ÉLÉMENTS DES ACCUMULATEURS

Bacs. — Les différents éléments qui constituent les accumulateurs sont disposés dans des bacs et ceux-ci sont réunis dans une ou plusieurs caisses devant constituer la batterie.

Lorsqu'il s'agit d'accumulateurs transportables, comme c'est le cas pour la traction des voitures, les bacs se font en celluloïde, en ébonite ou mieux avec une composition de décbets d'ébonite et d'amiante, de manière h les rendre aussi légers que possible. Les plaques, qui sont toujours placées verticalement, sont maintenues h une certaine distance les unes des autres, au moven de bandes isolantes en caoutchouc ou d(^ lames, baguettes ou tubes en verre.

Dans chaque élément on relie électriquement les plaques positives, afin de former l'électrode positive ; on fait de même pour h's plaques négatives, en ayant soin d'isohT complètement les deux électrodes. Chaque plaque est munie d'une queue émergeant

TRACTION ELECTRIOUE PAR ACCUMULATEURS I i7

it ri'-lectrolylc <■( pi> mit.' t tant di- faire les liaisons lU's pluigiics du mfini- uom ou lies ilifTéri^nts éli'int'tils. Lt-a quoues des éléments positifs soni g^iiéraifiuont placi'-es d'un (-ùlt; du bac et colK'S des èii-nwnU négiitifs do l'iiulrc

Quanl aux caisses qui rL^uiiissi>iit l'ust^mblc. luiis Ifs liacs, elles sont [iresque toujours en bois.

Électrolyte. — LV-leclrolyle est, eomnie nous l'îivous dit, roiii|)nsù d oau acidulée avec d« l'acid»' sulfuriquc.

L'Bcidt! sulfuri(|ue employé est de Tacide à Gti" Baume, exempt tir métaux eti dissolution et de vapeurs nilreuses, sans quoi la mparitéde la batti'rie diiuinuerail considérablemenL. Pour lu même niuiii. U faut se servir d'eau distillée, uu au moins d'eau de pluitr.

Lp niélaug<.> doit se faire avec soin et au moyen d'appareils dis- ^S(-3àcet effet, v.n ayant soin de verser l'acide daus l'eau et non l'eau dans l'acitle, afin d'éviter les projections dues à l'élévation rapide de la température.

La densité du mélange doit être telle qu'à la (in de la charge elle ne soit pas aulHsanU- pour produire une sulfatation ou pour que le plomb spoufrieus des plaques négatives ne décompose pas Tafiile, en produisant des dégagements gazeux. Cette densité wrie entre 23 et 32" Baume, eorrespontlanl îi un poids spécifique de 1,26, La densité ne doit pas non plus être trop faible, sans quoi hfurcc électromotrice des éléments s'affaiblirait.

'St admis que celle densité ue doit pas descendre au-dessous de 25° Baunié, correspondant à un poids spécifique de 1,17.

Nous venons de décrire les dilféreiils éléments qui constituent m? batterie d'accumulateurs ; nous allons maintenant examiner B différentes opérations ii faire pour produire une force motrice lïfic celle batterie. Pour cela nous avons à e.\aminer ; sa mise en tiarge, puis sa décharge.

caiarge. — Mettre en cliarge un accumulateur, c'est fournir k thlnin de ses éléments, au moyen d'une dynamo à courant con- Imii, l'énergie électrique que ces éléments peuvent absorber.

Celle mise en cbarge doit se faire avec un courant dont l'iulfn- ■Bli doit être limitée, afin d'éviter la désagréiratiun de la matifcre

active, son décollage du support et le gondolement des plaques - L'intensité de ce courant dépend, sans aucun doute, du type d'accumulateur employé et les constructeurs la fixent, générai*^ ment, en livrant leurs appareils. On peut dire, toutefois, qu'ell varie entre le cinquième et le dixième de la capacité totale; or<Bnairement c'est le cinquième.

Ainsi un accumulateur, ayant une capacité de 12 ampère^ heure par kilogramme de plaque, devra être mis en charge av<-*' un courant de 2, 4 ampères par kilogramme de plaque et, pii»> conséquent, sa mise en charge durera cinq heures.

Si l'intensité du courantavail été fixée au dixième de la capacilr, • c'est-à-dire à 1,20 ampères, la durée de la mise en charge serait de dix heures.

La mise en charge d'une hatterie se fait en mettant les éléments en série ou quelquefois en quantité; la tension de la dynamo productrice de l'électricité sera donc, dans le premier cas, égale au nombre d'éléments, multiplié par la force éiectromotrice de chaque élément.

