Batterie ( Tout Sur )

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Llectricit bord

(et llectricit autonome en gnral)

Version 8Juillet 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 modernesainsi 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 lesbatteries et les mthodes de recharge des batteries ainsi que la consommation d'lectricitdes appareils bord.

Deuximement, mon objectif est daider les architectes, les lectriciens et les propritairesdans leur dmarche dcisionnelle sur la production et la gestion de l'lectricit. Certainsnouveaux produits et concepts permettent de mieux grer l'lectricit bord, etd'augmenter considrablement la scurit ainsi que le confort.

Reinout Vader


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Llectricit bord

(et llectricit autonome en gnral)

Table des matires

1. INTRODUCTION2. 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 del'nergie lectrique. En outre, la batterie est un lment prcieux et vulnrable.Ce chapitre traite spcifiquement de la vulnrabilit de la batterie.

2.1. Introduction2.2. La chimie de la batterie

2.2.1.

La dcharge

2.2.2. La charge2.2.3. Le transport interne par diffusion2.2.4. La dure de vie : perte de masse, corrosion, sulfatation

2.3. Les types les plus courants de batteries au plomb-acide2.3.1. Plomb/antimoine et plomb/calcium2.3.2. Les batteries dites ouvertes et batteries dites tanches2.3.3. La batterie de dmarrage plaque plane2.3.4. La batterie semi-traction plaque plane2.3.5. La batterie traction plaques tubulaires2.3.6. La batterie gel tanche (VRLA)2.3.7. La batterie AGM tanche (VRLA)2.3.8. La batterie lments cylindriques tanche (VRLA)

2.4 Fonction et utilisation de la batterie2.5 La batterie plomb-acide en pratique

2.5.1. Combien cote une batterie?2.5.2. Dimensions et poids2.5.3. L'effet du rgime de dcharge sur la capacit disponible de la batterie2.5.4. Capacit et temprature2.5.5. Vieillissement prmatur 1. Dcharge profonde2.5.6. Vieillissement prmatur 2. Charge trop rapide et charge partielle2.5.7. Vieillissement prmatur 3. Charge insuffisante2.5.8. Vieillissement prmatur 4. Surcharge2.5.9. Vieillissement prmatur 5. Temprature2.5.10. Auto-dcharge


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3. SURVEILLANCE DE L'TAT DE CHARGE : LE CONTROLEUR DE BATTERIELe contrleur de batterie indique l'tat de charge d'une batterie et peut aussi tre utilis pour dmarrerautomatiquement le processus de recharge, ou pour indiquer qu'une recharge est ncessaire. Pour dessystmes de batteries d'accumulateurs plus importants, un moniteur avec un compteur de courant en Ampre-heures est indispensable. Commencer la recharge quand la tension est dj en baisse, c'est tout simplementtrop 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 batterie3.1.1. La densit de llectrolyte3.1.2. La tension3.1.3. Le compteur de courant en Ampre-heures (Ah)

3.2. Le moniteur de batterie avec compteur de courant3.3. Rendement nergtique d'une batterie3.4. Rendement de courant d'une batterie3.5. Effet de lintensitdu courant de dcharge sur la capacit3.6. Un courant de dcharge lev, conduit-il une perte de capacit?

3.7. Autres caractristiques utiles d'un contrleur de batterie3.7.1. Comptage des vnements particuliers3.7.2. Saisie de donnes

4. RECHARGER LES BATTERIES : LA THORIELes diffrentes batteries doivent tre charges diffremment. Ce chapitre traite les caractristiques de rechargeoptimales des batteries plomb-acide les plus courantes.

4.1. Introduction4.2. Charger en trois tapes (I U U)

4.2.1. Charge courant limit (charge principale)4.2.2. Charge d'absorption4.2.3. Charge d'entretien

4.3. Charge dgalisation4.4. Compensation de temprature4.5. Rsum4.6. Conclusion : comment charger une batterie?

4.6.1. La batterie de servitude4.6.2. La batterie de dmarrage4.6.3. La batterie pour le propulseur d'trave

5. CHARGER LES BATTERIES A L'AIDE D'UN ALTERNATEUR OU D'UN CHARGEUR DE BATTERIELalternateur 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. L'alternateur5.2. Quand lalternateur doit charger plusieurs batteries

5.2.1. Introduction5.2.2. Le problme5.2.3. Plusieurs solutions

5.2.3.1.Simple et pas cher : coupleurs de batteries commands par microprocesseur5.2.3.2.Augmenter la tension de lalternateur5.2.3.3.Un rgulateur en plusieurs tapes avec compensation de temprature et de tension5.2.3.4.La batterie de dmarrage5.2.3.5.La batterie pour le propulseur d'trave

5.3. Le chargeur de batteries lectronique5.3.1. Introduction5.3.2. Charger de faon optimale l'aide d'un chargeur de batterie5.3.3 Charger plusieurs batteries

5.3.3.1 Charger plusieurs batteries avec 1 seul chargeur5.3.3.2 Un chargeur de batterie plusieurs sorties5.3.3.3 Coupleur de batteries command par microprocesseur


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8. LLECTRICIT AUTONOME : UNE AUTRE FACON DATTAQUER LE PROBLEMECe chapitre nous amne au thme central de ce livre : l'optimisation de la scurit et du confort, tout enrduisant simultanment le poids et les dimensions du systme d'nergie.

8.1. Introduction8.2. La nouvelle technologie rend le concept de CC plus attractif

8.2.1. Le concept CC8.2.2. Groupe lectrogne CC8.2.3. Courant illimit du convertisseur

8.3. Le concept CA, amlior avec PowerControl8.3.1. Le concept CA8.3.2. Le concept CA avec priode de silence8.3.3. PowerControl

8.4. Nouveau : Powerassist, le concept CA avec soutien de batterie 8.4.1. PowerAssist8.4.2. Autres avantages des convertisseurs/chargeurs type Phoenix Multi8.4.3. Courant de quai

8.5. Une autre faon dattaquer le problme8.5.1 Besoin d'nergie quotidien8.5.2. Capacit de la batterie8.5.3. Courant de quai

9. BESOIN EN NERGIE JUSQU' 4 kWh PAR JOUR (170 Watt en moyenne)9.1. Introduction9.2. Equipement de base et consommation d'lectricit

9.2.1. Instruments de navigation9.2.2. GPS9.2.3. Mobilophone maritime (VHF)9.2.4. Feu de tte de mt tricolore ou feu de mouillage9.2.5. Pilote automatique9.2.6. Radio9.2.7. clairage de cabine9.2.8. Rfrigrateur

9.3. Consommation pendant un jour de navigation9.4. Ancr ou amarr sans raccordement 230 V9.5. Un peu de luxe bord

9.5.1. Systme de navigation lectronique9.5.2. metteur ondes courtes (BLU)9.5.3. Radar9.5.4. Micro-ondes9.5.5. Chauffage9.5.6. Climatisation9.5.7. Dessalinisateur

9.6. Charger la batterie9.6.1. Avec lalternateur du moteur9.6.2. