Fonction ALIMENTER Le stockage de l’énergie électrique
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Fonction Fonction JC PAPAZIAN – Lycée JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade Fourcade Fonction ALIMENTER Fonction ALIMENTER Le stockage de l’énergie Le stockage de l’énergie électrique électrique Terminale SI Terminale SI
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Fonction ALIMENTER Le stockage de l’énergie électrique. Terminale SI. Introduction. L’énergie électrique est largement utilisée dans de nombreux domaines Elle se partage pour l’essentiel la fourniture d’énergie avec les énergies fossiles : charbon , pétrole et gaz. Introduction. - PowerPoint PPT Presentation
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Fonction ALIMENTERFonction ALIMENTERLe stockage de l’énergie électriqueLe stockage de l’énergie électrique
Terminale SITerminale SI
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IntroductionIntroduction
L’énergie électriqueL’énergie électrique est largement utilisée est largement utilisée dans de nombreux domainesdans de nombreux domaines
Elle se partage pour l’essentiel la Elle se partage pour l’essentiel la fourniture d’énergie avec les fourniture d’énergie avec les énergies énergies fossilesfossiles : : charboncharbon, , pétrolepétrole et et gazgaz..
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IntroductionIntroduction Les énergies fossiles se stockent facilement, avec Les énergies fossiles se stockent facilement, avec
une une énergie massiqueénergie massique importante : 2.3 kW.h /kg importante : 2.3 kW.h /kg Alors que l’électricité se stocke très difficilement :Alors que l’électricité se stocke très difficilement :
– IndirectementIndirectement sous forme sous forme d’énergie potentielled’énergie potentielle dans des dans des barrages (E=Mgh).barrages (E=Mgh).
– DirectementDirectement dans des dans des batteriesbatteries, mais avec un coût très , mais avec un coût très important : 500 à 1000€ / kWh de capacité de stockageimportant : 500 à 1000€ / kWh de capacité de stockage
– Et surtout possède une énergie massique de 200 W.h/kg au Et surtout possède une énergie massique de 200 W.h/kg au mieux (Li-ion), soit dix fois moins que le pétrole… On oublie mieux (Li-ion), soit dix fois moins que le pétrole… On oublie les batteries plomb à 25 W.h/kg.les batteries plomb à 25 W.h/kg.
Cela explique le succès du pétrole dans les Cela explique le succès du pétrole dans les applications mobilesapplications mobiles embarquant de l’énergie embarquant de l’énergie (automobile et aéronautique).(automobile et aéronautique).
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IntroductionIntroduction Mais cela va changer…Mais cela va changer… Le CEA parle de 1.7 kW.h/kg pour la batterie Le CEA parle de 1.7 kW.h/kg pour la batterie Li-AirLi-Air en en
laboratoire et jusqu’à 5.4kW.h/kg en théorie !!! laboratoire et jusqu’à 5.4kW.h/kg en théorie !!! Pour avoir un ordre d’idée, une telle batterie de 20kg Pour avoir un ordre d’idée, une telle batterie de 20kg
suffirait à un véhicule électrique pour parcourir suffirait à un véhicule électrique pour parcourir 800km !!!800km !!!
Le Le kW.h électriquekW.h électrique peut être produit par des énergies peut être produit par des énergies renouvelables à 15 ct / kW.h, sur place… et stockées renouvelables à 15 ct / kW.h, sur place… et stockées dans le parc de batteries en charge (projet Better dans le parc de batteries en charge (projet Better Place)Place)
Contre 43 ct / kW.h pour le pétrole (base 1€/litre) et Contre 43 ct / kW.h pour le pétrole (base 1€/litre) et c’est parti pour augmenter…c’est parti pour augmenter…
Le moteur thermique a Le moteur thermique a un rendement de 40%un rendement de 40% au au mieux (source IFP) mieux (source IFP)
contre contre 90% pour le véhicule électrique.90% pour le véhicule électrique. Sans parler de la quasi absence de maintenance pour Sans parler de la quasi absence de maintenance pour
ce dernier (1 millions de km).ce dernier (1 millions de km).
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DéfinitionsDéfinitions
Le terme Le terme batteriebatterie désigne en fait une désigne en fait une batterie batterie d’accumulateurs électriquesd’accumulateurs électriques..