Celte force électromotrice n'est pas constante pendant toute la durée de la charge, comme l'indique la figure 38. Au début, elle est d'environ 2 volts pour s'élever rapidement à 2, 13 volts, tension qu'elle conserve pendantune grande partie de laduréedelamise en charge ; puis elle s'élève rapidement vers la fin de l'opération jusqu'à 2,S0 voiLs et «Ion l'augmentation de tension cesse de croître. C'est à ce moneot qu'il faut cesser la charge, pour éviter les inconvénients dont ■DOS avons parlé plus haut, et c'est par ce chiffre de 2,50 volts ^*3 badra multiplier le nombre des éléments pour obtenir la tammÊjn maximum de la dynamo productrice de l'électricité.

■a» faot pu oublier, toutefois, que ce chiffre est une moyenne, AaMailitepeu, il est vrai, de la vérité, mais qui peut varier

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ui

Fin- 58.

TRACTIOX ELECTRIQCE PAR AOCCMULATKUHS li»

suivant le type iraceumulateur. Lue batterie ae «luit jaiuiiis Atn^ surchargée ; il faut doue :wir\'eilier avei* ^n^uii rwiii '"erte liniib; de tension maximum, au moyen «run vDltniètrM.

Lia mis4* en charge d*uae batterie peut t^'op^trer lie troi:» manières diflérentes :

i"* A potentiel constant :

2* A intensité constante ;

3^ A puissance constante.

Nous ne parlerons que île la première panre .juVlle ^^t. lu plus simple, surtout au point de vue «le la «'oailuite «le U rna«:^uae dynamo, et parce que c'est celle qui ^nt Li plii» fr»^qu»-rfim«?nt employée ; la Compagnie lies tramways Qi>rii T^t -nlnplt-K pour les tramways de l'Opéra et de la Maiieleine. «ims ^Hjfi u.^in»r ii#- S;jjat- Denis.

On emploie onlinairemeut une ilyniimi) \ ^-antnirtn^fit «rumpound qui maintient un champ ma!méti«{u»' rocL-iLHit, Ior^{ue U iiiis** eu charge est commencée ; renn>ul»-ni«-Qt -jhuai: *VnipI#^i»- aussi. La tension, qui devra être constante p^-ndant tuiktr U duré*- d»* l opération, devra être un peu supéri»»ure a U f»>r»:e rle»rtrofii<ilrice de la

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:>atterie. Quant à riiileiisilé du courant, ellr jh* siTa pas roiistaïue •l dépassera de beaucoup, au début, la limite que nous avons ndiquée ; mais cela n'aura pas d'inconvénients, paire que, a ce nonient. toute la matière active i*sl coinplèh.ninii iJtMliai'fici'. IHi •este. cetl<* intensité du courant ira vilr ni diniiiuiant, Nui\*»"* ^****' 'ourbe hyperbolique, comme riiuli(|ue la li-iiin» Ti*), et à b» ''**• "" )Out des cinq heures, b' courant aura une intensité bien inlérieure

à celui indiqué, ce qui est évidemment avantageux, puisque alors la matière active est presque entièrement chargée.

Comme l'indique la courbe de la figure 39, l'énergie électrique accumulée croît très rapidement au début ; d'après des expériences faites au chemin de fer du Nord par M. Aliamet, avec une durée totale de charge de huit heures, l'énergie emmagasinée au bout d'une heure est de 50 p. 100, au bout de deux heures de 75 p. 100 et au bout de quatre heures de 86 p. 100 de la capacité totale. C'est évidemment un grand avantage, dans certains cas, puisque, par ce moyen et dans un cas urgent, on peut avoir, au bout de peu de temps, une batterie contenant une grande quantité d'énergie et ne pas attendre la fin de la charge pour la mettre en service. Ou trouve une appHcation de ce fait dans les nouveaux accumulateurs « Tudor », dits à charge rapide.

Comme on le voit, l'intensité du courant est assez grande au début, et peut dépasser, dans une trop forte proportion, celle indiquée. Pour éviter cet inconvénient, la Compagnie des Tramways de Paris et du département de la Seine fait à Saint- Denis la mise en charge de ses batteries sous deux potentiels. C'est cette opération que représente la figure 59. Il s'agit de la charge de 108 éléments, contenant chacun onze plaques et pesant 22 kg. (charge 220 ampères-heure). Pendant trois heures, la tension est de 260 volts, soit 2,40 volts par élément, et pendant le reste du temps la tension est de 280 volts, soit 2,60 volts par élément.

L'intensité du courant a varié, dans la première partie de la charge, entre 91,5 et 14,7 ampères, soit de 5,35 ampères à 0,70 ampères par kilogramme de plaque et, pendant la seconde partie, de 67,20 ampères à 31,7 ampères, soit, par kilogramme de plaque, de 3,20 à 1,50 ampères. La durée de la charge a été de 302 minutes.

