Llectricit bord(et llectricit autonome en gnral) Version 8 Juillet 2004 L'lectricit joue un rle de plus en plus important bord des bateaux de plaisance. Indispensable au niveau de la navigation et des instruments de communication modernes ainsi que le nombre croissant d'appareils domestiques que l'on amne bord. L'objet de ce livre sera trait en deux parties : Tout d'abord je vous parlerai de quelques sujets portant souvent confusion, comme les batteries et les mthodes de recharge des batteries ainsi que la consommation d'lectricit des appareils bord. Deuximement, mon objectif est daider les architectes, les lectriciens et les propritaires dans leur dmarche dcisionnelle sur la production et la gestion de l'lectricit. Certains nouveaux produits et concepts permettent de mieux grer l'lectricit bord, et d'augmenter considrablement la scurit ainsi que le confort. Reinout Vader

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Llectricit bord(et llectricit autonome en gnral)

Table des matires1. 2. INTRODUCTION LA BATTERIE : EN PRVENIR LE VIEILLISSEMENT PRCOCE La batterie est le cur de chaque systme d'nergie autonome. Sans batterie il n'est pas possible de stocker de l'nergie lectrique. En outre, la batterie est un lment prcieux et vulnrable. Ce chapitre traite spcifiquement de la vulnrabilit de la batterie. 2.1. 2.2. Introduction La chimie de la batterie 2.2.1. La dcharge 2.2.2. La charge 2.2.3. Le transport interne par diffusion 2.2.4. La dure de vie : perte de masse, corrosion, sulfatation Les types les plus courants de batteries au plomb-acide 2.3.1. Plomb/antimoine et plomb/calcium 2.3.2. Les batteries dites ouvertes et batteries dites tanches 2.3.3. La batterie de dmarrage plaque plane 2.3.4. La batterie semi-traction plaque plane 2.3.5. La batterie traction plaques tubulaires 2.3.6. La batterie gel tanche (VRLA) 2.3.7. La batterie AGM tanche (VRLA) 2.3.8. La batterie lments cylindriques tanche (VRLA) Fonction et utilisation de la batterie La batterie plomb-acide en pratique 2.5.1. Combien cote une batterie? 2.5.2. Dimensions et poids 2.5.3. L'effet du rgime de dcharge sur la capacit disponible de la batterie 2.5.4. Capacit et temprature 2.5.5. Vieillissement prmatur 1. Dcharge profonde 2.5.6. Vieillissement prmatur 2. Charge trop rapide et charge partielle 2.5.7. Vieillissement prmatur 3. Charge insuffisante 2.5.8. Vieillissement prmatur 4. Surcharge 2.5.9. Vieillissement prmatur 5. Temprature 2.5.10. Auto-dcharge

2.3.

2.4 2.5

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3.

SURVEILLANCE DE L' TAT DE CHARGE : LE CONTROLEUR DE BATTERIE Le contrleur de batterie indique l'tat de charge d'une batterie et peut aussi tre utilis pour dmarrer automatiquement le processus de recharge, ou pour indiquer qu'une recharge est ncessaire. Pour des systmes de batteries d'accumulateurs plus importants, un moniteur avec un compteur de courant en Ampreheures est indispensable. Commencer la recharge quand la tension est dj en baisse, c'est tout simplement trop tard : la dcharge est alors trop profonde et le mal est dj fait. 3.1. Les diffrentes faons de surveiller l' tat de charge d' une batterie 3.1.1. La densit de llectrolyte 3.1.2. La tension 3.1.3. Le compteur de courant en Ampre-heures (Ah) Le moniteur de batterie avec compteur de courant Rendement nergtique d' une batterie Rendement de courant d' une batterie Effet de lintensit du courant de dcharge sur la capacit Un courant de dcharge lev, conduit-il une perte de capacit? Autres caractristiques utiles d' contrleur de batterie un 3.7.1. Comptage des vnements particuliers 3.7.2. Saisie de donnes

3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7.

4.

RECHARGER LES BATTERIES : LA THORIE Les diffrentes batteries doivent tre charges diffremment. Ce chapitre traite les caractristiques de recharge optimales des batteries plomb-acide les plus courantes. 4.1. 4.2. Introduction Charger en trois tapes (I U U ) 4.2.1. Charge courant limit (charge principale) 4.2.2. Charge d'absorption 4.2.3. Charge d'entretien Charge dgalisation Compensation de temprature Rsum Conclusion : comment charger une batterie? 4.6.1. La batterie de servitude 4.6.2. La batterie de dmarrage 4.6.3. La batterie pour le propulseur d'trave

4.3. 4.4. 4.5. 4.6.

5.

CHARGER LES BATTERIES A L' AIDE D' ALTERNATEUR OU D' CHARGEUR DE BATTERIE UN UN Lalternateur avec rgulateur standard (tel qu'il est utilis dans les vhicules) est loin d'tre la meilleure solution, surtout en cas de plusieurs batteries spares par un rpartiteur de charge diodes. 5.1. 5.2. L' alternateur Quand lalternateur doit charger plusieurs batteries 5.2.1. Introduction 5.2.2. Le problme 5.2.3. Plusieurs solutions 5.2.3.1. Simple et pas cher : coupleurs de batteries commands par microprocesseur 5.2.3.2. Augmenter la tension de lalternateur 5.2.3.3. Un rgulateur en plusieurs tapes avec compensation de temprature et de tension 5.2.3.4. La batterie de dmarrage 5.2.3.5. La batterie pour le propulseur d'trave Le chargeur de batteries lectronique 5.3.1. Introduction 5.3.2. Charger de faon optimale l'aide d'un chargeur de batterie 5.3.3 Charger plusieurs batteries 5.3.3.1 Charger plusieurs batteries avec 1 seul chargeur 5.3.3.2 Un chargeur de batterie plusieurs sorties 5.3.3.3 Coupleur de batteries command par microprocesseur 4

5.3.

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6.

APPAREILLAGE LECTRIQUE ET CONSOMMATION D' NERGIE La consommation nergtique journalire des appareils qui utilisent peu d'lectricit, mais pendant une longue priode (comme les feux de navigation, le rfrigrateur et le conglateur) est la plupart du temps sous-estime, alors quest souvent surestime la consommation des appareils qui utilisent beaucoup dnergie, mais sur une courte dure (comme les treuils lectriques, le propulseur d'trave, la machine laver, la table de cuisson lectrique). 6.1. 6.2. 6.3. Introduction Puissance et nergie Rfrigration 6.3.1. Introduction 6.3.2. Thorie de la pompe chaleur 6.3.3. Le rfrigrateur et le conglateur en pratique 6.3.4. Climatisation Treuils lectriques, treuil d' ancre et propulseur d' trave Laver et faire la vaisselle sur batterie ? Table de cuisson lectrique sur batterie ? Le compresseur de plonge Comment liminer le courant dappel des moteurs lectriques Conclusion

6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9. 7.

LE GROUPE ELECTROGENE 7.1 Moteur diesel avec gnrateur 50 Hz ou 60 Hz 7.1.1. Beaucoup de charge est prfrable peu de charge 7.1.2. Un systme hybride 7.1.3. Et n'oubliez pas le courant de quai (limit) 7.1.4. 3000 tr/min contre 1500 tr/min Groupe courant continu

7.2

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8.

LLECTRICIT AUTONOME : UNE AUTRE FACON DATTAQUER LE PROBLEME Ce chapitre nous amne au thme central de ce livre : l'optimisation de la scurit et du confort, tout en rduisant simultanment le poids et les dimensions du systme d'nergie. 8.1. 8.2. Introduction La nouvelle technologie rend le concept de CC plus attractif 8.2.1. Le concept CC 8.2.2. Groupe lectrogne CC 8.2.3. Courant illimit du convertisseur Le concept CA, amlior avec PowerControl 8.3.1. Le concept CA 8.3.2. Le concept CA avec priode de silence 8.3.3. PowerControl Nouveau : Powerassist, le concept CA avec soutien de batterie 8.4.1. PowerAssist 8.4.2. Autres avantages des convertisseurs/chargeurs type Phoenix Multi 8.4.3. Courant de quai Une autre faon dattaquer le problme 8.5.1 Besoin d'nergie quotidien 8.5.2. Capacit de la batterie 8.5.3. Courant de quai

8.3.

8.4.

8.5.

9.

BESOIN EN NERGIE JUSQU' 4 kWh PAR JOUR (170 Watt en moyenne) 9.1. 9.2. Introduction Equipement de base et consommation d' lectricit 9.2.1. Instruments de navigation 9.2.2. GPS 9.2.3. Mobilophone maritime (VHF) 9.2.4. Feu de tte de mt tricolore ou feu de mouillage 9.2.5. Pilote automatique 9.2.6. Radio 9.2.7. clairage de cabine 9.2.8. Rfrigrateur Consommation pendant un jour de navigation Ancr ou amarr sans raccordement 230 V Un peu de luxe bord 9.5.1. Systme de navigation lectronique 9.5.2. metteur ondes courtes (BLU) 9.5.3. Radar 9.5.4. Micro-ondes 9.5.5. Chauffage 9.5.6. Climatisation 9.5.7. Dessalinisateur Charger la batterie 9.6.1. Avec lalternateur du moteur 9.6.2. Augmenter la capacit de la batterie 9.6.3. Un deuxime alternateur ou un alternateur plus puissant 9.6.4. nergie solaire 9.6.5. nergie olienne 9.6.6. Gnratrice hydraulique (sur arbre d'hlice ou traction) 9.6.7. Courant de quai Conclusion

9.3. 9.4. 9.5.

9.6.

9.7.

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10. 10.1.

BESOIN EN NERGIE JUSQU' 14 kWh PAR JOUR (600 W en moyenne) Introduction 10.2. quipement : le minimum 10.2.1. Instruments de navigation 10.2.2. clairage de navigation et feux de mouillage 10.2.3. Pilote automatique 10.2.4. Rfrigrateur et conglateur 10.2.5. clairage 10.2.6. Radio 10.2.7. Autres consommateurs En route Ancr ou amarr sans courant de quai Un peu de confort bord 10.5.1. Bouilloire lectrique 10.5.2. Table de cuisson lectrique 10.5.3. Petite machine laver 10.5.4. Petit lave-vaisselle Gnration d' lectricit 10.6.1. Lalternateur sur le moteur de propulsion 10.6.2. Sources d'nergie 10.6.3. Groupe lectrogne 10.6.4. PowerControl et PowerAssist 10.6.5. Encore moins de courant de quai : le concept CC 10.6.6. Le groupe lectrogne CA sur un bateau relativement petit : conclusion 10.6.7. Le groupe lectrogne de courant continu ou gnrateur CC 10.6.8. Rendement nergtique du groupe lectrogne 10.6.9. Llectricit sur un bateau moteur de 9 15 mtres ou un bateau ancr Conclusion 10.7.1. La solution conventionnelle : un groupe 12 kW 10.7.2. Une meilleure solution : poids et volume rduits avec un groupe 6 kW et PowerAssist, ou un groupe CC 5 kW

10.3. 10.4. 10.5.

10.6.

10.7.