Pour Pour stocker stocker de l’énergie électrique, on utilise de l’énergie électrique, on utilise un un couple électrochimiquecouple électrochimique, caractérisé entre , caractérisé entre autres par la tension d’un élément.autres par la tension d’un élément.
Exemples : Exemples : – plomb/acideplomb/acide : 2.25 V : 2.25 V– Ni – MhNi – Mh : 1.2 V : 1.2 V– Li – IonLi – Ion : 3.6 V : 3.6 V
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DéfinitionsDéfinitions
Une batterie donnée, aura donc pour pour tension un Une batterie donnée, aura donc pour pour tension un multiple de la tension d’un de ses élements. multiple de la tension d’un de ses élements.
Par exemple, on utilise Par exemple, on utilise 6 élements de 2.25V en série6 élements de 2.25V en série pour fabriquer une batterie de tension à vide E = 13.5Vpour fabriquer une batterie de tension à vide E = 13.5V
Pour caractériser la batterie, on doit aussi connaître Pour caractériser la batterie, on doit aussi connaître la la charge électrique embarquée Q en A.hcharge électrique embarquée Q en A.h. (en physique, . (en physique, l’unité SI est le Coulomb).l’unité SI est le Coulomb).
l’énergie embarquée dans la batterie est donc l’énergie embarquée dans la batterie est donc W= Q . E. Exemple : Q = 100A.h et E=27VW= Q . E. Exemple : Q = 100A.h et E=27V Néanmoins, on caractérise de plus en plus une batterie Néanmoins, on caractérise de plus en plus une batterie
directement par son énergie embarquée en W.h ou en directement par son énergie embarquée en W.h ou en kW.h.kW.h.
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ExerciceExercice
On souhaite fabriquer une batterie Li-ion On souhaite fabriquer une batterie Li-ion d’au moins 10kW.h et de 300V à partir d’au moins 10kW.h et de 300V à partir d’éléments de 3.7V / 16.7 A.hd’éléments de 3.7V / 16.7 A.h
Réponse : Réponse : – Chaque élément a une énergie de Chaque élément a une énergie de
We=20*3.7=74 W.h il faudra au moins We=20*3.7=74 W.h il faudra au moins Nt=Wt/We=162 éléments au total.Nt=Wt/We=162 éléments au total.
– la tension requise est de 300V. Il faudra la tension requise est de 300V. Il faudra mettre N=300/3.7=81 éléments en série.mettre N=300/3.7=81 éléments en série.
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Caractéristiques des batteriesCaractéristiques des batteries
Les caractéristiques principales d’une Les caractéristiques principales d’une batterie sont sa batterie sont sa tensiontension et et sa quantité sa quantité d’énergie stockéed’énergie stockée. .
Les caractéristiques principales d’une Les caractéristiques principales d’une technologie de batterie sont : la technologie de batterie sont : la tension du tension du couple électrochimiquecouple électrochimique et la et la densité densité d’énergie massiqued’énergie massique..
Le tableau comparatif suivant indique Le tableau comparatif suivant indique d’autres caractéristiques….d’autres caractéristiques….
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Caractéristiques des batteriesCaractéristiques des batteries
LaLa densité volumique d’énergie massique densité volumique d’énergie massique, le volume , le volume occupé par la batterie pour une quantité d’énergieoccupé par la batterie pour une quantité d’énergie
La La puissance massiquepuissance massique : à tension donnée, c’est le : à tension donnée, c’est le courant maximum que la batterie supportera. Les voitures courant maximum que la batterie supportera. Les voitures de sport électriques (Tesla: voiture des stars) demandent de sport électriques (Tesla: voiture des stars) demandent de la puissance… en plus d’aller loin.de la puissance… en plus d’aller loin.
Durée de vie exprimée en Durée de vie exprimée en nombre de cycles de chargenombre de cycles de charge / / décharge (1000 au mieux) décharge (1000 au mieux)
AutodéchargeAutodécharge : quantité d’énergie perdue par la batterie : quantité d’énergie perdue par la batterie en cas de non utilisation.en cas de non utilisation.
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Comparatif des technologiesComparatif des technologies
Pour mémoire : 2300 W.h / kg pour le pétrole