Si la mise en charge avait été faite en une seule fois, elle eût duré 360 minutes avec une intensité au début de 135 ampères, soit 6,44 ampères par kilogramme de plaque, et, à la fin de 15 ampères, soit 0,71 ampères par kilogramme.

On fixe la quantité d'ampères-heure à fournir à la batterie en se basant sur la quantité dépensée en service; on augmente cette

TRACTION ÉLEGTltlQUE PAR ACCUMULATEURS 151 ipantilé iIp 2» \i. HiO, pour Iniir coriipLc du reiiilpmrnl en (juaiililéik-8 iirruiimlîiti'urs <|ui, coiiiiur nous k' v<Truiis plus loin, pi'ul élrp admis de 81) p. 100.

Décharge. — -Nous avons vu ((ig. 58) (juc, i)cniknt la charge,

b ton-f i^k^cLromolriii' de clia(|ue élément allait d'abord vn croîs-

Mnt, pour rester ensuite stationnairt- et croître enfin vers la On de

laclmi^t*. Nous avons vu également ([u'il fallait, pour ne pas sui'-

ebai^-rla matière active. arriMer l'opération lorsque la force élee-

/roniotrice alteignail 2,30 volU.

Si, à w moment, nous coupons le circuit avec la dynamo de

chargp et que nous mesurions la force éleclromolrice de l'élémenl,

Uous trouverons qu'il ne sera plus de2,E>0 volls, mais sera lomlié

*. 2,1 volts environ. Cette porte de leusiou est due, d'abord aux

«■^Hslances intérieures de l'élément et ensuite à certaines actions

■ocales.

Si nous opérons maintenant la déchargf* de la batterie et que ■»ous observions avec un voUmî-tre la force éleclromolrice de l'élé- »»ieiil, pendant cette décharge, nous verrons [fig. 60) que celle-ii ira d'abord en s'abaissant rapide- ,,,^

■weni, pour décroître ensuite d'une " •:iiaiiièrt: lentf i>t réf^ulière pendant „ 1« plus grande partie de k durée ''

«remuera alors rapidement vers la 1 *in. C'est de la force éleclromolrice '^' 1 ■Moyenne, c'est-à-dire celle comprise entre 1,9 volt et 1,80 voU i «Joui nous avons principalement besoin, puisque c'est celle qui a la ilurée la plus longue. D'un autn- côté, il ne faut pas user d'une force électromotrice trop faible, car il y aurait à craindre la «ulfalation des électrodes; généralement, on arrête la décharge, lorsque le voltage de chaque élément atteint 1,80 volt el on admet, «n pratique, une force éiccLroniotrice moyenne pour chaque élé- »iiUe 1,83 volt.

U rii- faut pas confondre celle force électroraotrice d'un élément avec la différence de potentiel aux bornes de cet élément, car celle- «1- 4d8 le cas de la décharge de la batterie, est inférieure à la

force électromolrice d'une quantité égale au produit R I, R élai la résistance intérieure d'un élément.

Dans le cas de la charge, au contraire, la force électromotrii dans chaque élément sera inférieure à la différence de potentii aux bornes, de toute la résistance de chaque élément.

Nous connaissons les éléments constitutifs d'une batterie d'a(^*»'Ccumulateurs, les opérations nécessaires pour sa mise en charg^^e, ainsi que les phénomènes qui se produisent pendant la décharg^^ "e. Nous avons maintenant a voir quelle est la quantité d'énergie qu^n^e nous pourrons emmagasiner dans cette batterie et quelle sera ceDt Jle dont nous pourrons disposer pour produire la force motrice, o^iibou inversement.

Nous avons donc à examiner ce qu'on appelle la capacité àe IML la batterie en quantité et en énergie, ainsi que le rendement de cetP^^^tte batterie également en quantité et en énergie.

Capacité spécifique. — La capacité spécifique d'un élémerv: =^nl est la quantité d'électricité qui peut être restituée par kilc:^ Jogramme d'électrode de cet élément ou par centimètre carré d-K-ile surface de cette électrode, lorsque la décharge est poussée jusqu'**^ -•à la limite de 1,83 volt, que nous avons indiquée plus haut.

Généralement, en France, cette capacité est rapportée au kiloc::^ o* gramme d'électrode pris comme unité et est exprimée en ampères» ^^' heure; c'est une unité tout arbitraire qui ne permet pas lacono^r^^^' paraison des plaques des divers constructeurs.

hvi capacité totale est la quantité totale d'électricité emmagasft^^*' née dans cliaque kilogramme ; elle est toujours supérieure à 1^ ^^ quantité restituée, c'est-à-dire à la capacité spécifique.