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11. 11.1. 11.2. 11.3. 11.3.1. 11.3.2. 11.3.3. 11.3.4. 11.3.5. 11.3.6. 11.4.1

BESOIN EN NERGIE JUSQU' 48 kWh PAR JOUR (2 kW en moyenne) Introduction Les consommateurs les plus importants Gnration d' lectricit Le groupe tourne 24 heures sur 24 Ajouter une batterie pour une priode de silence Des Multis parallles, la fonction PowerControl, et le concept CC pour courant de quai Un pas de plus avec le MultiPlus et la fonction PowerAssist Le groupe CC Un petit groupe CC auxiliaire afin de rduire le nombre d'heures de fonctionnement du groupe primaire ainsi que la capacit ncessaire de la batterie Conclusion 11.4.1. Le groupe 20 kW avec priode de silence 11.4.2. PowerControl et le concept CC pour le courant de quai, avec groupe auxiliaire pour rduire la capacit de la batterie 11.4.3. Un groupe 10 kW avec PowerAssist, le concept CC pour le courant de quai et un gnrateur auxiliaire CC BESOIN EN NERGIE JUSQU' 240 kWh PAR JOUR (10 kW en moyenne) 12.1. 12.2. 12.3. Introduction Les consommateurs les plus importants Gnration d' nergie 12.3.1. Groupe lectrogne 12.3.2. Installer une batterie pour crer une priode de silence, avec utilisation du groupe soutenue par la batterie (PowerAssist) 12.3.3. Un petit groupe CA auxiliaire 8 kW afin de rduire le nombre d'heures de fonctionnement du groupe principal ainsi que la capacit ncessaire de la batterie Une comparaison des variantes pour une utilisation de 10 kW en moyenne

12.

12.4. 13.

CONCLUSION 13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. La consommation d' lectricit bord Produire de l' nergie Le concept CC PowerAssist : le concept CA avec soutien de batterie La batterie

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1. INTRODUCTIONVictron Energy fournit dj depuis 25 ans des composants et des systmes pour llectricit autonome. Il peut sagir de systmes pour des bateaux de plaisance ou la marine marchande, sur mer ou en eaux douces, des habitations isoles, beaucoup de types de vhicules ainsi qu'une srie presque illimite d'autres applications, souvent inattendues. Par exprience, nous savons que la gnration et le stockage d'nergie lectrique est une affaire complexe. Les composants d'un systme autonome sont chers et vulnrables. La batterie, par exemple support de stockage indispensable dans un systme autonome se rvle souvent tre rapidement puise, ce qui provoque une panne de courant et des dommages suite une dcharge excessive. Les dveloppements rcents dans le domaine de llectricit bord des bateaux de plaisance ne facilitent pas les choses. La quantit d'appareils (mnagers) bord augmente rapidement, alors que l'espace et le poids disponibles pour la gnration et le stockage d'nergie sont rduits au strict minimum. L'espace habitable et la navigation ont tout naturellement une plus haute priorit. Les besoins dlectricit de plus en plus importants ont conduit au dveloppement de nouveaux produits et concepts. Dans ce livre, ces nouveaux produits et concepts seront prsents en ciblant surtout sur une intgration optimale des composants du systme et l'utilisation quotidienne de tout le systme. Lors de l'explication des composants du systme, les marques dposes seront seulement mentionnes quand les produits sont uniques, c'est dire, exclusivement disponibles sous la marque dpose en question, ou quand d'autres marques ne sont disponibles que trs difficilement. Les produits uniques de Victron Energy sont les suivants : Des chargeurs de batterie avec un logiciel "intelligent" pour optimaliser automatiquement la charge.

- Convertisseurs et convertisseurs/chargeurs combins avec possibilit de couplage en parallle L'option de couplage en parallle signifie qu'il n'y a plus de restriction en ce qui concerne la quantit de courant alternatif qui peut tre fourni par une batterie. Comme nous allons le dmontrer, cela donne la possibilit d'alimenter partir de la batterie tous les appareils mnagers habituels, y compris une machine laver et mme une table de cuisson lectrique. Bien que la consommation de pointe de ces appareils soit trs leve, la consommation nergtique totale est parfaitement matrisable et beaucoup plus faible que nous le pensions - PowerControl est une fonction du Phoenix Multi Victron, souvent ignore, mais trs pratique. Le Multi peut fournir normment de courant et donc charger des grandes batteries d'accumulateurs. Cela signifie une lourde charge (environ 2 kW ou presque 10 A par Multi) pour la prise de quai ou le groupe lectrogne. Avec le tableau de commande Phoenix Multi Control il est possible de rgler soit un courant de quai soit un courant de groupe maximal. Le Multi tient compte des autres consommateurs d'lectricit et n'utilise pour recharger la batterie que le courant restant. - PowerAssist PowerAssist est une fonction distincte du Phoenix MultiPlus, qui donne une dimension supplmentaire au principe du PowerControl. Si la demande dpasse la capacit du groupe lectrogne ou de la prise de quai, le convertisseur du MultiPlus prend un complment d'nergie dans les batteries et le met instantanment disposition. Il est ainsi possible de faire face momentanment des intensits de pointe suprieures la puissance d'un groupe ou d'un raccordement quai. Lorsque la puissance demande diminue, l'excdent est utilis pour recharger la batterie. Bien que cet aperu soit surtout orient pour les bateaux de plaisance, la plupart des solutions proposes peuvent galement tre utilises pour d' autres systmes d' nergie autonome, comme les habitations isoles, les camping-cars ou les vhicules spcialiss.

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2. LA BATTERIE : PRVENIR LE VIEILLISSEMENT PRCOCE2.1. IntroductionJ'aime les moteurs, et surtout les moteurs dautrefois, sans fioritures lectroniques. S'ils ne marchent pas correctement, on peut regarder, couter, sentir et les dmonter s'il le faut. Les pices peuvent tre remplaces, rpares ou rvises. Puis on assemble le tout, et a marche nouveau ! Avec une batterie, c'est impossible. La batterie est un produit mystrieux. De l'extrieur, on ne peut rien savoir sur la qualit, le vieillissement ventuel ou l'tat de charge. Il n'est mme pas possible de la dmonter pour valuer le vieillissement interne. Ouvrir en la sciant serait possible, mais la batterie serait alors dfinitivement inutilisable ; seulement des spcialistes peuvent en analyser le contenu pour ventuellement connatre la cause du problme. Si une batterie ne marche plus correctement, elle doit tre remplace. La rparer est impossible. La batterie cote chre, elle prend de la place et est trs lourde. Imaginez-vous : avec seulement 10 litres (= 8,4 kg) de gasoil et un groupe lectrogne diesel, vous pouvez charger une batterie de 24 V 700 Ah (contenu d'nergie 24 x 700 = 16,8 kWh). Cette batterie a un volume de 300 dm3 (= 300 litres) et pse 670 kg ! Par ailleurs, les batteries sont trs vulnrables. Trop les charger ou pas assez, les dcharger lexcs, les charger trop rapidement, une temprature trop leve. Tout peut arriver et les consquences en sont dsastreuses. L'objectif de ce chapitre est d'expliquer pourquoi les batteries vieillissent parfois trop rapidement et ce que vous pouvez faire pour leur donner une dure de vie plus longue. Et si vous voulez regarder lintrieur dune batterie endommage, ne l'ouvrez pas vous-mme. C'est un travail trs salissant qui vous cotera un pantalon (une goutte d'acide sulfurique sur votre pantalon, et vous pouvez le jeter!) Vous pouvez aussi bien acheter le livre de Nigel Calder, Boatowners Mechanical and Electrical Manual, er et tudier les nombreuses photographies dtailles et explicatives de batteries endommages dans le 1 chapitre de ce livre.

2.2. La chimie de la batterie2.2.1. La dcharge Quand un lment se dcharge, il se forme du sulfate de plomb sur les plaques positives et ngatives, par incorporation d'acide en provenance de la solution lectrolytique. La quantit d'lectrolyte dans les lments reste pratiquement identique. Cependant, l'acidit de llectrolyte diminue, ce qui est perceptible au changement de la densit. La charge Lors de la charge, l'opration inverse a lieu. L'acide se libre sur les deux plaques, ce qui fait que la masse active est transforme en oxyde de plomb sur la plaque positive et en plomb poreux et spongieux sur la plaque ngative. Quand le cycle de charge se termine et que le sulfate de plomb est en majeure partie transform, une partie de lnergie apporte sera utilise pour sparer l'eau en hydrogne et oxygne gazeux. Ceci est un mlange extrmement explosif, ce qui explique pourquoi la prsence de flammes ou d'tincelles proximit d'une batterie peut tre trs dangereuse lors de la charge. C'est la raison pour laquelle un local accumulateurs doit toujours tre efficacement ar. Le transport interne par diffusion Quand une batterie se dcharge, les ions se dplacent par la solution lectrolytique et par la matire active des plaques, afin de pouvoir entrer en contact avec le plomb et l'oxyde de plomb qui n'a pas encore t transform chimiquement en sulfate de plomb. Ce transport d'ions au travers de la solution lectrolytique est appel diffusion. Quand la batterie est en charge, le procd de diffusion inverse se produit. La diffusion seffectue relativement lentement et, comme vous vous pouvez imaginer, la raction chimique a d'abord lieu la surface des plaques et seulement aprs (et plus lentement aussi) bien l'intrieur de la matire active des plaques.

2.2.2.

2.2.3.

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2.2.4.

La dure de vie Selon la construction et l'utilisation, la dure de vie de la batterie peut varier de quelques annes 10 ans et mme plus. Voici les raisons les plus importantes du vieillissement des batteries : Perte de masse. Un cyclage intensif (= dcharger et recharger la batterie) est la principale cause de perte de masse. L'effet de la transformation chimique rptitive de la masse active dans les plaques a tendance diminuer la cohsion ; la matire active se dtache alors des plaques et tombe au fond de la batterie. Corrosion de la grille de la plaque positive. Cela arrive lors de la charge de la batterie, surtout la fin du cycle de charge quand la tension de la batterie est leve. C'est un processus lent, mais continu, durant la charge d'entretien de la batterie. La corrosion fait que la rsistance interne augmente et aura pour rsultat final la dcomposition des plaques positives. Sulfatation. Contrairement au deux processus de vieillissement mentionns ci-dessus, la sulfatation peut tre vite. Quand une batterie se dcharge, la masse active est transforme en de tous petits cristaux de sulfate de plomb aussi bien dans les plaques positives que dans les ngatives. Si la batterie n'est pas recharge rapidement, ces cristaux ont tendance crotre et se durcir pour former une couche impntrable qui ne peut tre retransforme en matire active. Le rsultat est une perte de capacit progressive, jusqu' ce que la batterie soit devenue inutilisable.

