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Un accumulateur électrique est un dispositif destiné à stocker l'énergie électr

Un accumulateur électrique est un dispositif destiné à stocker l'énergie électrique afin de pouvoir l'utiliser ultérieurement. Cette opération est aussi appelée stockage d'énergie. On distingue : 1. Les accumulateurs d'énergie convertissant l'énergie électrique dans une autre forme afin de la stocker et, la restituer ultérieurement; 2. Les accumulateurs électriques fonctionnant selon les principes de l'électrostatique : bouteille de Leyde, condensateurs ou super condensateur ; 3. Les accumulateurs électriques fonctionnant selon les principes de l'électrodynamique : circuit bobiné ; 4. Les accumulateurs électrochimiques, fonctionnant grâce aux réactions électrochimiques de leurs électrodes, qui assurent la conversion de l’énergie électrique en un processus chimique réversible. Principe des accumulateurs électrochimique en cours de charge Généralités L'énergie électrique peut donc se stocker de différentes manières : _ Sous forme d'énergie électrostatique, en accumulant des charges électriques dans un ou plusieurs condensateurs. L'apparition, vers 1995, de condensateurs dont la capacité peut atteindre quelques centaines de farads permet de réaliser des substituts aux batteries d'accumulateurs classiques. Les avantages sont une diminution du poids et un fonctionnement possible par très grand froid (véhicules polaires). Avec un inconvénient de taille le prix au kWh stocké nettement plus élevé. _ Sous forme d'énergie électromagnétique, en établissant un courant électrique dans un circuit bobiné autour d'un circuit magnétique, de telle sorte que l'énergie nécessaire pour mettre en mouvement les charges électriques puisse être restituée par induction. La durée de stockage de l'énergie reste faible même avec les meilleurs métaux conducteurs que sont l'argent et le cuivre en raison des pertes par effet Joule dans le circuit ; un stockage de longue durée nécessite ainsi l'utilisation de matériaux supraconducteurs. Les dispositifs ainsi réalisés sont connus sous le nom de SMES : Superconducting Magnet Energy Storage. _ Sous forme électrochimique, qui présente la caractéristique intéressante de fournir une tension (différence de potentiel) à ses bornes peu dépendante de sa charge (quantité d'énergie stockée) ou du courant débité. On utilise la propriété qu'ont certains couples chimiques d'accumuler une certaine quantité d'électricité en modifiant leur structure moléculaire et ceci de manière réversible. _ Différents types de couples chimiques sont utilisés pour la réalisation d'accumulateurs électriques. Compte tenu des limites des techniques de stockage direct de l'électricité, le mot accumulateur désigne en électrotechnique principalement le dispositif électrochimique. 2 Caractéristiques générales des accumulateurs électrochimiques 2.1 Tension électrique La tension ou potentiel (en volt) est un paramètre important. Fixée par le potentiel d'oxydo-réduction du couple redox utilisé, elle est de l'ordre de un à quelques volts pour un élément. Comme en pratique des tensions plus élevées, typiquement 12, 24 voire 48 V et plus sont requises, il suffit pour augmenter la tension de raccorder des éléments du même type en série au sein d'une batterie d'accumulateurs. C'est sans aucun doute l'origine du terme « batterie » comme synonyme courant d’ accumulateur et, en anglais, de « pile » ; toutefois certains évoquent une autre source étymologique possible : l'effet de choc d'un courant électrique, comme si l'appareil électrique « battait » celui qui reçoit la décharge. 2.2 Charge électrique La charge électrique (une quantité d'électricité emmagasinée par l'accumulateur), se mesure en Ah ou mAh ((m)Ah : (milli)ampère(s) pendant une heure). 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 = 1000mAh = 3 600 C ; 1 C = 1 Ah/3 600 = 0,278 mAh. Ne pas confondre charge électrique et énergie stockée (voir ci-dessous). La capacité de charge électrique, souvent appelée dans le langage courant capacité de l'accumulateur est la charge électrique que peut fournir l'accumulateur complètement chargé pendant un cycle complet de décharge. Sa valeur initiale théorique doit être indiquée par le constructeur, suivant la règlementation actuelle (en Ah ou mAh voir ci dessus). Elle dépend de l'intensité de décharge (comme l'a établi la loi de Peukert) et elle diminue au fur et à mesure de la vie de l'accumulateur. La méthode de mesure la plus répandue consiste à mesurer, pour un courant de décharge constant donné, le nombre d'heures durant lesquelles l'accumulateur fournit ce courant, avec une tension supérieure à la tension de seuil (qui vaut, par exemple, 0,9 V pour un accumulateur NiMH). La capacité mesurée est alors le produit du nombre d'heures par le courant fourni. La tension à vide de l'accumulateur, facile à mesurer avec un voltmètre, ne donne généralement pas une indication fiable de la charge restant dans l'accumulateur, sauf dans le cas de la technologie Lithium-Ion. 2.3 Énergie stockée L'énergie stockée dans la batterie est égale à sa charge électrique multipliée par la tension moyenne sous laquelle cette charge est déchargée. L'énergie stockée se mesure habituellement en watt-heure (Wh) mais l'unité officielle (SI) est le joule. 