Les différents domaines d'applications des batteries

Les différents domaines d'applications des batteries

Nous présentons ici les différents domaines d'applications des batteries, quelle qu'en soit la technologie, Plomb, Lithium ou autres.

Chaque domaine d'applications a ses propres exigences techniques comme la densité d'énergie, le type de cyclage ou la durée de vie.. De ces exigences découleront des choix techniques qui seront présentés dans les chapitres suivants.

Les batteries de démarrage

Ces batteries (SLI Start Lighting and Ignition en Anglais) sont destinées au démarrage des moteurs thermiques sur les voitures, camions, tracteurs..

Les courants de démarrage peuvent dépasser les 1000A, mais à chaque démarrage, la profondeur de décharge est de l'ordre de 0.5% à 1%.

L'alternateur du moteur les rechargeant aussitôt, ces batteries restent normalement toujours très bien chargées.

À l'arrêt, ces batteries peuvent aussi servir à alimenter de l'éclairage, un hayon, un groupe froid.. Cette demande énergétique est forte chez les transporteurs routiers. Les batteries de camion possèdent ainsi une bonne résistance à la décharge lente et une meilleure durée de vie en cyclage que les batteries "Auto".

Les batteries Start and Stop

Dans le but de diminuer les consommations de carburant, les constructeurs ont développé deux stratégies :

  • Le développement des alternateurs dit intelligents Euros 5 puis Euros 6. Ces alternateurs sont conçus pour que la recharge de la batterie soient partielle en vitesse de croisière afin que la batterie puisse absorber de l'énergie lors de freinages régénératifs
  • Le mode Start and Stop. Quand le véhicule est à l'arrêt, le moteur stoppe et la batterie doit ensuite redémarrer le véhicule. En mode urbain, le nombre de démarrage peut ainsi être décuplé.

La recharge complète des batteries n'est plus assurée. Sur les véhicules récents, les batteries de démarrage doivent maintenant mieux résister aux décharges partielles et doivent délivrer un plus grand nombre de démarrage.

À ces exigences techniques s'ajoutent des exigences économiques car les batteries de démarrage doivent être produites à faible coût, tout en garantissant une bonne durée de vie, de l'ordre de 5 ans.

Les batteries de traction

Les batteries de traction sont utilisées dans les transpalettes, les chariots élévateurs, les voitures électriques ou bien les fauteuils électriques.

Ces batteries sont capables de supporter des décharges profondes, peuvent délivrer de la puissance et sont déchargées rapidement, en quelques heures.

Leur capacité est généralement exprimée pour une durée de décharge de 5 heures C5 (Ex : 100Ah en C5 = 20A pendant 5 heures).

Nous insistons sur ce point, car il est beaucoup plus exigeant pour une batterie d'être déchargée rapidement que lentement, ceci en raison des contraintes mécaniques qui se créent lors des réactions électrochimiques.

Les batteries de traction sont généralement utilisées en journée et sont rechargées complètement pendant la nuit. Ces batteries fortement déchargées nécessitent des chargeurs spécifiques.

Pour des usages intensifs (24h/24), pour augmenter le taux d'utilisation des machines, des batteries supportant des charges rapides et partielles (biberonnage) sont nécessaires.

Notons que deux stratégies en terme de densité d'énergie existent :

  • Des densités d'énergie les plus élevées possibles pour les voitures électriques, les outils portatifs.
  • Des batteries "lourdes" pour faire contrepoids dans le cas des gerbeurs et chariots élévateurs.

Les batteries stationnaires

Les batteries stationnaires sont conçues pour être une réserve d'énergie, pour la délivrer quand le réseau électrique n'est plus disponible. Ce type d'application est dénommée en anglais "Reserve Power".

Les batteries stationnaires sont couramment utilisées dans des installations commerciales et industrielles pour sécuriser des relais télécom, des salles informatiques, des centrales nucléaires.. mais aussi pour des applications "grand Public" comme les onduleurs informatiques ou des alarmes.

Ces batteries sont conçues pour être chargées en permanence par de faibles courants (courants dits de « floating »), pour n'avoir qu'une faible auto- décharge (1 à 2% / mois), et pour pouvoir supporter des décharges profondes.

La puissance demandée lors de la décharge varie selon les applications :

  • Dans les data centers, la durée moyenne de coupure est de quelques secondes à quelques minutes ; la puissance exigée étant alors très importante, digne de celle d'une batterie de démarrage.
  • Si une source de secours comme un groupe électrogène n'est pas disponible, la durée de décharge sera plus longue, jusqu'à une dizaine d'heures.

La durée de vie en usage stationnaire varie de 5 ans à plus de 20 ans.

Les exigences en terme de qualité de fabrication, de fiabilité peuvent être très élevées. Par exemple, pour être qualifié dans les centrales nucléaires, le certificateur demande entre autres des tests simulant un tremblement de terre de force 9 et le crash d'un avion de ligne.

Les autres domaines d'applications

Il existe toute une série d'applications où se combinent les exigences techniques des trois grands types de batteries - démarrage, stationnaire et traction, avec en particulier :