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LES ÉQUIPEMENTS LES BATTERIES SUPPORT DE COURS COURS EXP-PR-EQ160 Révision 0.2

LES ÉQUIPEMENTS LES BATTERIES SUPPORT DE COURS COURS EXP-PR-EQ160 Révision 0.2 Exploration & Production Équipements Les batteries Support de cours : EXP-PR-EQ160-FR Dernière Révision : 10/07/2007 Page 2 de 186 LES ÉQUIPEMENTS LES BATTERIES SOMMAIRE 1. OBJECTIFS.....................................................................................................................8 2. GÉNÉRALITÉS................................................................................................................9 2.1. QU’EST CE QU’UNE BATTERIE ?...........................................................................9 2.1.1. Qu’ont en commun toutes les batteries ? ........................................................10 2.1.2. Qu’est-ce qui différentie les batteries les unes des autres ? ...........................10 2.1.3. Quel est notre but ?.........................................................................................11 2.2. ORIGINE ET HISTORIQUE DES BATTERIES .......................................................12 2.3. CHIMIE D’UNE PILE ÉLECTRIQUE .......................................................................14 2.3.1. Élément de batterie .........................................................................................14 2.3.2. Comment fonctionne un élément de batterie ?................................................15 2.3.3. Processus de décharge...................................................................................18 2.3.4. Recharger ou ne pas recharger.......................................................................18 2.3.5. Choix des produits chimiques actifs ................................................................19 2.4. CONCEPT DE BASE DES BATTERIES.................................................................22 2.4.1. Tension............................................................................................................22 2.4.2. Capacité ..........................................................................................................23 2.4.3. Tension et capacité .........................................................................................23 2.5. ÉLÉMENTS EN SÉRIE ET EN PARALLÈLE ..........................................................24 2.5.1. Éléments reliés en série ..................................................................................24 2.5.2. Éléments reliés en parallèle ............................................................................25 2.6. RÉSISTANCE INTERNE D’UNE BATTERIE ..........................................................28 2.7. ÉLECTROLYTE ......................................................................................................30 2.7.1. Les deux électrolytes de la pile Daniell............................................................30 2.7.2. Densité de l’électrolyte liquide (élément liquide)..............................................32 2.7.3. Recommandations pour la manipulation de l’électrolyte..................................33 2.8. TERMINOLOGIE DES BATTERIES........................................................................34 2.9. DENSITÉ D’ÉNERGIE ............................................................................................36 2.10. EXERCICES .........................................................................................................37 3. CONSTRUCTION ET TECHNOLOGIE DES BATTERIES ............................................40 3.1. COMPOSANTS.......................................................................................................40 3.1.1. Boîtier..............................................................................................................40 3.1.2. Électrodes .......................................................................................................40 3.1.3. Séparateur.......................................................................................................40 3.1.4. Bornes.............................................................................................................41 3.1.5. Électrolyte........................................................................................................41 3.2. CONSTRUCTION INTERNE...................................................................................42 3.2.1. Électrodes (Compromis puissance/énergie)....................................................42 3.2.2. Électrodes de type aggloméré.........................................................................43 3.2.3. Électrodes à plaques planes ...........................................................................44 3.2.4. Électrodes spiralées (construction enroulée)...................................................45 3.2.5. Piles bouton ou pile ‘pièce’..............................................................................46 Exploration & Production Équipements Les batteries Support de cours : EXP-PR-EQ160-FR Dernière Révision : 10/07/2007 Page 3 de 186 3.2.6. Éléments à électrode multiple .........................................................................46 3.2.6.1. Configuration monopolaire .........................................................................46 3.2.6.2. Configuration bipolaire ...............................................................................46 3.3. INTERCONNECTIONS D’ÉLECTRODES ..............................................................48 3.4. BATTERIES ÉTANCHES ET À RECOMBINAISON................................................48 3.4.1. Électrolyte des batteries étanches...................................................................48 3.4.2. Soupapes de sécurité pour batteries étanches ...............................................49 3.5. BOITIER DE BATTERIE .........................................................................................50 3.5.1. Batteries cylindriques ......................................................................................50 3.5.2. Pile/batteries multi-éléments ...........................................................................51 3.5.3. Taille des piles/batteries courantes (à la maison)............................................51 3.5.4. Piles bouton et piles pièces.............................................................................52 3.5.5. Piles de type sachet ........................................................................................52 3.5.6. Batteries prismatiques.....................................................................................54 3.5.7. Batteries en couche mince ..............................................................................55 3.5.8. Batteries grande puissance.............................................................................56 3.5.9. Batteries de puissance ....................................................................................57 4. LES DIFFÉRENTS TYPES DE BATTERIES.................................................................59 4.1. NOMENCLATURE ..................................................................................................59 4.1.1. Identification des batteries...............................................................................59 4.1.2. Exemples.........................................................................................................60 4.1.2.1. Piles courantes (élément primaire).............................................................60 4.1.2.2. Batteries cylindriques de faible puissance .................................................61 4.1.2.3. Batteries/piles prismatiques .......................................................................62 4.2. ELEMENTS PRIMAIRES ........................................................................................64 4.2.1. Piles Leclanché (carbone-zinc) .......................................................................65 4.2.1.1. Caractéristiques .........................................................................................65 4.2.1.2. Avantages ..................................................................................................65 4.2.1.3. Inconvénients.............................................................................................66 4.2.1.4. Applications................................................................................................66 4.2.1.5. Prix.............................................................................................................66 4.2.2. Piles alcalines..................................................................................................67 4.2.2.1. Caractéristiques .........................................................................................67 4.2.2.2. Avantages ..................................................................................................68 4.2.2.3. Inconvénients.............................................................................................68 4.2.2.4. Applications................................................................................................68 4.2.2.5. Prix.............................................................................................................69 4.2.3. Piles à l’oxyde d’argent....................................................................................69 4.2.3.1. Caractéristiques .........................................................................................69 4.2.3.2. Avantages ..................................................................................................69 4.2.3.3. Inconvénients.............................................................................................69 4.2.3.4. Applications................................................................................................70 4.2.3.5. Prix.............................................................................................................70 4.2.4. Piles zinc air ....................................................................................................70 4.2.4.1. Caractéristiques .........................................................................................70 4.2.4.2. Avantages ..................................................................................................71 4.2.4.3. Inconvénients.............................................................................................71 4.2.4.4. Applications................................................................................................72 Exploration & Production Équipements Les batteries Support de cours : EXP-PR-EQ160-FR Dernière Révision : 10/07/2007 Page 4 de 186 4.2.4.5. Prix.............................................................................................................72 4.2.5. Piles au lithium ................................................................................................73 4.2.5.1. Caractéristiques .........................................................................................73 4.2.5.2. Avantages ..................................................................................................73 4.2.5.3. Inconvénients.............................................................................................74 4.2.5.4. Applications................................................................................................74 4.2.5.5. Prix.............................................................................................................75 4.2.6. Piles amorçables .............................................................................................75 4.2.6.1. Caractéristiques .........................................................................................75 4.2.6.2. Avantages ..................................................................................................76 4.2.6.3. Inconvénients.............................................................................................76 4.2.6.4. Applications................................................................................................76 4.2.6.5. Prix.............................................................................................................76 4.2.7. Piles thermiques..............................................................................................77 4.2.7.1. Caractéristiques .........................................................................................77 4.2.7.2. Avantages ..................................................................................................77 4.2.7.3. Inconvénients.............................................................................................78 4.2.7.4. Applications................................................................................................78 4.2.7.5. Prix.............................................................................................................78 4.3. BATTERIES ............................................................................................................79 4.3.1. Plomb acide.....................................................................................................80 4.3.1.1. Caractéristiques .........................................................................................80 