De nouvelles batteries à recharge rapide et à hautes performances sont d'ores et déjà commercialisées (outils portatifs black et decker) : Les photos ci-dessous sont extraites du site :
a123systems





rappel : 1wh=3.6 kJ, et 1km/h=3.6 m/s (mètre par seconde)

La puissance animale :
On mesure des puissances de pédalage humain entre 100 et 500 watts, soit pour un poids moyen de 50 kg une densité de 2 à 10 watts par kg.
Un cheval vapeur vaut environ 750 watts, le poids d'un cheval est de 750 kg environ, soit 1 watt par kg.
Un cycliste fournissant une puissance de 50 watts pendant deux heures délivre une quantité d'énergie de 100 wattsheures, soit 0.36 MJ (mégajoules).
Un cycliste qui élèverait le poids de ses 50 kgs de la hauteur des manivelles (40 cm) une fois par seconde fournirait une puissance de 250 watts (cas de l'effort maximum debout sur les pédales - dit "en danseuse").

La puissance électrique :
Un moteur électrique fournit une puissance de 100 watts par kilog environ.
Les sources d'énergie électrique :
1-Les batteries électrochimiques les plus courantes sont au plomb et à l'acide comme électrolyte, leur puissance massique est de l'ordre de 30 Wh/kg. (=0.1 MJ/kg) exemple batterie plomb gel 24v 3.5 ah 2.5 kg donc 33 wh au kg :
2-L'acide étant corrosif on a développé des batteries au nickel-cadmium (nicad) utilisant la potasse comme électrolyte qui arrivent à 50 wh/kg:(0.18 MJ/kg)
3-Avec le nickel et l'hydrure métallique (nimh) on arrive à 80 wh/kg:( 0.3 MJ/kg)
4-Avec le lithium et le carbone (li ion) à 120 wh/kg:( 0.43 MJ/kg)
6-Avec le lithium et un polymère pour contenir l'électrolyte (li-po) 180 wh/kg (0.65 MJ/kg):
exemple la batterie kokam lipo 36 volts 8 ah, soit 290 wh=1.04 MJ pour 1.5 kg donc 0.7 MJ/kg, se rapproche du stockage d'hydrogène par bouteille d'hydrure métallique de 1 à 8 MJ/kg.

ordre de grandeur des énergies nécessaires à la propulsion du vélo électrique :
pour monter une masse de 100 kg de 100 m il faut 0.1 MJ
pour rouler une masse de 100 kg sur le plat pendant 10 km à faible vitesse il faut environ 1% du poids(soit 10 N) comme résistance au roulement (pneus, roulements,rayons, cadre et suspensions) soit 0.10 MJ.
Pour contrer la résistance de l'air de 1 m2 au cx de 0.40 pendant 10 km à la vitesse de 25 km/h il faut 0.6x(25/3.6)**2x0.40 = 12 N x 10000 m, soit 0.12 MJ
Pour une autonomie de 50 km à 25 km/h avec un dénivellé moyen de 1% (100/10000) il faut donc compter sur un dépense d'énergie de 1.6 MJ (5 fois 0.32), soit 16 kg de batteries au plomb en compensant par le pédalage musculaire les pertes de rendement (batterie, moteur, transmissions)
Cette énergie de 1.6 MJ en deux heures correspond à une puissance de 222 watts provenant des batteries avec environ 100 watts musculaires pour compenser les pertes. (Cas des vélos avec 15 kg de batteries au plomb, équivalents à 1.5 de lithium polymère).
Un cycliste qui fournirait une puissance de 50 watts pendant deux heures délivrerait une énergie de 0.36 MJ, ce qui correspond à seulement une partie des 1.6 MJ qui sont nécessaires pour parcourir 50 km dans ces deux heures, mais correspond à un parcours d'un peu plus de 20 à 25 km à une vitesse moyenne d'un peu moins de 15 km/h avec un vélo sans assistance électrique.