2.3. Les types de batterie plomb-acide les plus courants2.3.1. Plomb-antimoine et plomb-calcium Le plomb est alli l'antimoine (avec une faible addition de quelques autres lments tels que le slnium ou l'tain) ou au calcium, pour que la matire devienne plus durable et plus facile traiter. Pour l'utilisateur, il est important de savoir que, par rapport aux batteries plomb-calcium, les batteries allies l'antimoine prsentent une autodcharge plus leve et ncessitent une tension de charge plus leve. Par contre elles peuvent aussi supporter un plus grand nombre de cycles de charge/dcharge. Les batteries dites ouvertes et les batteries dites tanches Les batteries ouvertes contiennent de l'lectrolyte liquide. Dans la batterie tanche, l'lectrolyte est gnralement glifi (la batterie gel) ou absorb en matire microporeuse (la batterie AGM, Absorbent Glass Mat). Dans le cas dune batterie ouverte il est normal quun bouillonnement apparaisse en fin de charge. Il sagit de gaz hydrogne et oxygne qui se dgagent, voir paragraphe 2.2.2. Dans le cas des batteries tanches, l'oxygne gazeux qui se forme sur les plaques positives, se dplace vers les plaques ngatives, o, aprs une raction chimique complique, il se combine nouveau l'hydrogne pour redevenir de l'eau (donc strictement : il faudrait parler de batteries a recombinaison de gaz). Il n'y a pratiquement pas de gaz qui s'chappe de la batterie sauf lorsque la tension et le courant de charge sont trop levs ! Le gaz s'chappe alors par une soupape de scurit. Cest pourquoi les batteries tanches sont aussi appeles VRLA (Valve Regulated Lead Acid). Les batteries dites tanches ne sont donc pas vraiment tanches ! Si, suite une surcharge, il y a rgulirement du gaz qui s'chappe de la batterie tanche, l'lectrolyte se desschera et la batterie deviendra inutilisable. On peut distinguer les diffrentes batteries en se basant sur leur construction et leur utilisation, comme dcrit dans les paragraphes suivants.

2.3.2.

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2.3.3.

La batterie de dmarrage plaque plane (ouverte) C'est la batterie utilise dans les voitures. Cette batterie a t dveloppe pour un courant de dcharge lev de trs courte dure (le dmarrage d'un moteur) et c'est la raison pour laquelle elle a des plaques fines avec une grande surface. En cas de dcharge profonde rptitive, les plaques peuvent se dformer et une perte de masse se produira rapidement. Tout de mme, les batteries de dmarrage plaque plane heavy duty (batteries camion) sont souvent utilises comme batterie de servitude sur des bateaux de plaisance de petite taille. La batterie semi-traction plaque plane (ouverte) Cette batterie possde des plaques plus paisses ainsi que de meilleurs sparateurs entre les plaques pour prvenir la dformation et la perte de masse en cas d'utilisation cyclique. La batterie traction (ouverte) Ces batteries aux plaques tubulaires sont extrmement robustes et adaptes au cyclage journalier. Les batteries de traction sont utilises par exemple dans les chariots lvateurs, o la batterie est dcharge tous les jours de 60 80% de sa capacit et recharge chaque nuit. En cas de cyclage intensif, la batterie de traction doit subir priodiquement une charge d'galisation. La charge d'galisation consiste poursuivre la recharge de la batterie quelques heures de plus avec relativement peu de courant, aprs avoir termin le cycle de charge normal. La tension de charge alors monte. La hauteur que la tension peut atteindre dpend de la composition chimique et de l'ge de la batterie. Une tension de charge leve est ncessaire, entre autres, pour transformer en matire active le sulfate ventuellement restant et pour prvenir la stratification de la solution lectrolytique. L'acide sulfurique (H2SO4) qui se forme pendant la charge de la batterie, possde une densit plus leve que celle de l'eau et descend donc au fond du bac ; la concentration d'acide au fond de la batterie devenant alors plus importante que celle du niveau suprieur de la batterie. Le bouillonnement pendant la charge d'galisation permet llectrolyte dtre nouveau bien mlange. Les lments des batteries plaques tubulaires sont troits et hauts. Dans les batteries plaque plane, les lments sont justement plats et bas. C'est pourquoi il faut beaucoup plus de bouillonnement dans une batterie plaques tubulaires que dans une batterie plaque plane pour bien mlanger llectrolyte. La batterie glifie (VRLA) Ici, l'lectrolyte est immobilis en tant que gel. Cette batterie est trs connue sous le nom Sonnenschein Dryfit A200, Sportline ou Exide Prevailer. La batterie AGM (VRLA) AGM signifie Absorbent Glass Mat. Dans cette batterie, l'lectrolyte est absorb par une natte en fibre de verre, serre entre les plaques. Dans une batterie AGM, les porteurs de charge, les ions hydrognes (H2) et les ions sulfate (SO4), se dplacent plus facilement entre les plaques que dans une batterie gel. C'est pourquoi une batterie AGM est plus adapte pour fournir un courant trs lev de courte dure, qu'une batterie gel. La batterie lments cylindriques (VRLA) Cette batterie, connue sous le nom Optima (Exide possde un produit similaire), est une variante de la batterie AGM. Chaque lment est un assemblage enroul dune plaque positive et dune plaque ngative avec une natte entre les deux, dans laquelle l'lectrolyte est absorb. Le rsultat est une grande solidit mcanique et une trs faible rsistance lectrique. La batterie lments cylindriques peut fournir courte dure un courant trs lev ; elle supporte des courants de charge levs sans chauffement et, en tant une batterie VRLA, rsiste une tension de charge trs leve (jusqu' 15 Volt pour une batterie de 12 Volt) sans qu'il y ait du gaz qui s'chappe.

2.3.4.

2.3.5.

2.3.6.

2.3.7.

2.3.8.

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2.4. Fonction et utilisation de la batterieDans un systme dnergie autonome, la batterie fonctionne comme tampon entre les sources de courant (chargeur de batterie, plaques solaires, olienne, alternateurs) et les consommateurs. Dans la pratique, cela signifie une utilisation cyclique, mais ici dans une variante "irrgulire" et trs spciale, contrairement l'exemple du chariot lvateur, o le cycle oprationnel est tout fait prvisible. Par exemple : sur un bateau de plaisance, les situations suivantes peuvent se produire : Le bateau est ancr ou navigue dans une jolie baie. Les passagers ne veulent pas de bruit, donc toute l'lectricit est fournie par la batterie. Une ou deux fois par jour, le moteur de propulsion ou le groupe diesel est mis en route pendant quelques heures pour charger suffisamment la batterie de servitude pour la prochaine priode de silence. Il s'agit d'un cyclage pendant lequel le temps de charge est trop court pour compltement recharger la batterie. Pendant plusieurs heures d'affile le bateau navigue au moteur. Les alternateurs ont alors le temps de charger compltement la batterie. Le bateau est quai. Les chargeurs de batteries sont raccords au courant de quai ; la batterie est 24 heures sur 24 sous charge. Si on fait usage du concept CC (= Courant Continu, voir paragraphe 8.2), il peut y avoir quotidiennement plusieurs lgres dcharges. Pendant l'hiver, le bateau n'est pas utilis. Les batteries sauto dchargent lentement (voir paragraphe 2.5.10), elles sont sous charge d'entretien d'un chargeur de batterie ou sont gardes charges au moyen d'un panneau solaire ou dune olienne. Le nombre de cycles annuels, la temprature ambiante et beaucoup d'autres facteurs influenant sur la dure de vie d'une batterie, peuvent varier selon l'utilisateur. Tous ces facteurs seront traits brivement ci-dessous.

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2.5. La batterie plomb-acide en pratique2.5.1. Combien cote une batterie? Ici nous donnons une estimation des prix. En plus de toutes les considrations de qualit et d'utilisation, le prix est, naturellement, lui aussi, important. Application Tension de systme applique, capacit et contenu d' nergie V Ah kWh 12 12 12 12 100 60 200 230 1.2 0.72 2.4 2.8 Indication de prix H.TVA. USD ou EURO 100 250 300 600 Indication de prix par kWh USD ou EURO par kWh 80 350 125 210

Type de batterie

Dmarrage ouverte cylindriques (VLRA) Semi-traction ouverte Batterie AGM (VRLA) Traction (plaques tubulaires) ouverte Sonnenschein Dryfit A200 gel (VRLA) Sonnenschein Dryfit A600 gel (VRLA)

Dmarrer Dmarrer, propulseur d'trave Batterie de service jusqu' environ 600 Ah Batterie de service jusqu' environ 600 Ah. A la fois dmarrage et propulseur d'trave Batterie de service jusqu' environ 2000 Ah Batterie de service jusqu' environ 600 Ah Batterie de service jusqu' environ 1500 Ah

Elments

24 12 24

1000 200 1500

24 2.4 36

4.500 500 11.000

190 210 305

A partir du tableau on peut constater que les cots varient considrablement, en fonction du choix de batterie, et que les batteries ouvertes sont moins chres que les batteries tanches. Les batteries tanches par contre, offrent beaucoup de facilits d'emploi : elles sont sans entretien. elles ne gazent pas ou presque pas ( condition que la batterie ne soit pas charge avec une tension trop leve). elles peuvent tre installes, pour cette raison, dans des endroits difficilement accessibles. D'autre part, les batteries tanches rsistent moins bien la surcharge (sauf la batterie lments cylindriques). La surcharge provoque des dgagements gazeux (par la soupape de scurit) ayant pour rsultat une perte d'eau qui ne peut plus tre rcupre. Les consquences en sont une perte de la capacit et un veillissement prmatur .

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2.5.2.

Dimensions et poidsV 12 12 12 12 24 12 24 Ah 100 60 200 230 1000 200 1500 kWh 1.2 0.72 2.4 2.8 24 2.4 36 Volume 3 dm 16 8.5 33 33 280 33 600 Poids kg 28 17.2 60 62 770 70 1440 Volume spcifique 3 Wh / dm 75 81 73 85 85 72 60 Poids spcifique Wh / kg 43 42 40 45 32 34 25

Type de batterie Dmarrage ouverte cylindriques (VRLA) Semi-traction ouverte Batterie AGM (VRLA) Traction (plaques tubulaires) ouverte Sonnenschein Dryfit A200 gel (VRLA) Sonnenschein Dryfit A600 gel (VRLA)

Elments

Ce tableau rvle que les batteries sont lourdes et peu commodes. Pour revenir sur la comparaison faite dans le paragraphe 2.1: Compares l'nergie qui se libre lors de la combustion du gasoil par exemple, les batteries restent part. Lors de la combustion, 10 litres de gasoil (poids 8,4 kg), donnent 100 kWh d'nergie thermique . Donc un gnrateur diesel peut gnrer 20 kWh d'nergie lectrique avec 10 litres de gasoil et un rendement de 20% en moyenne. C'est l'nergie qu'il faut pour charger une batterie de 24 V et 700 Ah. Une telle batterie a un volume de 300 dm3 (= 300 litres) et pse 670 kg ! Une autre comparaison frappante : chauffer de l'eau. Pour faire bouillir 1 litre (= 1 kg) d'eau dans une bouilloire lectrique, il faut 0,1 kWh. Pour fournir ce 0,1 kWh ncessaire, on a besoin d'une batterie d'environ 4 kg ! 2.5.3. L' effet du rgime de dcharge sur la capacit disponible de la batterie La capacit disponible d'une batterie dpend du rgime de dcharge. Plus une batterie est dcharge rapidement (autrement dit, plus le courant de dcharge est lev), plus la capacit disponible (exprime en Ampre-heures ou Ah) est faible. Cela est en rapport avec le procd de diffusion (par. 2.2.3). Gnralement, la capacit est indique pour un temps de dcharge de 20 heures (courant de dcharge I = C / 20) Pour une batterie de 200 Ah, cela signifie que la capacit nominale peut tre livre en cas dun courant de dcharge de 200 Ah / 20 heures = 10 Ampres. Avec un courant de dcharge de 200 A, la mme batterie se vide beaucoup plus rapidement. Une batterie gel de 200 Ah, par exemple, possde alors une capacit disponible de seulement 100 Ah, c'est-dire quelle sera dcharge aprs 30 minutes. (voir aussi chapitre 3 : le contrleur de batterie). Les tableaux suivants donnent une impression de la capacit en fonction du rgime de dcharge. e Dans la 2 colonne du premier tableau, la capacit nominale indique par le fabricant est mentionne ensemble avec le temps de dcharge complmentaire, qui est souvent de 20 heures, mais cela peut tre aussi bien 10 ou 5 heures. A partir des tableaux, nous pouvons constater comment la capacit disponible diminue avec un courant de dcharge croissant ; nous pouvons galement constater que les batteries AGM (surtout la batterie lments cylindriques) sont plus performantes que les batteries gel quand le courant de dcharge est lev.