4.3.1.2. Avantages ..................................................................................................81 4.3.1.3. Inconvénients.............................................................................................82 4.3.1.4. Charge .......................................................................................................83 4.3.1.5. Applications................................................................................................83 4.3.1.6. Prix.............................................................................................................84 4.3.1.7. Gamme de batteries plomb acide ..............................................................84 4.3.2. Fer nickel.........................................................................................................87 4.3.2.1. Caractéristiques .........................................................................................87 4.3.2.2. Avantages ..................................................................................................87 4.3.2.3. Inconvénients.............................................................................................87 4.3.2.4. Applications................................................................................................88 4.3.3. Nickel Cadmium ..............................................................................................89 4.3.3.1. Caractéristiques des piles sèches..............................................................89 4.3.3.2. Caractéristiques des batteries industrielles................................................89 4.3.3.3. Avantages ..................................................................................................92 4.3.3.4. Inconvénients.............................................................................................92 4.3.3.5. Charge .......................................................................................................93 4.3.3.6. Applications................................................................................................93 4.3.3.7. Prix.............................................................................................................94 4.3.4. Nickel métal hydrure........................................................................................94 4.3.4.1. Caractéristiques .........................................................................................94 4.3.4.2. Avantages ..................................................................................................95 4.3.4.3. Inconvénients.............................................................................................96 4.3.4.4. Charge .......................................................................................................96 4.3.4.5. Applications................................................................................................97 4.3.4.6. Prix.............................................................................................................97 Exploration & Production Équipements Les batteries Support de cours : EXP-PR-EQ160-FR Dernière Révision : 10/07/2007 Page 5 de 186 4.3.5. Nickel Zinc.......................................................................................................97 4.3.5.1. Caractéristiques .........................................................................................97 4.3.5.2. Avantages ..................................................................................................97 4.3.5.3. Inconvénients.............................................................................................98 4.3.5.4. Applications................................................................................................98 4.3.5.5. Prix.............................................................................................................98 4.3.6. Accumulateurs lithium .....................................................................................98 4.3.6.1. Caractéristiques .........................................................................................98 4.3.6.2. Avantages ..................................................................................................99 4.3.6.3. Inconvénients...........................................................................................100 4.3.6.4. Charge .....................................................................................................101 4.3.6.5. Applications..............................................................................................102 4.3.6.6. Prix...........................................................................................................102 4.3.6.7. Autres variétés de batteries rechargeables au lithium..............................102 4.3.7. Sodium soufre ...............................................................................................106 4.3.8. Batteries à circulation (Redox) ......................................................................107 4.3.8.1. Caractéristiques .......................................................................................107 4.3.8.2. Avantages ................................................................................................107 4.3.8.3. Inconvénients...........................................................................................107 4.3.8.4. Applications..............................................................................................107 4.3.8.5. Prix...........................................................................................................108 4.3.9. Batteries Zebra..............................................................................................108 4.3.9.1. Caractéristiques .......................................................................................108 4.3.9.2. Avantages ................................................................................................108 4.3.9.3. Inconvénients...........................................................................................108 4.3.9.4. Applications..............................................................................................109 4.3.9.5. Prix...........................................................................................................109 4.3.10. Autres piles galvaniques..............................................................................109 4.3.10.1. Batteries à électrolyte solide ..................................................................109 4.3.10.2. Nanotechnologies ..................................................................................109 