7-Avec les nanotechnologies on projette pour 2006 des batteries lipo se rechargeant en quelques minutes au lieu de quelques heures pour les précédentes.(Toshiba).:
8-Les panneaux photovoltaïques fournissent environ 180 W/m2:
9-Une éolienne pourrait théoriquement fournir environ 18 w/m2 pour un vent courant de 3 m/s à 150 w /m2 pour un vent de 6 m/s (puissance max théorique proportionnelle à la demi densité de l'air et au cube de la vitesse du vent)
.En pratique le rendement au m2 d'un panneau photovoltaïque serait donc meilleur que celui de l'éolienne, pour des conditions moyennes de vent ou d'ensoleillement .:
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réactions chimiques de la batterie au plomb :

Effets de la température :
1-Une batterie chargée à 100% de sa capacité se décharge progressivement si elle n'est pas utilisée. Elle ne perd que le quart de sa charge initiale au bout d'un an à la température de 20 degrés C, mais seulement au bout de 6 mois à 30 dg. et un mois à 50 dg.
2-La capacité d'une batterie est nominale à 100 % si elle débite un courant faible (5% de la capacité nominale) à la température de 20 degrés C , mais elle est réduite de moitié si elle débite un courant fort ( 2 fois la capacité nominale), et elle perd en outre 20% si la température descend à -10 degrés.
3- La tension avec laquelle on doit recharger la batterie est, pour un élément de tension nominale 2V, comprise entre 2.25 et 2.30 Volts à la température de 20 degrés C, mais si la température descend à -10 elle doit monter entre 2.37 et 2.50 V. (sinon la batterie ne se recharge pas) et inversement si la température monte à 35 dg. elle doit rester entre 2.2 et 2.25 (sinon la batterie bout ou ne se recharge pas). Lorsque la batterie est rechargée en discontinu ces valeurs sont à augmenter d'environ 1 volt par rapport à la moyenne des deux précédentes.
Durée de vie :
La durée de vie d'une batterie au plomb et électrolyte acide gélifié est donnée pour 350 cycles de décharges et recharges complètes, mais elle peut durer jusqu'à 600 cycles si on ne la décharge qu'à moitié, voire 1500 cycles si elle n'est déchargée qu'au quart de sa capacité avant d'être rechargée.
Ces remarques correspondent aux quatre graphiques suivants :
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En principe le chargeur doit couper la charge quand elle est complète, charger avec un courant de l'ordre du dixième de la capacité ( c'est à dire que si la batterie a débité pendant une durée t elle doit être rechargée pendant une durée dix fois plus longue, et le contrôle des appareils doit couper le débit quand la tension de la batterie devient trop basse, indiquant qu'elle est déchargée.
Si la batterie est chargée trop longtemps ou avec un courant trop fort elle perd son eau (qui ne peut être rajoutée dans le cas de l'electrolyte gélifié), si elle débite en fin de décharge ou un courant plus fort que le nominal (quelques ampères pour des batteries de traction, jusqu"à quelques centaines pour des batteries de démarrage) elle sulfate et perd de sa capacité.
Le prix d'une batterie de 12 V au plomb acide pour démarage de voiture ou motocyclette avec électrolyte liquide, ou pour traction de 2 roues électrique avec électrolyte gélifié est de l'ordre de 35 euros, celui des batteries li-ion 4 fois plus légères est dix fois plus élevé, celui des batteries li-po encore très élevé.
Les batteries de traction étant concues pour délivrer des courants de quelques ampères (par exemple 4 ampères max), une puissance de 100 watts(trottinettes) pour être obtenue au moyen de deux batteries de 12 volts en série (soit 24 volts), pour une puissance de 300 watts (vélos assistés) on utilise en général 3 batteries de 12, soit 36 volts, voire plus ( 48 volts etc...) pour des puissances supérieures (motocyclettes et voitures électriques).
Une batterie de démarrage, ou un chargeur-démarreur pour automobile thermique peuvent délivrer des courants de pointe approchant les 1000 ampères.Pour les courants qui dépassent quelques ampères les contacteurs doivent être adaptés, par exemple les relais de commande des moteurs de démarrage, les pinces crocodiles de grande section etc...Les connections mal serrées ou non graissées peuvent se recouvrir de sels isolants sour l'effet de l'humidité et doivent être énergiquement grattées pour rétablir le passage du courant (cable de masse, cosses de démarreur) lorsque ces pannes se produisent Sur les batteries de petite puissance la plupart des pannes sont dues à une cosse de cable désserée qu'il suffit de reconnecter en la resserrant pour y remédier
La production et la dissolution du sulfate au cours des charges-décharges de la batterie est normale, cependant lorsque celle-ci est trop sollicitée en dehors de ses spécifications ce sulfate donne un précipité isolant blanc qui se dépose sur les plaques et diminue la capacité de la batterie en augmentant sa résistance interne, tandis qu'à l'inverse les dépots de plomb et d'oxyde conducteurs au fond de la cuve déchargent la batterie.
Il existe des désulfateurs électroniques qui soumettent la batterie à un grand nombre de court-circuits de durée très brève pendant un ou plusieurs jours et des désulfateurs chimiques qui s'ajoutent à l'electrolyte, ou encore des additifs à l'électrolyte qui retardent la précipitation du sulfate.
L'état d'usure d'une batterie se mesure au moyen d'un chargeur-testeur qui effectue une recharge complète suivie d'une décharge complète pour mesurer sa capacité résiduelle.
Une batterie d'automobile au plomb à électrolyte liquide qui ne tient plus la charge peut parfois être à nouveau rendue utilisable en la vidant de son électrolyte, la rinçant à l'eau courante peu minéralisée, la vidant à nouveau, la chargeant une nuit en la remplissant à l'eau pure, la vidant à nouveau avant de remettre l'électrolyte d'origine pour finalement la recharger.
L'acide des batteries usagées est neutralisé à la chaux (craie), l'enveloppe plastique est également retransformée, et le reste est brulé afin de récuper le plomb métallique résiduel.
Une batterie à electrolyte gélifiél de 12 volts est constituée de 6 éléments de 2 volts chacun.On considère qu'elle est usagée si sa tension descend au-dessous de 10.8 volts, mais bien souvent il n'y a alors qu'un seul élément de 2 volts (couple électrique de la liaison plomb-oxyde) qui est hors d'usage et on pourrait donc encore utiliser les autres, c'est à dire reformer une batterie opérationnelle de 12 volts avec plusieurs usagées.
Le couple des liaisons au nickel ou au lithium est supérieur à celui de celles au plomb.(près de 4 volts environ pour l'élément au lithium-carbone)