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Type

Courant de dcharge Ampres (nominal) 5 2.8 10 11.5 200 10 150

Capacit nominale et temps de dcharge correspondant 100 Ah / 20 h 56 Ah / 20 h 200 Ah / 20 h 230 Ah / 20 h 1000 Ah / 5 h 200 Ah / 20 h 1500 Ah / 10 h

Temps de dcharge

Courant de dcharge A (C / 5)

Capacit effective 1.83 V / cellule (11 V) Ah %

Temps de dcharge

heures 20 20 20 20 5 20 10

heures

Dmarrage ouverte Elments cylindriques (VRLA) Semi-traction ouverte Batterie AGM (VRLA) Traction (plaques tubulaires) ouverte Sonnenschein Dryfit A200 gel (VRLA) Sonnenschein Dryfit A600 gel (VRLA)

11.2 40 46 200 40 300

52 150 198 1000 158 900

93 75 86 100 79 60

4.6 3.75 4.3 5 4 3

Type

Courant de dcharge A (C / 2)

Capacit effective 1.83 V / lment (11 V) Ah %

Temps de dcharge Minutes

Courant de dcharge A (C / 1)

Capacit effective 1.75 V / lment (10.5 V) Ah %

Temps de dcharge Minutes

Dmarrage ouverte Elments cylindriques (VRLA) Semi-traction ouverte Batterie AGM (VRLA) Traction (plaques tubulaires) ouverte Sonnenschein Dryfit A200 gel (VRLA) Sonnenschein Dryfit A600 gel (VRLA)

28 100 115 500 100 750

43 110 157 700 120 375

77 55 68 70 60 25

92 66 82 80 72 15

56 200 230 1000 200 1500

42 90 142 400 100 0*

75 45 62 40 50 0

45 27 37 24 30 0*

*Avec un courant de dcharge de 1500 A (C / 1), la tension d'une batterie A600 baisse presque immdiatement 1,65 V par lment (c'est dire 9,9 V pour un systme de 12 V et 19,8 V pour un systme de 24 V). Le courant de dcharge est souvent exprim au rapport de la capacit nominale. Pour une batterie de 200 Ah, C / 5, par exemple, veut dire un courant de dcharge de 40 A (= 200 Ah / 5 H) 2.5.4. Capacit et temprature La capacit relle d'une batterie varie inversement avec la temprature. 0 C 80 % 10 C 92 % 15 C 95 % 20 C 100 % 25 C 103 % 30 C 105 %

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2.5.5.

Vieillissement prmatur 1. Dcharge trop profonde de la batterie. Plus les batteries sont dcharges profondment, plus elles vieillissent rapidement (suite une perte acclre de la masse active, voir par. 2.2.4.) Quand une certaine limite est dpasse (environ 80 % de dcharge), le processus de vieillissement s'intensifie de faon disproportionne. De plus, si une batterie est laisse dcharge, ses plaques se mettent sulfater 2.2.4.). Comme cela a t expliqu dans le paragraphe 2.2.4, une batterie vieillit, mme quand elle est charge, sans tre utilise, surtout suite la corrosion de la grille des plaques positives. Le tableau suivant donne un aperu gnral sur le nombre de cycles de charge/dcharge que les batteries peuvent supporter jusqu' la fin de leur vie et sur leur extrme sensibilit la sulfatation et la corrosion. Nombre de cycles jusqu' la fin de la dure de vie Sulfatation en cas de dcharge 100 % Dure de vie quand la batterie est presque en permanence sous charge et pratiquement jamais dcharge (temprature ambiante 20 C) Annes 5 10 5 4 - 10 10 15 45 15 18

Type

Profondeur de Profondeur de dcharge 80 % dcharge 60 % Dmarrage ouverte Elments cylindriques (VRLA) Semi-traction ouverte Batterie AGM (VRLA) Traction (plaques tubulaires) ouverte Sonnenschein Dryfit A200 gel (VRLA) Sonnenschein Dryfit A600 gel (VRLA) Ne convient pas l'utilisation cyclique 400 200 250 1500 250 600 650 350 450 2500 450 900 En quelques jours irrparablement sulfate En quelques jours irrparablement sulfate Survit au maximum 1 mois en tat court-circuit Survit au maximum 1 mois en tat dcharg Survit au maximum 1 mois en tat dcharg Survit au maximum 1 mois en tat dcharg

Le nombre de cycles de charge/dcharge quune batterie peut accepter dpend fortement de la profondeur de la dcharge (anglais : Depth of Discharge, = DoD) On considre que les batteries ont atteint la fin de leur dure de vie quand la capacit est rduite 80% de la capacit nominale. Bien que la plupart des batteries puissent se rtablir aprs une dcharge complte, c'est tout de mme trs dommageable pour sa dure de vie. Les batteries ne doivent jamais tre dcharges compltement et surtout ne pas tre laisses en tat de dcharge. Notez aussi que la tension d'une batterie en utilisation n'est pas un bon critre pour le niveau de dcharge. La tension de la batterie est trop influence par d'autres facteurs, tel que le courant de dcharge et la temprature. Ce n'est que quand la batterie est presque compltement dcharge (DoD 80% jusqu' 90%) que la tension baissera rapidement. La batterie doit tre recharge avant que cela se produise. C'est pourquoi il est fortement conseill d'utiliser un contrleur de batterie pour bien grer les grands parcs de batteries assez coteux (chapitre 3).

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2.5.6.

Vieillissement prmatur 2. Charge trop rapide et charge partielle. La plupart des batteries acceptent un courant de charge lev jusqu' ce que la tension de gazage soit atteinte. Cependant un courant de charge lev rduira considrablement la dure de vie de la plupart des batteries. La raison en est la dgradation acclre de la cohsion de la matire active. En gnral, il est conseill de limiter le courant de charge C / 5, c'est--dire 20 % de la capacit nominale. Par ailleurs, si une batterie est charge avec un courant suprieur C / 5, la temprature peut augmenter considrablement. Une compensation de temprature de la tension de charge est alors une ncessit absolue (voir par. 2.5.9). Selon ma propre exprience, la recharge d'une batterie de 12 V 100 Ah, dcharge 50 %, avec un courant de 33 A (C / 3) aboutit une augmentation de temprature de 10 15 La temprature maximum est atteinte la fin de ltape principale. Les batteries plus C. grandes deviennent mme encore plus chaudes (parce que la quantit de chaleur produite augmente avec le volume et l'mission de la chaleur augmente avec la surface). Un exemple : Supposons qu'un voilier de 15 mtres soit quip dune batterie de servitude de 24 V avec une capacit de 800 Ah. Le courant de charge maximal serait alors de C / 5 = 160 A.. En deux heures, 320 Ah pourraient alors tre chargs. Si au mme moment il y a une consommation de 15 A, le chargeur devrait fournir 175 A. Sur les 22 heures restantes de la journe, 320 Ah / 22 heures = 14,5 A en moyenne peuvent alors tre utiliss, ce qui signifie une dcharge de seulement 320 / 800 = 40 %. Cela parat peu, mais hlas c'est le maximum ralisable, si la priode, dans laquelle le gnrateur est utilis, est limite 2 heures. La batterie, utilise de cette faon, se charge en effet jusqu' 80 % environ (audel de ce pourcentage, la tension de charge augmente et le courant de charge diminue) et se dcharge jusqu' environ 60 %. Dcharger encore plus et charger plus rapidement conduirait un raccourcissement considrable de la dure de vie. Dans l'exemple dcrit ci-dessus, la batterie est utilise dans un tat de charge partielle (entre 20 % et 60 % de dcharge). Il y a deux raisons principales pour que le nombre de cycles dutilisation en tat partiellement charg doit tre limit : 1) Stratification de llectrolyte Ce problme s'applique en particulier aux batteries ouvertes, voir par. 2.3.5. 2) Dsquilibre de ltat de charge des lments. Les lments d'une batterie ne sont jamais tout fait identiques. Certains ont un peu moins de capacit. Il y a aussi certains lments qui se chargent moins facilement (voir 3.4). En cas de cyclage en tat de charge partielle, ces lments "plus faibles" seront de moins en moins chargs. Afin de recharger compltement llment le plus faible, les autres lments devront tre surchargs, voir le 4.3. La stratification et le dsquilibre de ltat de charge des lments se produisent plus rapidement en cas de dcharges trs profondes et en cas de courant de charge trs lev. Afin de prvenir le dsquilibre excessif des lments, une batterie doit tre charge compltement au moins tous les 30 60 cycles. La charge dune batterie traction devra tre suivie par une charge d'galisation, voir le 4.3.

2.5.7.

Vieillissement prmatur 3. Charge insuffisante Comme dcrit dans le 2.2.4., la sulfatation a lieu quand une batterie est laisse dans un tat de dcharge complte. La sulfatation apparatra, mais plus lentement, galement quand une batterie est laisse en tat de dcharge partielle. C'est pourquoi il est recommand de ne jamais laisser une batterie dcharge plus de 50 %, et de rgulirement recharger la batterie a 100 %. La recharge insuffisante et la dcharge excessive sont les facteurs principaux du vieillissement prmatur dune batterie.

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2.5.8.

Vieillissement prmatur 4. Surcharge.. La surcharge provoque un bouillonnement excessif et de ce fait aussi une perte d'eau. Pour les batteries ouvertes, la perte d'eau peut tre compense en rajoutant de leau dminralise (mais la corrosion acclre des plaques positives, ayant lieu en mme temps, est irrparable). Les batteries tanches sont plus sensibles la surcharge puisque la perte deau ne peut tre compense. Une cause courante de surcharge est l'absence de compensation de temprature (voir 4.4.). Une autre raison peut tre la charge simultane de plusieurs batteries l'aide dun rpartiteur de charge diodes (voir chapitre 5). Vieillissement prmatur 5. Temprature. La temprature d'une batterie peut fortement varier pour plusieurs raisons: La charge et la dcharge rapides chauffent la batterie (voir 2.5.6 et 2.5.8). L'emplacement de la batterie. Dans la salle des machines d'un bateau, la temprature peut aller au-del de 50 Dans un vhicule, la temprature peut varier de - 20 a + 50 C. C C. Une temprature de fonctionnement leve mne un vieillissement acclr, car les processus chimiques de dcomposition dans la batterie se droulent plus rapidement. Gnralement, la dure de vie d'une batterie est indique par le fabricant pour une temprature ambiante de 20 La dure de vie C. d'une batterie est rduite de moiti lors chaque lvation de temprature de 10 C. Le tableau ci-dessous donne une impression de la dure de vie pour des tempratures diffrentes. Dure de vie quand la batterie est continuellement sous charge (annes) 20 C 25 C 30 C 5 10 5 8 10 5 16 3.6 7 3.6 6 7 3.6 11 2.5 5 2.5 4 5 2.5 8

2.5.9.

Type batterie

Dmarrage ouverte Elments cylindriques (VRLA) Semi-traction ouverte Batterie AGM (VRLA) Traction (plaques tubulaires) ouverte Sonnenschein Dryfit A200 gel (VRLA) Sonnenschein Dryfit A600 gel (VRLA)

Finalement, la temprature joue un rle trs important lors de la charge de la batterie. En effet, la tension du gazage, et avec elle, la tension d'entretien et d'absorption optimale, diminue au fur et mesure que la temprature de la batterie augmente. Ce qui signifie qu'avec une tension de charge constante, une batterie chaude sera surcharge et une batterie froide sera insuffisamment charge. Voir le 4.4 pour plus d'informations sur la temprature et la charge des batteries.

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2.5.10. Autodcharge Une batterie inutilise perd sa capacit suite lautodcharge. Plus la temprature de stockage sera leve, plus lauto dcharge sera rapide. Type Dmarrage ouverte Elments cylindriques (VRLA) Semi-traction ouverte Batterie AGM (VRLA) Traction (plaques tubulaires) ouverte Sonnenschein Dryfit A200 gel (VRLA) Sonnenschein Dryfit A600 gel (VRLA) Alliage Antimoine (1,6 %) Pur plomb Antimoine (1,6 %) Antimoine (1,6 %) Antimoine (5 %) Calcium Calcium Autodcharge par mois Autodcharge par mois 20 C 10 C 6% 3% 4% 6% 3% 12 % 2% 2% 2% 3% 1.5 % 6% 1% 1%

Les batteries ouvertes plomb-antimoine doivent, quand elles ne sont pas utilises, tre recharges au moins tous les 4 mois, sauf si la temprature ambiante moyenne est basse. Les batteries tanches peuvent supporter une priode de repos de 12 mois sans tre recharges. Quand une batterie n'est pas utilise pendant une longue priode, il est important qu'elle soit dconnecte du systme lectrique pour qu'il n'y ait pas de dcharge acclre suite de courants de fuite ailleurs dans le systme.

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3. SURVEILLANCE DE L' ETAT DE CHARGE D' UNE BATTERIELE CONTROLEUR DE BATTERIE3.1. Les diffrentes faons de surveiller l' tat de charge d' une batterie3.1.1. La densit de llectrolyte Comme il a t expliqu dans le 2.2.1, llectrolyte d'une batterie plomb-acide se compose d'un mlange d'eau et d'acide sulfurique. Dans une batterie compltement charge, la masse active des plaques ngatives est en plomb pur et spongieux; et celle des plaques positives en oxyde de plomb. La concentration d'acide sulfurique (ainsi que la densit de llectrolyte) est alors leve. Pendant la dcharge, l'acide sulfurique ragit avec la matire active des plaques positives et ngatives, avec comme rsultat la formation de sulfate de plomb et deau. De ce fait, la teneur en acide sulfurique diminue ainsi que la densit de llectrolyte. Pendant la dcharge, l'tat de charge de la batterie peut tre assez bien suivi en dterminant la densit de llectrolyte l'aide d'un pse-acide : Profondeur de la dcharge (%). 0 25 50 75 100 Densit Entre 1.265 et 1.285 1.225 1.190 1.155 1.120 Tension 12.65 + 12.45 12.24 12.06 11.89

Pendant la charge, le processus inverse a lieu et de l'acide sulfurique est nouveau form. tant donn que l'acide sulfurique est plus lourd que l'eau, celle-ci a tendance a saccumuler au fond du bac batterie tendis quau-dessus des plaques, la concentration d'acide dans le liquide ne change pratiquement pas! (Ceci ne concerne pas les batteries lectrolyte immobilis : gel et AGM), Informations utiles sur l' lectrolyte: Stratification Quand, la fin de la priode principale bulk, la tension de gazage est atteinte (2,39 V par lment, soit 14,34 V pour une batterie de 12 V 20 petit petit llectrolyte sera nouveau bien mlange C), grce aux bulles de gaz qui remontent (gazage ou bouillonnement). Le temps ncessaire dpend de la construction de la batterie et de lintensit du bouillonnement. Le bouillonnement dpend de la tension de charge, de la teneur en antimoine et de l'ge de la batterie. Les batteries ayant une teneur en antimoine relativement leve (2,5 % ou plus), ont gnralement suffisamment de bouillonnement pendant la charge d'absorption pour homogniser llectrolyte. Les batteries modernes avec une faible teneur en antimoine (1,6 % ou moins) prsentent si peu de bouillonnement que le cycle de charge normal est insuffisant. Il faudra une charge d'entretien de plusieurs semaines (avec trs peu de bouillonnement) avant que l'lectrolyte soit de nouveau bien mlang. Par consquent, on peut mesurer une densit insuffisante mme aprs avoir charg compltement une batterie ouverte. NB : Les vibrations et les mouvements d'un bateau ou d'un vhicule contribueront galement au bon mlange de l'lectrolyte. Correction de temprature pour les mesures de densit l' aide du pse-acide: La densit est inversement proportionnelle la temprature. Chaque lvation de temprature de 14 C, diminue la densit mesure de 0,01. Un relev de 1,27 34 est donc quivalent un relev de 1,28 C 20 C. Variations de densit par rgion : Les densits mentionnes dans le tableau ci-dessus sont typiques pour un climat tempr. Pour un climat chaud, on utilise gnralement l'lectrolyte avec une concentration d'acide sulfurique plus faible pour rduire l'effet ngatif de la temprature ambiante leve sur la dure de vie de la batterie. Densit d'une batterie compltement charge, climat tempr : 1.265 -1.285 Densit d'une batterie compltement charge, climat subtropical : 1.250 -1.265 Densit d'une batterie compltement charge, climat tropical : 1.235 -1.250

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3.1.2.

La tension de la batterie Une mesure de tension peut tre utilise en tant qu'indication globale de l'tat de charge de la batterie (voir tableau dans paragraphe 3.1.1). Une mesure de tension valable est uniquement possible quand la batterie est reste au repos pendant quelques heures (sans charge ou dcharge). Le compteur de courant en Ampre-heures (Ah) C'est la faon la plus pratique et exacte pour suivre l'tat de charge d'une batterie. Le produit spcialement conu cette fin, est le contrleur de batterie. Dans les paragraphes suivants, l'utilisation du contrleur de batterie est traite en dtail.

3.1.3.

3.2. Le principe de fonctionnement du moniteur de batterie avec compteur de courantLa fonction la plus importante du contrleur de batterie est le suivi et l'indication de l'tat de charge d'une batterie. Un contrleur de batterie suit les courants de charge et de dcharge de la batterie. L'intgration de ce courant rapporte le nombre dAmpres-heures (Ah) de charge ou de dcharge. Avec un courant constant, l'intgration revient la multiplication du courant et du temps. Par exemple : un courant de dcharge de 10 A pendant 2 heures signifie que la batterie est dcharge avec 10 x 2 = 20 Ah.

3.3. Rendement nergtique d' une batterie

Il se cre une perte lors de la charge et de la dcharge d'une batterie. La quantit totale d'nergie lectrique fournie par une batterie pendant la dcharge est denviron 25 % infrieure l'nergie absorbe pendant la charge, ce qui signifie que le rendement est de 75 %. Un courant de charge et de dcharge lev rduit le rendement. La perte plus importante vient du fait que la tension est plus basse pendant la dcharge que pendant la charge. De plus, il y a galement une perte la fin du cycle de charge, car l'eau y est transforme en oxygne et hydrogne. Les batteries ayant peu de bouillonnement (les batteries avec une basse teneur en antimoine) et une faible rsistance lectrique sont les plus efficaces. Quand une batterie est utilise dans un tat partiellement charg (voir l'exemple du paragraphe 2.4.6.), Le rendement nergtique est trs lev (pas de bouillonnement) : environ 89 %.

3.4. Rendement de courant d' une batterieUne batterie restituera moins dAmpres-heures durant la dcharge que le nombre dAh ncessaires pour la charger. C'est ce qu'on appelle le rendement de courant, ou bien le rendement Ah ou Coulombien (1 Ah = 3600 C). Le rendement de courant d'une batterie est presque de 100 %, tant qu'il n'y a pas de bouillonnement. Bouillonnement veut dire qu'une partie du courant de charge n'est pas transforme en nergie chimique stocke dans les plaques, elle est utilise alors pour transformer l'eau en oxygne et hydrogne (ceci concerne galement la fin du cycle de charge d'une batterie tanche, voir paragraphe 2.3.2.). Seuls les "Ampresheures" stockes dans les plaques peuvent tre rcupres lors de la dcharge suivante. Par consquent le rendement de courant dpend : A. Du type de batterie : peu de bouillonnement = rendement de courant lev B. De la faon dont la batterie est charge : le rendement de courant moyen sera lev, quand une batterie est surtout utilise en tat partiellement charg (voir l'exemple au paragraphe 2.4.6.) et si elle n'est compltement charge quoccasionnellement. C. Courant de charge. Quand la charge se fait avec un courant lev, donc avec galement une tension et une temprature leve, le bouillonnement commence plus rapidement et de faon plus intense. Cela a pour consquence une diminution du rendement de courant (ainsi que du rendement nergtique). Dans la pratique, le rendement de courant varie entre 80 et 95 %. Un contrleur de batterie doit prendre en compte le rendement de courant, autrement la valeur indique serait trop optimiste.

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3.5. Effet du rgime de dcharge sur la capacitComme il a dj t prcis dans paragraphe 2.5.3, la capacit disponible d'une batterie dpend du courant de dcharge. Plus la dcharge est rapide, moins il y aura de capacit disponible. En 1897, le scientifique Peukert, a dcouvert que la relation entre le courant de dcharge I et le temps de dcharge T (de charge totale la dcharge totale) peut tre dcrite ainsi: Cp = I x T o Cp est une constante (la capacit Peukert) et o "n" est appel l'exposant de Peukert. L'exposant de Peukert est toujours suprieur 1. Plus "n" est grand, plus la prestation de la batterie sera mauvaise en cas de courant de dcharge lev. L'exposant de Peukert peut tre calcul comme suit, en fonction de mesures effectues sur la batterie ou en fonction des tableaux ou graphiques de dcharge du fabriquant. Quand on dtermine ou quand on mesure le temps de dcharge T1 et T2 pour deux courants de dcharge diffrents, I1 et I2, alors: Cp = I 1 x T1 = I 2 x T2 et donc : n = log( T2 / T1) / log (I1 / I2) Comme nous le montrent les tableaux du paragraphe 2.5.3, l'augmentation du courant de dcharge de C / 20 C / 1 (= l'augmentation du courant de dcharge d'une batterie de 200 Ah de 200 / 20 = 10 A 200 / 1 = 200 A) peut diminuer la capacit disponible de 50% ! Un contrleur de batterie doit donc compenser la capacit en fonction de lintensit de dcharge. Dans la pratique cela est trs compliqu, car lintensit de dcharge nest pas toujours constante.n nn

3.6. Un courant de dcharge lev, conduit-il une perte de capacit ?Dans le paragraphe 2.5.3, nous avons vu l'exemple d'une batterie dont la capacit nominale avec une dcharge en 20 heures tait de 200 Ah et donc C20 = 200 Ah. Le courant de dcharge correspondant est : I20 = C20 / 20 = 10 A Avec un courant de dcharge de 200 A, la batterie est dcharge en 30 minutes. Donc bien que nous ayons commenc avec une batterie de 200 Ah, celle-ci se retrouvait vide aprs une dcharge de seulement 100 Ah. Cela ne signifie pas qu'avec un courant de dcharge de 200 A, la diffrence de capacit de 100 Ah (C20 - C1 = 200 100 = 100 Ah) ait "disparue", mais seulement que le processus chimique (diffusion, voir 2.2.3.) s'accomplit lentement, ce qui fait que la tension de la batterie devient trop faible. Une batterie qui est dcharge avec un courant de 200 A et qui est "vide" en 30 minutes, sera donc nouveau (presque) pleine aprs une recharge avec 100 Ah, tandis que la mme batterie qui est dcharge avec I20 = 10 A , vide en 20 heures, sera presque pleine aprs une recharge avec 200 Ah. Une batterie dcharge avec un courant lev peut mme se rtablir au bout dun certain temps et la capacit restante peut tre utilise.

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3.7. D' autres caractristiques utiles d' contrleur de batterie unLe comptage des vnements particuliers et la saisie de donnes sont des fonctions trs utiles d'un contrleur de batterie. 3.7.1. Comptage des vnements particuliers Compter des vnements particuliers signifie que les vnements spcifiques, surtout les vnements qui sont probablement nuisibles ou qui sont ncessaires pour l'entretien de la batterie, sont stocks dans la mmoire de la batterie. Ces vnements peuvent tre : surtension dcharge trop profonde nombre de cycles de charge/dcharge Saisie de donnes La saisie de donnes signifie que les donnes de la batterie sont enregistres intervalles rguliers, pour que l'historique d'utilisation puisse tre reproduit plus tard.

3.7.2.

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4.

RECHARGER DES BATTERIES : LA THEORIE4.1. IntroductionIl serait facile de dcrire le chargement des batteries s'il existait une recette universelle, quels que soient les conditions d'utilisation et le type de la batterie. Malheureusement ce n'est pas le cas. Un facteur qui rend le tout encore plus compliqu, est quil y a souvent plus d'un appareil de charge connect sur la batterie, et que le courant de charge net nest pas continu en raison des consommateurs qui sont egalement raccords sur la batterie. Charger avec une tension constante est la meilleure faon dliminer au mieux l'influence dautres chargeurs et des consommateurs. De l provient la caractristique de charge 3 tapes bien connue, avec une tape de courant limit ou charge principale (anglais : bulk) avec ensuite 2 tapes de tension limites, la tension d'absorption et la tension dentretien. Dans le paragraphe 5.3.2, vous trouverez une description plus dtaille dun rgime de charge plus volu, labor par Victron Energy : le rgime adaptatif de charge.

4.2. Charger en trois phases (I U U)4.2.1. Premire tape : courant limit Au dbut du cycle de charge d'une batterie, la tension monte rapidement environ 2,1 V / lment (12,6 V pour une batterie de 12 V et 25,2 V pour une batterie de 24 V). Ensuite, la tension monte plus lentement, jusqu' ce que la tension d'absorption soit atteinte. Pendant la phase principale de la recharge, la batterie accepte tout le courant de charge propos : le courant de charge est limit par le chargeur. Pour de grandes batteries d'accumulateurs il est plutt conseill de limiter le courant C / 5, ou encore mieux, C / 10, ce qui signifie que 10 20 % de la capacit totale est charge par heure, par exemple de 100 200 A pour une batterie de 1000 Ah. Des batteries plus petites et moins chres sont souvent charges avec un courant relativement plus lev, par exemple C / 3, mme si cela incombe une rduction de dure de vie pour la batterie. Une batterie accepte tout le courant de charge propos jusqu' ce qu'elle soit charge environ 80 %. La tension d'absorption est alors atteinte. A partir de ce moment l, la batterie absorbera de moins en moins de courant au lieu d'accepter tout le courant "propos". Pour cette raison, la premire limite de tension est appele : la tension d'absorption, et la seconde phase du cycle de charge : la phase d'absorption. Un courant de charge lev provoque une lvation de la temprature de la batterie, conduit plus de bouillonnement et un temps d'absorption suprieur ncessaire pour charger compltement la batterie. Autrement dit : un courant de charge trs lev n'est pas vraiment efficace et ne rduit que relativement peu le temps de charge. Dans tous les cas, ds que la tension de gazage est atteinte le courant de charge doit tre limit C / 5 ou moins, ( 20 la tension de gazage est d' C, environ 2,4 V / lment, soit 14,4 V ou 28,8 V respectivement). Sinon, la masse active sera repousse en dehors des plaques par un bouillonnement excessif. 4.2.2. Deuxime tape : charge d' absorption Quand la tension d'absorption est atteinte, la charge est limite la quantit de courant que la batterie absorbe. Pendant la phase d'absorption, le courant diminue constamment, tandis que la batterie atteint l'tat complet de charge. Comme il a t mentionn au 2.2.3, la charge (et la dcharge) d'une batterie indique qu'un procd de diffusion doit se produire. Ce procd de diffusion explique le comportement de la batterie sous charge et sous dcharge : Quand une batterie subit une dcharge partielle et rapide le processus chimique reste cantonn la surface des plaques. Pour recharger la batterie, une priode d'absorption nest alors pas ou peu ncessaire (la batterie d'une voiture est charge avec une valeur fixe denviron 14 V). Aprs une dcharge longue et importante, une longue priode d'absorption sera ncessaire pour rcuprer et retransformer toute la matire active lintrieur des plaques. Les batteries de dmarrage avec des plaques minces, ncessitent une priode d'absorption moins longue que les batteries plaques paisses ou tubulaires.

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Le temps d'absorption se raccourcit au fur et mesure q'une tension d'absorption plus leve est choisie. Une tension plus leve provoque des champs lectriques plus forts, ce qui augmente la vitesse de diffusion. Mais attention : au fur et mesure que la tension d'absorption est augmente, le bouillonnement s'intensifie, ceci jusqu' ce que la matire active soit repousse l'extrieur des plaques. Dans le cas des batteries tanches, du gaz schappera par les soupapes de scurit, ce qui conduit au desschement de l'lectrolyte. Les thories prsentes si dessus conduisent aux conclusions suivantes par type de batterie : 1) Les batteries plomb-antimoine ouvertes Ici nous avons faire des limites de tension d'absorption plutt larges, allant de 2,33 V par lment (14 V) et une longue priode d'absorption, 2,6 V par lment (15,6 V) et une priode d'absorption beaucoup plus courte. Afin de prvenir un bouillonnement excessif, le courant de charge doit tre limit un maximum de 10 % de la capacit de la batterie (mais 5 % est nettement meilleur) une fois que la tension de gazage (2,4 V par lment) est dpasse: par exemple 40 A pour une batterie de 400 Ah. Ce courant de charge limit est obtenu en limitant le courant du chargeur, ou en limitant la vitesse avec laquelle la tension de charge monte jusqu' environ 0,1 V par lment et par heure (c'est dire 0,6 V par heure pour une batterie 12 V, et 1,2 V par heure pour une batterie de 24 V). Il est galement important de savoir que les batteries ne doivent pas ncessairement tre charges saturation aprs chaque dcharge. Il est tout fait acceptable de les charger jusqu' 80 % ou 90 % en moyenne (charge partielle, de prfrence avec un peu de bouillonnement pour limiter la stratification) et de charger la batterie compltement par exemple une fois par mois. 2) La batterie lments cylindriques est un cas part, parce que cette batterie est tanche en acceptant tout de mme des larges limites de tension d'absorption, de 14 V 15 V. 3) Les autres batteries VRLA ont une limite de tension d'absorption plus basse qui ne doit jamais tre dpasse. En cas de tension de charge trop leve, il y aura dgagement de gaz par les soupapes de scurit, ce qui fait que la batterie se desschera . 4.2.3. Troisime tape : charge dentretien Aprs avoir recharg compltement la batterie, la tension est baisse pour limiter le plus possible la corrosion et le bouillonnement. Mais la tension doit rester suffisamment leve pour compenser l'autodcharge, c'est dire, pour conserver la batterie compltement charge. Trop de tension provoque un vieillissement acclr d la corrosion des plaques positives. La vitesse avec laquelle la grille des plaques positives se corrode, doublera grosso modo chaque augmentation de tension par lment de 50 mV (0,3 V et 0,6 V respectivement pour des batteries de 12 V et 24 V) . En revanche, avec trop peu de tension, la batterie se dchargera lentement, ce qui aboutira finalement la sulfatation. En ce qui concerne la tension de charge dentretien, nous devons faire une diffrence entre les batteries ouvertes et les batteries VRLA : 1) Les recommandations pour la charge dentretien des batteries ouvertes varient de 2,15 V 2,33 V par lment (12,9 V 14 V pour une batterie de 12 V). Les types de batteries ouvertes traites ici ne sont pas prvues pour une charge dentretien de longue dure (c'est dire, plusieurs mois ou plusieurs annes). La charge dentretien avec une tension relativement leve diminuera la dure de vie cause de la corrosion acclre des grilles des plaques positives. Et le niveau de llectrolyte des batteries teneur en antimoine leve devra tre rgulirement remis a niveau avec de l'eau dminralise. La charge dentretien tension basse, par exemple 2,15 V par lment, rduit le vieillissement et la perte deau d au bouillonnement, mais il faudra une "charge de rafrachissement" rgulire pour conserver la batterie compltement charge. 2) Par contre, toutes les batteries VRLA mentionnes sont prvues pour une charge dentretien de longue dure. Cependant, certaines tudes ont dmontr qu'un traitement comparable celui prsent ici pour des batteries ouvertes, prolonge galement la dure de vie des batteries VRLA (voir exemple "Batterie Technik" par Heinz Wenzl, Expert Verlag, 1999).

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Le tableau suivant donne le volume de perte d'eau d au bouillonnement dans le cas d'une batterie relativement neuve basse teneur en antimoine. Important : le bouillonnement augmente au fur et mesure que la batterie vieillit, et les batteries ayant plus d'antimoine consomment 2 5 fois plus d'eau ! Tension par lment (V) Batterie dbranche Entretien Entretien Entretien Entretien Absorption Absorption Absorption Absorption 2,13 2,17 2,2 2,25 2,3 2,33 2,4 2,45 2,5 Tension de batterie (V) 12,8 13 13,2 13,5 13,8 14 14,4 14,7 15 Bouillonnement Consompar mation 100 Ah d' eau par 100 Ah 20 cc / heure 25 cc / heure 60 cc / heure 90 cc / heure 150 cc / heure 180 cc / heure 500 cc / heure 1 l / heure 1,5 l / heure 0,1 l / an 0,1 l / an 0,3 l / an 0,4 l / an 0,6 l / an 0,8 l / an 2,2 l / an 4,2 l / an 6,5 l / an Intervalle de remplissage 5 ans 5 ans 1,5 ans 1 an 10 mois 7 mois 3 mois Perte d' eau par cycle de charge Perte de capacit par 100 Ah de capacit de batterie 44 / an 54 / an 130 / an 200 / an 300 / an 2 / cycle 3 / cycle 4 / cycle 6 / cycle

2 cc 3 cc 4 cc 6 cc

Le bouillonnement et la consommation d'eau sont bass sur une batterie 6 lments (= 12 V). L'intervalle pour le remplissage est bas sur une perte d'eau de 0,5 l par 100 Ah. Le surplus d'eau dans la batterie est d'environ 1 l / 100 Ah. Les formules : a) 1 g d'eau se dcompose en 1,85 l gaz d'oxygne + gaz d'hydrogne; b) 1 Ah de perte cause de bouillonnement produit 3,7 l de gaz dans une batterie 6 lments (= 12 V). Dans le tableau nous pouvons constater que la tension de la charge dentretien de 13,5 V (13,5 V est une tension souvent conseille pour les batteries ouvertes traites ici) est un compromis raisonnable, parce qu'une tension infrieure ne compense pas tout fait l'autodcharge et qu'une tension plus leve conduira un vieillissement prcoce par corrosion. A mon avis, plutt que de trouver un quilibre entre l'autodcharge et le bouillonnement, il serait prfrable de dbrancher la batterie et de ne la recharger que trois ou quatre fois par an, ou bien de rduire la tension de charge dentretien un niveau trs bas, par exemple 2,2 V par lment (13,2 V respectivement 26,4 V), puis de recharger la batterie rgulirement une tension plus leve, voir ce propos le paragraphe 5.3.2.

