, elle correspond à la quantité d'électricité (Ah/kg) ou d'énergie (Wh/kg) qu'il peut restituer par rapport à sa masse.
2-4 Densité volumique.
La densité volumique, ou densité d'énergie, est une autre caractéristique qui peut avoir son importance, elle correspond à la quantité d'électricité (Ah/m³) ou d'énergie (Wh/m³) qu'il peut restituer par rapport à son volume. On utilise plus couramment les Wh/dm3 soit Wh/l.
2-5 Résistance interne.
L’impédance interne, exprimée en Ohm, impédance parasite qui limite le courant de décharge, ainsi que la fréquence de ce courant, en transformant en chaleur par effet joule une partie de l'énergie restituée. En pratique, on assimile souvent l'impédance à la seule résistance pure.
2-6 Rendement.
En physique, le rendement est défini comme une grandeur sans dimension qui caractérise l'efficacité d'une transformation, physique ou chimique. En physique, la grandeur caractérise généralement la conversion d'une forme d'énergie en une autre.
3. CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DES DIFFÉRENTS TYPES D’ACCUMULATEURS
Type d'accumulateur tension (V) par élément Nombre de cycles Rendement en %
Plomb - acide 2,25 400 à 800 0,5
Nickel Hydrure Métallique 1,2 800 à 1000 0,66
Nickel cadmium 1.2 1500 à 2000 0,7
Lithion ion 3,6 500 à 1000 0,9
4. CARACTÉRISTIQUES PARTICULIÈRES DES ACCUMULATEURS NP2.8 - 6
38 h HHR300CH
type d’accumulateur plomb type d’accumulateur Ni-MH
Fabricant yuasa Fabricant panasonic
Capacité (Ah) 2,8 Capacité (Ah) 3,3
Tension (V) 6 Tension (V) 1,2
Distributeur http://www.all- Distributeur http://fr.mouser.com
Prix TTC (€) 21,9 Prix TTC (€) 7,13
Masse (kg) 0,55 Masse (kg) 0,08
Longueur (dm) 1,34 Diamètre (dm) 0,258
Largeur (dm) 0,34 Hauteur (dm) 0,5
Hauteur (dm) 0,64
N-3000 CR NCR18650
type d’accumulateur Ni-Cd type d’accumulateur Lithion-ion
Fabricant sanyo Fabricant panasonic
Capacité (Ah) 3 Capacité (Ah) 2,9
Tension (V) 1,2 Tension (V) 3,6
Distributeur http://www.batteries4 Distributeur http://veryvape.fr
Prix TTC (€) 7,52 Prix TTC (€) 10
Masse (kg) 0,086 Masse (kg) 0,045
Diamètre (dm) 0,26 Diamètre (dm) 0,186
Hauteur (dm) 0,5 Hauteur (dm) 0,652
4-2-3 Indiquer la formule à écrire dans la cellule P6 pour afficher l’énergie stockée dans la batterie (en Wh) :
Energie stockée = capacité x tension W = C x U
4-2-5 Indiquer la formule à écrire dans la cellule Q6 pour afficher la densité d’énergie massique (en Wh/kg) :
Densité massique = Energie stockée / masse
4-2-7 Indiquer la formule à écrire dans la cellule R6 pour afficher la densité d’énergie volumique (en Wh/dm3) :
Densité volumique = Energie stockée / volume
4-2-9 Indiquer la formule à écrire dans la cellule S6 pour afficher l’énergie consommée pour charger complètement la batterie (en Wh) :
Energie consommé = énergie stockée / rendement de charge
4-2-11 Indiquer la formule à écrire dans la cellule T6 pour afficher l’énergie consommée pour charger la batterie durant tous les cycles de fonctionnement (en kWh) :
Energie consommé total = Energie consommé x nb de cycle
4-2-13 Indiquer la formule à écrire dans la cellule U6 pour afficher l’énergie stockée dans la batterie durant tous les cycles de fonctionnement (en kWh) :
Energie total stockée = Energie stockée x nb de cycle
4-2-15 Indiquer la formule à écrire dans la cellule V6 pour afficher le coût de l’énergie consommée par la batterie durant tous les cycles de fonctionnement (en €) :
Coût de la consommation = Energie consommé total x prix du KWh
4-2-17 Indiquer la formule à écrire dans la cellule W6 pour afficher le coût total d’utilisation de la batterie (en €) :
Coût d’utilisation = coût de consommation + prix accumulateur
4-2-19 Indiquer la formule à écrire dans la cellule X6 pour afficher le coût de revient du kWh stocké dans la batterie :
Coût de revient du KWh = cout d’utilisation / Energie total stockée
5. INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
5.1. BATTERIE NP2.8 - 6 5.1.1. AVANTAGES
En observant les résultats nous constatons aucuns avantages pour la batterie au plomb.