4.3.10.3. Batteries au mercure..............................................................................110 4.3.10.4. Batteries nickel hydrogène (Ni-H2) ........................................................110 4.3.10.5. Batteries métal air ..................................................................................110 4.3.10.6. Batteries rechargeables aluminium-air...................................................110 4.4. BATTERIES PEU COURANTES...........................................................................111 4.4.1. Batterie à l’urine ............................................................................................111 4.4.2. Batteries Ampoule .........................................................................................111 4.4.3. Batterie « maison » .......................................................................................111 4.5. TABLEAU RÉCAPITULATIF – ACCUMULATEURS.............................................113 5. CHARGE DES BATTERIES (CHARGEUR DE BATTERIE)........................................115 5.1. COMMENT CHARGER ACCUMULATEURS OU BATTERIES ............................115 5.1.1. Charge des batteries plomb acide.................................................................116 5.1.1.1. Charge des batteries au plomb en 2 étapes.............................................117 5.1.1.2. Charge des batteries au plomb en 3 étapes.............................................118 5.1.2. Charge des batteries nickel-cadmium ...........................................................119 5.1.2.1. Charge normale .......................................................................................119 5.1.2.2. Charge accélérée.....................................................................................120 5.1.2.3. Charge rapide ..........................................................................................120 Exploration & Production Équipements Les batteries Support de cours : EXP-PR-EQ160-FR Dernière Révision : 10/07/2007 Page 6 de 186 5.1.2.4. Charge permanente .................................................................................120 5.1.2.5. Courant de maintien.................................................................................120 5.1.2.6. Méthode industrielle de charge ................................................................120 5.1.3. Charge des batteries nickel métal hydrure ....................................................122 5.1.4. Charge des piles au lithium ...........................................................................123 5.1.5. Charge des piles alcalines.............................................................................126 5.1.6. Pic delta-dV/dt - dV .......................................................................................127 5.1.7. Capacité réelle des batteries.........................................................................128 5.2. LE CHARGEUR DE BATTERIE............................................................................129 5.2.1. Description et principe de fonctionnement.....................................................129 5.2.2. Système mixte...............................................................................................130 5.2.3. Modes de fonctionnement .............................................................................131 5.2.3.1. Mode Floating ..........................................................................................132 5.2.3.2. Mode panne d’alimentation CA ................................................................133 5.2.3.3. Mode charge et alimentation de charge ...................................................133 5.2.3.4. Groupe de batteries .................................................................................134 5.2.3.5. Ventilation et extraction............................................................................134 5.3. LES ASI POUR ALIMENTATION CA....................................................................135 5.3.1. Synchronisation ASI ......................................................................................135 5.3.2. Principe de secours.......................................................................................136 5.3.2.1. Fonctionnement normal ...........................................................................138 5.3.2.2. Panne de l’alimentation CA primaire (normale)........................................138 5.3.2.3. Alimentation de secours en mode charge ................................................139 5.3.2.4. Maintenance en mode dérivation .............................................................140 6. OPÉRATIONS DE MAINTENANCE ............................................................................141 6.1. OBJECTIFS DE LA MAINTENANCE ....................................................................141 6.1.1. Protection des éléments................................................................................141 6.1.2. Contrôle de la charge ....................................................................................142 6.1.3. Gestion de la demande .................................................................................142 6.1.4. Détermination du SOC ..................................................................................142 6.1.5. Détermination du SOC ..................................................................................142 6.1.6. Équilibrage des éléments ..............................................................................142 6.1.7. Historique - (Fonction journal) .......................................................................143 6.1.8. Authentification et identification.....................................................................143 6.1.9. Communications............................................................................................143 6.2. MAINTENANCE GÉNÉRALE COURANTE...........................................................144 6.2.1. Propreté du banc de batterie.........................................................................144 6.2.2. Serrage des connexions entre éléments et vérification de résistance...........144 6.2.3. Mesure de chaque tension d’élément............................................................148 6.2.4. Mesure de la résistance interne de chaque élément .....................................150 6.2.5. Tests de décharge.........................................................................................152 6.2.5.1. Lors de l’installation..................................................................................152 6.2.5.2. Tous les six mois et tous les