COURS 107 / LA DENSITÉ D’ÉNERGIE ET DE PUISSANCE DES BATTERIES
Intrinsèquement liée à l’autonomie de l’application, la quantité d’énergie disponible dans la batterie est notamment liée à la taille de celle-ci. L’installation de la batterie dans une application mobile étant fortement contrainte, les caractéristiques de densité énergétique (W) et de densité de puissance (Wh) sont à observer en premier lieu.
Quelle est la différence entre W et Wh ?
La puissance (W) nécessaire à la batterie est celle qui va permettre le fonctionnement combiné des différents actionneurs dans le cas d’usage le plus consommateurs en énergie. Pour un composant électrique, on distingue la puissance nominale qui peut être délivrée en continu, de la puissance maximale qui est transitoire.
L’énergie (Wh) va déterminer l’autonomie en temps que la batterie va permettre en fonction des différentes consommations de puissance de l’application pour un cycle de travail défini entre deux phases de recharge.
Le critère de choix se portera sur l’une des deux variantes massique ou volumique de la densité, selon que la contrainte prépondérante relève d’un besoin de légèreté (cas de l’automobile où l’on veut offrir une autonomie maximale en limitant la résistance au roulement), de la stabilité de l’engin(répartition frontale ou latérale…), de l’encombrement etc.
Alors pour comparer, il devient nécessaire de définir les grandeurs de densité suivantes :
Les facteurs d’influence
La densité d’énergie d’un pack batterie complet dépend de choix de conception, principalement :
Ainsi que de la compacité de l’assemblage interne des modules, câbles, connecteurs qui découlent d’objectifs de tenue mécanique ou de sécurité électrique. Ces facteurs dégradent la densité énergétique électro-chimique que l’on peut espérer obtenir pour une cellule. Le comparatif à l’échelle de la cellule est de fait insuffisant pour établir un choix technologique.
Quelques chiffres moyens de densité de stockeurs d’énergie électrique à refroidissement liquide :
Les technologies actuellement disponibles sont nécessairement typées « énergie » ou « puissance », puisque leur électrochimie favorise soit l’échange électrique, soit le stockage électrique.
Conclusion
Dans une application à forte contrainte d’intégration mécanique de la batterie, le choix de technologie électro-chimique est à considérer selon :
- le besoin prépondérant de densité en volume ou en masse
- le besoin prépondérant d’énergie, de puissance continue ou de puissance maximale
La définition du meilleur compromis passe par la quantification de chacune de ces caractéristiques.
D’autres critères sont par ailleurs à considérer dans le choix d’une fourniture de batterie : sécurité, prix, niveau de qualification, impact sociétal et environnemental etc.