4.3. Charge dgalisationQuand une batterie n'est pas suffisamment charge, cela conduit son vieillissement pour les raisons suivantes : sulfatation stratification (seulement les batteries ouvertes, voir 2.3.5) dsquilibre de charge des lments (voir 2.5.6). En rgle gnrale, une batteries atteindra ltat de charge complet pendant la phase d'absorption ou bien aprs une longue priode de charge dentretien. Si elles est utilise un certain temps en tat partiellement dcharg, elle rcuprera : en parcourant compltement le cycle de charge de faon rptitive par une charge d'absorption ou dentretien pendant un temps plus long; par une vraie charge d'galisation, comme dcrite ci-dessous. Les batteries de traction en particulier, peuvent avoir besoin priodiquement dune charge d'galisation. Une charge d'galisation se fait en chargeant d'abord la batterie de faon habituelle puis en continuant la charge avec un courant limit (3 % 5 % de la capacit Ah de la batterie, c'est dire 3 5 A pour une batterie de 100 Ah). La tension montera jusqu' 15-17 V pour une batterie de 12 V (30-34 V pour une batterie de 24 V). La charge d'galisation doit durer quelques heures, jusqu' ce que la densit se stabilise, mme dans llment le plus faible. Pendant cette priode soyez vigilant ce que la batterie soit isole de tout appareillage sensible une surtension.

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Quand une batterie doit-elle tre galise ? Cela dpend de son type et de son utilisation. Pour les batteries haute teneur en antimoine, la meilleure faon de le savoir est de contrler la densit aprs une charge normale : Si tous les lments sont gaux, avec une densit de 1,28, une galisation n'est pas ncessaire; Si la densit de tous les lments se trouve entre 1,24 et 1,28, une galisation est recommande mais non urgente ; Si la densit de certains lments est infrieure 1,24, une galisation est ncessaire. Si tous les lments ont une densit infrieure 1,24, la batterie n'a pas assez de charge et donc le temps d'absorption doit tre prolong ou la tension d'absorption doit tre augmente. Pour les batteries VRLA, la densit ne peut pas tre mesure. Pour les batteries ouvertes avec une basse teneur en antimoine, la valeur indique n'est pas fiable. La meilleure faon de sassurer que ces batteries sont vraiment charges 100%, est de suivre le courant de charge pendant la charge d'absorption. Le courant de charge doit diminuer continuellement et se stabiliser par la suite : cela indique que la transformation chimique de la masse active est accomplie et que la batterie est compltement charge.

4.4. Compensation de tempratureTel qu'il a t dj mentionn dans le 2.5.9, la temprature joue un rle trs important lors de la recharge de la batterie. La tension de gazage et, aussi de ce fait, la tension optimale d'absorption et la tension optimale de charge dentretien sont inversement proportionnelles la temprature. Cela signifie qu'avec une tension de charge constante, une batterie chaude sera trop charge tandis quune batterie froide pas assez. Emballement thermique (anglais : thermal runaway): La recharge d'une batterie chaude, sans compensation de temprature, peut conduire une situation instable: Puisque la tension de gazage baisse avec une temprature qui slve, le courant d'absorption augmente et la batterie schauffe encore plus, etc. Cela mne la destruction de la batterie (le bouillonnement excessif repousse la masse active en dehors des plaques), et il existe un danger rel d'explosion suite un court-circuit interne et la prsence des grandes quantits d'oxygne et d'hydrogne gazeux. La tension de charge, indique par les fabricants europens de batteries, s'applique une temprature de batterie de 20 et peut tre garde constante tant que la temprature de la batterie reste assez constante C (15 25 En dehors de cette plage de temprature, une compensation de temprature est vivement C C). conseille. Quoique les recommandations des fabricants diffrent quelque peu, une compensation de temprature de 4 mV / par lment est une moyenne gnralement accepte. Cela signifie 24 mV / pour une C C batterie de 12 V et 48 mV / pour une batterie de 24 V. C Si le fabricant prescrit une tension d'absorption de, par exemple, 28,2 V 20 la tension d'absorption doit C, tre rduite 27,7 V si la temprature monte 30 Cette diffrence de 0,5 V nest pas ngligeable. C. Si, en plus de la temprature ambiante de 30 la temprature interne de la batterie monte galement de C, 10 ce qui est trs normal pendant la charge, la tension d'absorption doit alors tre abaisse 27,2 V. Sans C, compensation de temprature, la tension de charge aurait t de 28,2 V, une surtension suffisante pour dtruire rapidement vos batteries gel ou AGM ! Tout cela veut dire qu'une compensation de temprature est importante, surtout pour les grandes et coteuses batteries VRLA.

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4.5. Rsum

Le tableau ci dessous donne une ide de la tension et du temps dabsorption ncessaires aprs une dcharge d'environ 50 %. Dans la pratique, les recommandations des diffrents fabricants peuvent varier, et les consignes de charge dpendant aussi de l'utilisation de la batterie. Renseignez-vous toujours chez votre fournisseur de batteries!

Type

Alliage Antimoine (1,6 %)

Temps d' absorption (20 C) 4 heures avec 2,50 V / lment (15,0 V) 6 heures avec 2,45 V / lment (14,7 V) 8 heures avec 2,40 V / lment (14,4 V) 10 heures avec 2,33 V / lment (14 V) 4 heures avec 2,50 V / lment (15,0 V) 8 heures avec 2,45 V / lment (14,7 V) 16 heures avec 2,40 V / lment (14,4 V) 1 semaine avec 2,30 V / lment (13,8 V) 5 heures avec 2,50 V / lment (15,0 V) 7 heures avec 2,45 V / lment (14,7 V) 10 heures avec 2,40 V / lment (14,4 V) 12 heures avec 2,33 V / lment (14 V) 6 heures avec 2,50 V / lment (15,0 V) 8 heures avec 2,45 V / lment (14,7 V) 10 heures avec 2,40 V / lment (14,4 V) 4 heures avec 2,40 V / lment (14,4 V) le voltage ne peut pas tre dpass ! 4 heures avec 2,34 V /. lment (14,04 V) le voltage ne peut pas tre dpass !

Tension dentretien (20 C) 2,33 V / lment (14 V) baisser aprs quelques jours jusqu' : 2,2 V / lment (13,2 V)

Dmarrage ouverte

Elments cylindriques(VRLA)

Plomb pur

2,3 V / lment (13,8 V)

Semi-traction

ouverte

Antimoine (1,6 %)

2,33 V / lment (14 V) baisser aprs quelques jours jusqu' : 2,2 V / lment (13,2 V)

Traction (plaques tubulaires)

Antimoine (5 %)

ouverte

2,3 V / lment (13,8 V) baisser aprs quelques jours jusqu' : 2,2V / lment (13,2 V) 2,3 V / lment (13,8 V)

Sonnenschein Dryfit A200 gel (VRLA) Sonnenschein Dryfit A600 gel (VRLA)

Calcium

Calcium

2,25 V / lment (13,5 V)

NB: 1) S'il n'y a pas de courant de quai disponible, les batteries dun bateau sont souvent charges le plus rapidement possible, sans ou avec une courte priode d'absorption (utilisation en tat partiellement dcharg). Cela est acceptable, condition que la batterie soit rgulirement recharge 100 % (voir 4.3). 2) Si une batterie est charge avec une tension suprieure la tension de gazage, soit le courant doit tre limit au maximum 5 % de la capacit de la batterie, soit le cycle de charge doit tre soigneusement suivi et la tension abaisse si le courant augmente au dela de 10 % de la capacit. La solution de ce problme est la caractristique de charge adaptative, voir 5.3.2. 3) Une "charge de rafrachissement" rgulire est ncessaire, en cas de charge dentretien des batteries avec 2,2 V par lment.

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4) Remarque concernant la dure de vie et la charge excessive : Les batteries de dmarrage et les batteries pour l'hlice d'trave sont souvent charges en mme temps (par un chargeur plusieurs sorties, un rpartiteur de charge diodes, etc.) que la batterie de servitude (voir 5.2). Par consquent, ces batteries sont souvent charges avec une tension leve (15 V ou mme plus), bien qu'elles soient dj pleines. Si cela est le cas, les batteries tanches ne peuvent pas tre utilises cette fin, car elles pourraient se mettre gazer et scher. Ceci ne concerne pas la batterie tanche lments cylindriques qui peut supporter jusqu' 15 V de tension de charge. Les batteries ouvertes et les batteries lments cylindriques survivront, mais vieilliront aussi plus rapidement. Le principal facteur de vieillissement est la corrosion de la grille des plaques positives. La vitesse de corrosion double pour chaque augmentation de tension de 50 mV par lment. Cela veut dire par exemple, quune batterie lments cylindriques Optima, ayant une dure de vie de 10 ans avec la tension de charge dentretien recommande de 13,8 V, vieillirait 4 fois plus vite avec 15 V (((15 13,8) / 6) / 0,05 = 4). La dure de vie ne serait donc que de 2,5 annes si la batterie tait charge constamment 15 V. Dans la pratique ce n'est naturellement pas le cas : cette tension de charge leve se produira uniquement pendant la priode de charge d'absorption de la batterie de servitude. Autrement dit : malgr une surcharge frquente, la dure de vie reste acceptable. Des rsultats similaires sont applicables aux batteries ouvertes.