D’après la fiche ressource elle a le principal avantage d’une faible autodécharge de 5%
par mois.
5.1.2. INCONVÉNIENTS
Son poids et volume élevés donc de faible densité énergétique. Le rendement à la charge est faible. Le coût d’utilisation est le plus élève de quatre accumulateurs étudiés.
5.1.3. PRINCIPALES UTILISATIONS
Cette batterie sert à alimenter les composants électriques des véhicules à moteur à explosion, particulièrement le démarreur électrique, alimentée par une dynamo ou un alternateur.
Les batteries au plomb servent aussi à alimenter toutes sortes d'engins électriques. Les voitures électriques ne se sont toujours pas imposées du fait du mauvais rapport masse/énergie des batteries, bien que le rendement d'un moteur électrique soit exceptionnel.
Ces batteries peuvent servir à stocker de l'énergie produite par intermittence, comme l'énergie solaire ou éolienne.
5.2. ACCUMULATEURS HHR300CH 5.2.1. AVANTAGES
Bonne densité massique et volumique. Simple à stocker et à transporter et ne pollue pas comme le Nickel-cadmium.
5.2.2. INCONVÉNIENTS
Forte autodécharge > 30 % par mois et cout d’utilisation élevé. Le rendement à la charge
est moyen.
5.2.3. PRINCIPALES UTILISATIONS
Les batteries Ni-MH sont actuellement le standard pour équiper les voitures hybrides (moteur à combustion + moteur électrique), ainsi pour les petits appareils LR3 (AAA) ou
LR6 (AA).
5.3. ACCUMULATEURS N-3000 CR 5.3.1. AVANTAGES
Nombre de cycle le plus important des quatre accumulateurs étudiés.
Coût de revient le plus faible.
Se recharge facilement même à basse température.
5.3.2. INCONVÉNIENTS
Faible densité énergétique. S'autodécharge assez rapidement (20% / mois).
Accumulateur polluant.
5.3.3. PRINCIPALES UTILISATIONS
Les accumulateurs Ni-Cd sont conçus pour un usage industriel ou professionnel.
5.4. ACCUMULATEURS NCR18650 5.3.1. AVANTAGES
Très forte densité massique et volumique.
Faible auto décharge.
5.4.2. INCONVÉNIENTS
Cette technologie mal utilisée présente des dangers potentiels : elles peuvent se dégrader en chauffant au-delà de 80°C en une réaction brutale et dangereuse. Il faut toujours manipuler les accumulateurs lithium-ion avec une extrême précaution, ces batteries peuvent être explosives. Et comme avec tout accumulateur : ne jamais mettre en court-circuit l'accumulateur, inverser les polarités, surcharger ni percer le boîtier.
Nombre de cycles moyen.
5.4.3. PRINCIPALES UTILISATIONS
Aéronautique, véhicules hybrides, systèmes de secours.
Les satellites Galiléo par exemple sont équipés de batterie Li-ion d'une durée de vie de douze ans.
Comparer le diagramme de ragonne obtenu à celui du sujet ?
En comparant les deux diagrammes on retrouve bien les positions des différentes technologies d’un point vue de la densité massique et volumique. Avec l’accumulateur au plomb le moins performant et le lithium le plus performant.