ans..............................................................153 6.2.5.3. Tests de continuité...................................................................................153 6.2.6. Mesures de température ...............................................................................153 6.2.7. Remplacement d’un élément.........................................................................154 6.2.8. Contrôle d’exploitation de routine ..................................................................155 6.3. MAINTENANCE SPÉCIFIQUE DES BATTERIES ................................................157 Exploration & Production Équipements Les batteries Support de cours : EXP-PR-EQ160-FR Dernière Révision : 10/07/2007 Page 7 de 186 6.3.1. Batterie plomb-acide ouverte liquide .............................................................157 6.3.1.1. Rythme de maintenance des batteries liquides classiques plomb acide..157 6.3.1.2. Aspect des éléments normaux.................................................................158 6.3.1.3. Test de densité (tous les 6 mois) .............................................................158 6.3.2. Batteries plomb-acide étanches, VRLA / AGM / GEL....................................159 6.3.2.1. Généralités...............................................................................................159 6.3.2.2. Périodicité de maintenance des batteries plomb-acide à régulation par soupape / Gel........................................................................................................161 6.3.3. Batteries liquides ouvertes nickel-cadmium (Acide ou potassium) ................162 6.3.3.1. Périodicité de maintenance des batteries ouvertes Nickel-Cadmium.......162 6.3.3.2. Électrolyte de batterie ouverte nickel-cadmium........................................163 6.3.3.3. Niveau d’électrolyte..................................................................................163 6.3.3.4. Mesure de densité....................................................................................164 6.3.3.5. Renouvellement de l’électrolyte ...............................................................164 6.3.4. Batteries étanches nickel-cadmium VRLA / GEL ..........................................164 6.4. DIAGNOSTIC DE PANNES DES BATTERIES .....................................................165 6.4.1. Problèmes courants ......................................................................................165 6.4.2. Problèmes sur les batteries plomb acide ouvertes ........................................166 6.5. FICHES DE MAINTENANCE ................................................................................168 7. MESURES DE SÉCURITÉ POUR LE TRAVAIL SUR BATTERIES ............................173 7.1. INTRODUCTION AUX MESURES DE SÉCURITÉ DES BATTERIES..................173 7.2. TRAVAILLER SUR DES BATTERIES...................................................................173 7.2.1. Dangers sur les batteries...............................................................................174 7.2.1.1. Tension CC élevée...................................................................................174 7.2.1.2. Décharges électriques .............................................................................174 7.2.1.3. Bornes en court-circuit .............................................................................174 7.2.1.4. Arc électrique en cas de court-circuit .......................................................174 7.2.1.5. Déversement d’acide ...............................................................................174 7.2.1.6. Brûlures d’acide .......................................................................................174 7.2.1.7. Gaz hydrogène.........................................................................................175 7.2.1.8. Risque d’explosion...................................................................................175 7.2.2. Mesures de sécurité ......................................................................................175 7.2.2.1. Généralités...............................................................................................175 7.2.2.2. Vêtements de sécurité .............................................................................176 7.2.2.3. Outils de sécurité .....................................................................................176 7.2.2.4. Déversement d’acide et d’électrolyte .......................................................177 7.2.3. Danger des batteries .....................................................................................177 7.2.3.1. Danger d’explosion ..................................................................................177 7.2.3.2. Arrête-flammes – objectif et nettoyage.....................................................178 7.2.4. Installation de la salle des batteries...............................................................178 7.2.4.1. Implantation..............................................................................................178 7.2.4.2. Ventilation : ..............................................................................................179 7.2.4.3. Exemple d’implantation de la salle des batteries......................................180 8. GLOSSAIRE................................................................................................................181 9. SOMMAIRE DES FIGURES........................................................................................182 10. SOMMAIRE DES TABLEAUX ...................................................................................185 11. CORRECTIONS DES EXERCICES ..........................................................................186 Exploration & Production Équipements Les batteries Support de cours : EXP-PR-EQ160-FR Dernière Révision : 10/07/2007 Page 8 de 186 1. OBJECTIFS Pouvoir expliquer, en comprenant les fondements, les principes de base du fonctionnement et de la maintenance des différentes batteries présentes sur un site industriel. Ce cours traite également du pendant incontournable des batteries : les systèmes d’alimentation en courant continu (CC) ainsi que les concepts de base des ASI (alimentations sans interruption) et convertisseurs courant continu / courant alternatif (CC/CA). Après cette formation, l’élève doit pouvoir : Expliquer le principe fondamental d’une batterie, Distinguer les différents types de piles et batteries, Décrire les applications des différents types de batteries (plomb-acide, Ni-Cd, etc.), Expliquer le choix de tel type de batterie pour tel emploi spécifique, Tester des batteries uploads/Management/ les-batteries 1 .pdf