4.6. Conclusion : comment charger une batterie ?Comme prcis ci-dessus, il n'y a pas une recette unique et simple valable pour toutes les batteries et toutes les conditions d'utilisation. Reprenons encore l'exemple du paragraphe 2.4 pour avoir une meilleure ide sur la faon d'utiliser les batteries et sur son application pour la recharge. Admettons que le yacht ait 3 batteries bord : une batterie de servitude, une batterie de dmarrage et une batterie pour l'hlice d'trave. Comment ces diffrentes batteries sont-elles utilises et comment faut-il les charger ? 4.6.1. La batterie de servitude Dans le 2.4, trois conditions d'utilisation ont t dcrites : 1) L'utilisation cyclique, en tat partiellement charg, pendant la navigation ou quand le bateau est ancr (recharge de la batterie par lalternateur du moteur de propulsion ou par le groupe diesel). Dans ces conditions la batterie sera charge le plus rapidement possible. Une compensation de temprature est alors ncessaire afin de prvenir un vieillissement prmatur suite une surchauffe et un bouillonnement excessif. 2) Charge dentretien et dcharges de courte dure et de peu dimportance, pendant la navigation au moteur ou quand le bateau est quai (courant de quai et application du concept CC). Le risque ici est qu' cause de ces lgres dcharges, un rgulateur de dalternateur 3 tapes (pendant la navigation) ou un chargeur de batterie (si connect sur le courant de quai) commute chaque fois sur charge principale, avec ensuite une priode d'absorption fixe. Cela peut engendrer une situation dans laquelle la batterie est presque constamment soumise une charge d'absorption. C'est pourquoi, en cas de lgres dcharges, la dure de la phase d'absorption doit tre fortement rduite. Voir ci-dessous la charge adaptative, 5.3.2. 3) La batterie est dbranche ou laisse sous une tension de charge dentretien, par exemple durant la priode d'hiver. Comme mentionn dans le 4.2.3, la plupart des batteries ouvertes se dgradent rapidement (corrosion) quand elles sont charges avec 2,3 V (13,8 V) par lment. Me basant sur mon exprience personnelle et sur beaucoup d'entretiens avec des propritaires de bateau et de chantiers navals, je prfre dbrancher compltement aussi bien les batteries ouvertes que les batteries gel pendant la priode d'hiver. Les batteries ouvertes devront tre entretenues avec une charge de rafrachissement tous les 4 mois environ. 4.6.2. La batterie de dmarrage La batterie de dmarrage est utilise de 2 faons : Lgre dcharge en dmarrant le moteur une ou deux fois par jour. Absence de dcharge (voilier en croisire). La meilleure chose faire serait alors de ne pas charger la batterie non plus, sauf de temps en temps par une charge rafrachissement. Pourtant dans la pratique, la batterie de dmarrage sera charge souvent en mme temps que la batterie de servitude, ce qui est acceptable, condition que le type de batterie adquat soit utilis et qu'une baisse de dure de vie soit accepte (voir note 4, 4.5).

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4.6.3.

La batterie pour le propulseur d' trave Quand le propulseur d'trave est utilis de faon intensive, la dcharge peut tre importante et la batterie doit tre recharge rapidement. En gnral, la solution la plus pratique c'est de charger la batterie du propulseur d'trave en mme temps que la batterie de servitude. Souvent, les batteries lments cylindriques sont utilises en raison de leur trs haute capacit en courant de pointe. Ces batteries acceptent une tension de charge leve, voir note 4, 4.5.

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5. CHARGER LES BATTERIES A L' AIDE D' ALTERNATEUR UN OU DUN CHARGEUR DE BATTERIE5.1. L' alternateurLe moteur principal d'un bateau est normalement quip d'un alternateur* standard avec rgulateur et compensation de temprature intgrs. La temprature est mesure dans le rgulateur mme. Il vient du secteur automobile, o la temprature de la batterie est peu prs gale la temprature du rgulateur. De plus, dans les voitures, la batterie est presque toujours compltement charge. La batterie se dcharge lgrement seulement lors du dmarrage du moteur. Ensuite, lalternateur fournit assez de puissance, mme avec le moteur tournant au ralenti, pour alimenter tous les consommateurs tout en rechargeant la batterie. La phase d'absorption mentionne dans chapitre 4 est ici superflue, car la batterie nest pratiquement jamais dcharge en profondeur et il y a gnralement beaucoup de temps disponible pour la recharger. Lalternateur charge avec un courant qui dpend du rgime moteur, jusqu' ce que la tension de charge dentretien soit atteinte. Ensuite, la batterie est charge tension constante. La tension est le plus souvent rgle sur 2,33 V par lment, soit 14 V pour des systmes 12 V et 28 V pour des systmes 24 V. Cette mthode fonctionne parfaitement dans les conditions suivantes : - la batterie est une batterie de dmarrage plaques minces; - la batterie est presque toujours compltement charge; - la diffrence de temprature entre lalternateur et la batterie est limite; - la perte de tension le long du cble entre lalternateur et la batterie est ngligeable (c'est dire infrieure 0,1 Volt, y compris dventuels commutateurs, isolateurs diodes, etc. dans le circuit). Des problmes peuvent apparatre ds qu'une des conditions ci-dessus n'est plus remplie,.

*Dans un alternateur, des diodes sont intgres pour qu'il n'y ait pas une sortie de courant alternatif mais ducourant continu.

5.2. Quand l' alternateur doit charger plusieurs batteries5.2.1. Introduction Un bateau de plaisance est quip au moins de deux batteries: une pour dmarrer le moteur et une batterie de servitude (ou auxiliaire ou de service). Pour s'assurer que le moteur dmarre coup sr, tous les accessoires (appareils de navigation, clairage, pilote automatique, rfrigrateur, etc.) sont branchs sur la batterie de servitude. La batterie de dmarrage du moteur principal doit tre utilise uniquement pour le dmarreur. Souvent il y a une troisime batterie bord, la batterie pour le propulseur d'trave, et parfois une quatrime : la batterie pour les instruments navigation et les systmes de communication. Les batteries sont spares entre elles par des relais, des rpartiteurs de charge diodes ou autres. Le problme Quand on utilise un alternateur standard du secteur automobile pour charger plusieurs batteries en mme temps, les problmes suivants surgissent : Sur un bateau, les cbles lectriques sont en gnral beaucoup plus longs que dans les vhicules, c'est pourquoi il se cre une chute de tension plus grande entre lalternateur et la batterie 2 (par exemple: un cble avec une section de 10 mm et 5 mtres de long, entrane une chute de tension de 0,5 V avec un courant de 50 A). Les rpartiteurs de charge diodes engendrent une chute de tension supplmentaire : 0,4 V 0,8 V pour des diodes au silicium et 0,1 V 0,4 V pour des transistors FET utiliss en tant que diodes. Lalternateur dans le compartiment du moteur enregistre une temprature ambiante de 50 et C mme suprieure alors que la batterie de servitude dans le bateau est bien plus froide, par exemple. 20 Ceci aboutit une tension de charge trop basse pour la batterie suite une compensation de C. temprature. La batterie de servitude est souvent trs dcharge et doit tre recharge avec une tension (d'absorption) leve. Toutefois, la batterie de dmarrage est presque toujours compltement charge et n'a nullement besoin d'une charge d'absorption. Souvent des diffrents types de batteries sont utilises : pour dmarrer, pour le propulseur d'trave et en tant que batterie de servitude. Ces diffrentes batteries ont toutes leur propre prescription de charge.

5.2.2.

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5.2.3.

Plusieurs solutions diffrentes Il serait exagr de dire qu'il existe autant de solutions que de bateaux, mais il y a certainement beaucoup de faons de rsoudre les problmes mentionns:

5.2.3.1 Une solution simple et pas chre : des coupleurs de batterie commands par microprocesseur La batterie de dmarrage est directement branche sur lalternateur. Entre lalternateur et la batterie de servitude est install un coupleur de batteries command par microprocesseur (voir par exemple les coupleurs de batteries Cyrix de Victron Energy). Quand une des deux batteries se charge (la batterie de dmarrage avec lalternateur, ou la batterie de servitude avec un chargeur de batterie) et quand la tension monte jusqu' presque 14 V ou 28 V, le relais se ferme, afin que les deux batteries puissent tre charges en parallle. Ds que la tension baisse lors dune dcharge, le relais s'ouvre nouveau et les batteries sont spares. Cette solution est simple et pas chre. Lalternateur ne doit pas tre modifi ou remplac. Le dsavantage est un temps de charge un peu plus long pour la batterie de servitude, puisque la tension de charge est plutt basse (14 Volt). Souvent le moteur sera arrt bien avant que la batterie soit pleine. Ce n'est pas un inconvnient tant que les batteries sont charges rgulirement 100 %, par exemple avec un chargeur de batterie quand le bateau est quai. Les coupleurs de batterie Cyrix sont bidirectionnels : la tension est mesure sur les deux bornes positives et le courant de charge ira simplement vers la batterie la moins charge. 5.2.3.2 Augmenter la tension de charge de lalternateur La plupart des alternateurs avec rgulateur intgr peuvent tre adapts pour fournir une tension suprieure. En posant une diode en srie avec la mesure de tension du rgulateur, la tension de sortie est augmente d'environ 0,6 V. Mais ceci est un travail de spcialiste et nous n'entrerons pas dans le dtail. Toutefois, c'est une amlioration bon march qui chargera les batteries plus rapidement, paralllement la solution dcrite dans le 5.2.3.1. Il existe seulement un risque de surcharge en cas d'utilisation quotidienne trs intensive du moteur . Ce problme peut tre rsolu en dconnectant temporairement lalternateur (mais n'interrompez jamais la connexion entre lalternateur et la batterie pendant que le moteur tourne, car la crte de tension qui en rsulte peut endommager les diodes de redressement dans lalternateur). 5.2.3.3 Un rgulateur 3 tapes avec compensation de temprature et de tension Si vous vous dcidez pour un rgulateur 3 tapes (bulk-absorption-entretien, voir chapitre 4), je vous conseillerais de prendre le meilleur et de choisir un modle avec : Capteur de tension. En mesurant la tension de charge directement sur la batterie, la chute de tension, par le cblage et les rpartiteurs de charge diodes ventuels, sera automatiquement compense. Compensation de temprature. Pour cela il faut un capteur de temprature qui soit mont directement sur la batterie de servitude. 5.2.3.4 La batterie de dmarrage Les solutions prsentes dans les 5.2.3.2 et 5.2.3.3 amliorent la recharge de la batterie de servitude, mais que faire de la batterie de dmarrage ? Admettons que, lorsque le moteur de propulsion tourne, les batteries soient charges simultanment, interconnectes par un coupleur de batterie, un rpartiteur de charge diodes. Pratiquement tout le courant de charge afflue alors vers la batterie de servitude : cest la plus grande batterie bord ainsi que la batterie la plus dcharge. Cela signifie que la chute de tension, par le cble de lalternateur vers la batterie de servitude, sera suprieure celle vers la batterie de dmarrage. Il se peut trs bien que la tension de sortie de lalternateur doive tre augmente 15,4 V pour obtenir une tension d'absorption de par exemple 14,4 V pour la batterie de servitude (ce qui veut dire une chute de tension de 1 Volt). Avec 15,4 V sur lalternateur, la tension sur la batterie de dmarrage pourrait trs bien tre de 15 V(!), car seulement un faible pourcentage du courant se dirige vers la batterie de dmarrage et la chute de tension sera donc galement minime. Le rsultat est que la batterie de dmarrage, dj compltement charge, sera fortement surcharge. Que faire ? a) Amliorer la situation en diminuant les pertes de tension et cest tout. La batterie de dmarrage devra peut-tre tre remplace plus rapidement; tout va dpendre de la frquence avec laquelle les circonstances mentionnes ci-dessus se produisent et du type de batterie de dmarrage. Une batterie gel n'est pas conseille dans ces circonstances, car la surtension provoque le desschement. Voir le 4.5 pour une estimation de la dure de vie d'une batterie si elle est charge avec une tension trop leve.

3/3/2005

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b) Ajouter 1 ou 2 diodes dans le cblage vers la batterie de dmarrage, afin de baisser la tension. c) Poser un rgulateur de srie dans le cblage vers la batterie de dmarrage, par exemple l' Eliminator de Ample Power. d) Chargez la batterie de dmarrage avec un alternateur spar. 5.2.3.5 La batterie pour le propulseur d'trave La batterie lments cylindriques est trs adapte cette application. Cette batterie peut fournir des courants trs levs et supporte bien la surcharge