Les rumeurs à propos des batteries :
1-L'effet "mémoire : si on recharge une batterie avant qu'elle ne soit complètement déchargée sa capacité sera réduite. Il semble que celà ne soit exact que pour les batteries nickel-cadmium, mais la batterie n'est pas pour celà détériorée : il suffit de la décharger complètement et de la recharger pour retrouver la pleine capacité.:
2-Il faut" roder" les batteries quand elles sont neuves par plusieurs cycles de charge et décharges complètes ... reste à prouver. Peut-être un alibi pour les batteries neuves qui ont des défauts.:
3-Il ne faut pas "biberonner" les batteries par des recharges rapides fréquentes : Si on fait de petites recharges on pourra en faire plus (selon graphique ci-dessus) et on risquera moins les surcharges ou les sous-charges.:
4-Une batterie non utilisée pendant un mois est déchargée : Toujours selon graphique ci-dessus ce n'est vrai que par très fortes chaleurs, à température ordinaire ou froide la batterie reste chargée pendant plus d'un an.(pourvu qu'elle soit bien débranchée et qu'elle ne débite pas de courant de fuite):

Conclusion :
En pratique il faut recharger la batterie après utilisation pendant une durée de 10 fois la période d'utilisation au moyen d'un programmateur, ou exceptionnellement complètement selon donnée constructeur (quelques heures en général) losrqu'elle a été utilisée jusqu'à décharge presque complète, ce qui se dénote par une baisse de la tension, et toujours n'utiliser que le chargeur adapté à la batterie.
Ps : Sur le forum de http://vehiculeselectriques.free.fr, des précisions interessantes sont données concernat les batteries, par exemple cet extrait du 29 juillet 2005 :Sur le forum du véhicule électrique (www.vehiculeselectriques.free.fr) dans cette rubrique est exposée une méthode qui me parait intéressante pour prolonger une batterie de voiture le temps d'en acheter une neuve : http://vehiculeselectriques.free.fr/Forum/viewtopic.php?p=1023#1023 Citation : " j'ai testé sur deux batteries plomb 12V7Ah qui étaient chacunes à 3V environs, bref bien sulfatées. ... j'ai fait 2 chargeurs identiques à tension constante simples mais efficace sur la base d'un composant électronique archi-connu (le régulateur LM317) ... J'ai alors appliqué une méthode magique et miraculeuse infaillible et que je vous livre gratuitement contre votre numéro de carte bleu j'ai branché en série avec chacune des batteries une ampoule 12V 500ma et réglé les chargeurs sur 27V (12V ampoule + 15V limite de charge d'une batterie plomb). Les lampes, au départ éteintes, ont forcé un petit courant de plus en plus important à circuler dans les batteries jusqu'à s'allumer totalement et servir de resistance pour réguler la charge des batteries. Bilan: Après 1 semaine de traitement les deux batteries etaient "régénérées" enfin je veux dire chargées, ce serait plus juste parce que pour la régénération il faudra repasser: même si les charges/décharges successives ont améliorées leur état, la capacité est tombé de moitié par rapport à l'origine, bon désormais elles charges De là à dire que j'ai fait un miracle et vendre ma découverte " Fin de Citation