1 Wh = 3 600 J = 3,6 kJ ; 1 J = 0,279 mWh. 2.4 Débit maximum Le débit maximum, ou courant de pointe, d'un accumulateur se mesure en ampère. Il est généralement spécifié en amplitude et en durée et est généralement largement supérieur au débit permanent autorisé. 2.5 Impédance interne L’impédance interne, exprimée en ohm, est l'impédance parasite qui provoque une chute de tension en décharge et, par conséquent, limite le courant de décharge. Comme les accumulateurs sont des dipôles non linéaires, elle est généralement mesurée pour des faibles variations de tension et de courant (de l'ordre de 10 mV, pour la tension). Sa mesure requiert un appareillage spécialisé. La résistance interne, qui est la partie réelle de l'impédance, est assez simple à mesurer au moyen d'un voltmètre et d'un ampèremètre. 2.6 Courant de charge maximum Le courant maximum supportable pendant la recharge est indiqué en ampère, mais est souvent exprimé en unité de charge, c'est-à-dire rapporté à la capacité. L'unité de charge est le rapport entre le courant de charge en A et la capacité C en Ah. Une valeur de 0,5 C correspondant à 0,5 A pour une capacité de 1 Ah ou à 1 A pour une capacité de 2 Ah, et dans les deux cas à une charge de 2 heures. 2.7 Densité La densité massique, ou énergie spécifique, est une des caractéristiques importantes d'un accumulateur elle cor3 respond à la quantité d'énergie (Wh/kg) qu'il peut restituer par rapport à sa masse. La densité volumique, ou densité d'énergie, est une autre caractéristique qui peut avoir son importance, elle correspond à la quantité d'énergie (Wh/m³) qu'il peut restituer par rapport à son volume. On utilise plus couramment les Wh/dm³ soit Wh/L. La densité de puissance en pointe, ou puissance spécifique, correspond à la puissance maximale rapportée à la masse de l'accumulateur, et s’exprime en watt par kilogramme (W/kg). De la même manière, on peut calculer la puissance rapportée au volume, moins usitée. Cette puissance spécifique est surtout fonction inverse de la résistance interne de l'accumulateur. 2.8 Vieillissement et usure Le vieillissement et l'usure entrainent 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). 2.9 Forme physique Différences entre accumulateurs et piles alcalines. Certains éléments sont fabriqués selon les normes établiespar la Commission électrotechnique internationale (CEI) et par l'American National Standards Institute (ANSI). Cependant, beaucoup de formes physiques sont propres aux fabricants d'accumulateurs, ou correspondent à des besoins particuliers des utilisateurs. Ce dernier cas est celui de la plupart des batteries de téléphones portables. Le marquage « RECHARGEABLE » est obligatoire sur les accumulateurs NiMH et NiCd[1]. Sur certains accumulateurs, il figure en très petits caractères. Lorsque le marquage est illisible ou effacé, sur les éléments cylindriques, on peut distinguer les accumulateurs des piles alcalines par le fait que les accumulateurs ont souvent une borne supérieure (pôle +) entourée de plastique, alors que les piles alcalines ont une borne supérieure en métal. La connaissance de ce détail peut permettre d'éviter des erreurs, mais la règle n'est pas absolue. 3 Différentes techniques[2] 3.1 Plomb-acide La tension nominale d'un élément accumulateur de ce type est de 2,1 V. Il s’agit du couple le plus ancien. C'est le dispositif de stockage d'énergie électrique utilisé pour la batterie de démarrage de la plupart des véhicules automobiles. _ L'accumulateur au plomb a été inventé par Gaston Planté qui observait l'électrolyse de l'eau acidulée. _ En essayant le plomb dans sa recherche de matières plus économiques que le platine, il remarqua que son appareil rendait de l'électricité lorsqu'on coupait l'alimentation ; comme si l'oxygène et l'hydrogène pouvaient rendre l'électricité qui les avait produits. _ Gaston Planté crut avoir inventé la pile à combustible, mais comprit vite que ce 'étaient pas l'oxygène et l'hydrogène gazeux qui produisaient le courant, mais la modification chimique (oxydation) de la surface du plomb. _ Son appareil se composait de deux lames de plomb maintenues écartées par des bandes isolantes. Pour augmenter la surface des électrodes, Gaston Planté enroula concentriquement deux bandes de plomb séparées par uploads/Industriel/ un-accumulateur-electrique-est-un-dispositif-destine-a-stocker-l.pdf