recharger un PC

recharger un PC
Actuellement, le principal problème des appareils électriques comme les téléphones et les voitures électriques, c’est l’autonomie et le temps de charge. Aussi, si le temps de charge était réduit à quelques secondes, un gros problème serait déjà résolu.

Malheureusement, ça ne sera jamais le cas.

C’est une question de débit d’énergie électrique, autrement dit de puissance. Aujourd’hui, la majorité des téléphones sont rechargés avec de l’USB, en général sous 5 volt et 1 ampère (5 V/1 A), soit 5×1 = 5 W de puissance.

Une batterie Li-ion de 3 000 mAh contient 11,1 Wh d’énergie. Ça signifie, qu’il faudrait 1 h pour recharger le téléphone sous 11,1 W. Avec la puissance de l’USB, il faut donc 11,1 Wh ÷ 5 W = 2,22 heures (2 h 15 environ — en réalité il faut un peu plus, à cause des circuits internes et des pertes, comme l’échauffement).

Le truc maintenant : si on veut diviser le temps de charge par 2, 5 ou 10, alors il faut augmenter la puissance par 2, 5 ou 10.

Réduire le temps de chargement à 3 secondes revient utiliser un facteur de 2 700 (car 2 700 × 3 secondes correspondent à 2 h 15 minutes). La puissance, devra-t-elle être multipliée par 2 700.

De 5 W, on passera à 13 500 W. Cette puissance est celle de 18 chevaux (des « chevaux-vapeur »).

C’est une puissance considérable : la plupart des maisons sont équipées pour 6 000 W ou 9 000 W (des kVA en fait, mais c’est pas le sujet). Recharger un téléphone, même pendant seulement 3 secondes fera sauter les plombs chez vous, vous évitant de brûler votre maison avec une puissance trop important traversant votre installation électrique.

Et ça, c’est simplement pour recharger un téléphone de 150 grammes.
Pour une voiture électrique contenant environ 900 kilos de batteries, la puissance requise pour la recharger en 3 secondes serait celle d’une ville de 30 000 habitants.

C’est ridicule.

Alors oui, on peut essayer de faire mieux que 45 minutes, et réduire ça à 30 voire 15 minutes (ce qui serait déjà pas mal), mais guère au-delà. Déjà parce que votre maison ne le supporterait pas, mais votre téléphone non plus. Déjà que la charge « rapide » en USB-C est mauvaise et chauffe votre appareil, alors une puissance encore plus grande… n’en parlons pas.

En plus de ça, la charge rapide ne peut opérer que sur une plage donnée de la charge (généralement 20 % — 60 %). C’est là que la charge se fait le plus vite. En dehors, la charge est normale, et au delà de 80 %, la charge est lente, même en USB-C.
Donc une charge lente de 2 heures ne passera pas à 1 heure en charge rapide. Au mieux, on sera à 1 h 30. C’est appréciable, bien-sûr, mais pas exceptionnel. Et c’est sans compter l’usure prématurée de la batterie, qui est plus importante avec une charge rapide.

Sous ces conditions, il faudra préférer charger son téléphone ou sa voiture souvent et doucement que peu souvent et vite (en la branchant dès que possible sur une prise chez vous ou une borne semi-rapide), et réserver la charge rapide (voire très rapide) que lorsque c’est vraiment utile.
Ceci est largement ce qui ressort des observations utilisateurs chez Tesla notamment : l’usure de la batterie est très faible chez ceux qui utilisent plus souvent une charge normale ou lente.

image d’en-tête de James Chao

Oui, j’avais déjà fait un article sur la question, mais j’espère que celui-ci est plus clair.

3 commentaires

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Ste a dit :

Ultra instructif. Merci !!

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guiguid a dit :

Bonjour,
Votre analyse est valable a technologie fixée.
Or avec l'utilisation des supercondensateurs, tout cela semble bien plus abordable et possible.
Il reste quelques problèmes a regler dont le coup et la moyen de transfert d'un telle quantité d'énergie, mais la puissance disponible pour charger et la chauffe a la recharge c'est déjà résolu ( techniquement parlant, pour le coût c'est évidemment autre chose)
Actuellement, coût de l'installation mis a part, on peut déjà dire sie c'est résolu pour les téléphone.
Les batteries lithium-ion seront remplacées pas des supercondensateurs.
La sation de charga aussi.
Du coup quant tu n'es pas la la station charge son supercondensateur pendant x minutes. Et lorsque tu pose ton téléphone dessus la station de charge, celle-ci peut transférer l'énergie entre le supercondensateur de la station vers celui de ton téléphone en quelques secondes sans chauff. ( Une petite recherche sur les supercondensateur et leurs prix chez les Chinois du coin, montre facilement que cette technologie est "abordable" et potentiellement proche de rejoindre nos équipements a batterie en commençant par nos téléphones)

