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 .: : 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 : : 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