La capacité d'un élément dépend du débit à fournir par cet élé-^^-*^ ment, c'est-à-dire de la rapidité avec laquelle il sera déchargé ^^^^ elltî est en raison inverse de ce débit et varie dans de grande» ^^^* proportions avec lui.

Ordinairement, dans le calcul des batteries, on compte sur ur*^-^-^ débit moyen de 2 ampères; mais il arrive souvent, surtout sur les ^!^^^^ lignes dr tranivays accidentées, que ce débit est dépassé etattein-^^^^ ^^ jusqu'à ;> ampères et même 8 ampères, au détriment, il est vr de la capacité et du bon état de conservation. Mais ce débit dépen

TRACTION ELECTRIQUE PAR ACCLMULATELBS i53

taucoup ili' lii lUiriTi'nc*' de polcnlicl ulilo aux lionn-s des accululaU'urs. Los éléments riDpIoyés acluellenienl paraîssonl, eepenml, suppoi-ler assez bien ces varialioiis Je cliarge, sj toutefois Uea ne soiil pas trop fréquemment répétées.

Il est assez diflicile de fixer d'une manière bien exacte la capacité ^cifique; elle varie avec les types employés et cela dans d'assez IfaDdes limites; elle est bien indiquée par les constructeurs d'aculaleurs, maïs ces indications sont souvent exagérées et dépassât les ciiilfres qu'on obtient en pratique.

Avec les débits indiqués plus baut, on peut cependant prendre, Dmine moyenne de la capacité spécifique des accumulateurs iuellement en service pour la traction mécanique des tramvays, s chiffres de iii h 12 ampères-heure; avec un débit supérieur ille capacité diminuera. C'est celle obtenue, en pratique, sur les ramvays de Saint-Denis à la Madeleine et à l'Opéra.

La capacité utile d'un élément sera évidemment ce chiffre mulipliu par le poids de l'élément, et celui de la hallerie, ce dernier lésultat multiplié par le nombre d'éléments.

tinergie. — L'énergie électrique sera égale à la capacité spéifîque nmlLipIiée par la force électromotrice moyenne de chaque lénienl et que nous avons dit plus haut élre de !,83 volt.

Rendemeot. — H y a deux sortes de rendements à considérer ; 'e rendement en quantité, c'est-à-dire en iimpères-beure, et le renenl en énergie, c'est-à-diro en watts-heure.

Le rendement en quantité est le rapport entre la quantité d'amffercs-heurc restitués à la décltarge à la quantité d'ampères-lieure burnis k la charge. Ce ehiflre peut atteindre 85 p. 100, mais il tt toujours plus près de 80 p. 100, et c'est ce dernier chiffre qu'il Ml prendre pour calculer la ({uantilé d'électricité a fournir k la tattvric lorsqu'elle sera épuisée.

Le rendement en énergie est le rapport entre l'énergie retrouve à la décharge et celle fournie pendant la charge. Il est évibniment inférieur au rendement précédent, puisqu'ici la force Bectromotrice entre enjeu. Il ne faut pas compter, dans ce cas, sur rendement supérieur à 70 p, 100.

Résistance intérieure des éléments. — CetU^ résistance iatérieun» scmbh», J'aprî'S les expériences d'Ayrton, être plus grawie pendant la charge ({ue pendant la décharge. Elle dépend de la densité de l't'dectrolvte, de l'état des matières actives, de Tétendw en surface des phiques ainsi que de leur espacement, et du degrf <ravauceiiïeiit de la charge et de la décharge. Elle est maximum à la fin de la charge» et de la décharge.

Ayrtoii nidi({ue ([ue cette résistance est, par décimètre c^rré df surface de phuiue, <h^ 0,10 à 0,13 d'ohm, à la charge, et de ft.08 à 0.09. d'ohm, à la décharge, pour un débit de 1 ampère pardérimetn» carré.

Exemple, — (fournie» exemple, prenons la batterie d'accumulateurs d(»s premières voitures des tramvays de Saint-Denis-Opéra- Madeleine, (|ui se compose de 108 éléments de 22 kg. chacun H dont lacapacilé totale est de 13 ampères-heure.

La capacité tle la batterie sera de :

13 X 22 X 108 X 3 600 = lit 196 800 amp. ;

ce qui, en supposant un débit de 2 ampères, par kilogramme, qui est celui c^nployé connne moy(»nne, donnera comme durée Jo la halttTie en tcMUps :

lit 196 800 x0.8o

L'énergie dont on pourra disposé sera de :