Ce principe s'applique aussi a la station de charge des voitures électrique qui aurait tout son temps pour charger un supercondensateur et lorsque tu branche ta voiture pourrait transférer son énergie dans celui de ta voiture électrique tres rapidement et sans chauffer. Bon vus les capacités en question la c'est pas demain la veille (économiquement parlant).
Bref aujourd'hui la limite n'est pas technique pour les téléphones. Pour le voitures, des améliorations seront nécessaires.
A+
Merci pour tes articles qui sont de très bonne qualité.
Guillaume

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Le Hollandais Volant a dit :

@guiguid : En effet, les condo ce n’est plus la "batterie" :p

Plus sérieusement, à l’heure actuelle, les "condensateurs" se chargement rapidement mais ont une capacité limitée (et une tension*intensité de décharge très forte).
Les "supercondensateurs" se chargent plus lentement, ont capacité immense (comparée aux condos) mais ont une faible tension de sortie (comparable aux batteries Li-Ion).

Quelques ordres de grandeurs chiffrés :
Condensateur :
— énergie : 1 % d’une batterie (à kg équivalent)
— temps de charge : 1 à 10 secondes

Super condensateur :
— énergie : 10 % d’une batterie
— temps de charge : 10 secondes à 1 minutes

Par contre, reste toujours le problème de l’alimentation et la puissance de charge.
Une batterie de téléphone typique c’est 3 500 mAh. Soit 3,5 Ah. C’est à dire qu’il peut délivrer 3,5 A pendant une heure (et sous 3,7 V — sa tension nominale). Si l’on ignore les pertes, on peut simplifier en disant qu’il faut une heure pour la charger en lui donnant 3,5 A.

Si on veut la charger en 1 minute, soit 1/60e d’heure, il faut 3,5 × 60 A = 210 A (sous 5 V). Ou alors ~50 A sous 20 V. Ou encore ~5 A sous 230 V.

5 A sous 230 V, c’est pas loin de 1 000 W. C’est la puissance d’un four à micro-onde. Et tout ça c’est effectivement sans inclure pertes à tous les niveaux.

Ce calcul est valable que l’on parle de Li-Ion, de batteries au plomb, ou de condensateurs, de supercondensateurs, et même tous les systèmes de stockage d’énergie.

Donc les supercondo suppriment quelques problèmes de chauffe (tout en ajoutant d’autres soucis : stockage sur le long terme, densité actuellement modeste devant Li-Ion…), mais ne suppriment pas le fait qu’il faut une alim capable de déplacer X joules d’une source vers le téléphone. Ce problème est toujours là.

1 000 W c’est possible : on a plein d’appareils de 1 000 W ou plus dans nos maisons : mais il faut voir les câbles utilisés : ce ne sont pas des fils électriques de lampe ou de chargeur USB. On commence à parler de câbles à section importante. Et ça c’est pour une recharge en une minute.
Pour une recharge en 3 secondes (comme l’indique mon titre), il ne faut plus 1 000 W, mais 20 000 W. Soit l’équivalent de la puissance fournie à 3 maisons par EDF. Ça, ça ne sera jamais possible, quelque soit la technologie de chargeur / batteries / supercondensateur ou autre. Ça serait toute l’installation de la centrale à chez toi qu’il faut repenser. Et ça, c’est impensable.

~

Faire comme tu dis : charger lentement le supercodensateur au long de la journée, puis le décharger en quelques secondes dans le téléphone lorsqu’on veut le charger, ça me semble le plus praticable. Après tout, c’est un peu la façon de faire de l’Hydrogène pour les voitures : le gaz est produit petit à petit tout au long de la journée, et déversé en 5 minutes dans la voiture.

C’est aussi ce que font les Power-Wall (Tesla, BMW…) : un gros pack batterie capable de fast-charge une voiture, mais se recharge lui-même lentement tout au long de la nuit sur le secteur.

Par contre il faut toujours des gros fils pour envoyer ça du power-wall vers la voiture. Et des câbles étudiés pour. Chez Tesla, les câbles 350 kW sont à refroidissement actif et en cuivre ultra-pur (et donc très cher).

Pour les téléphones, ça serait pareil.

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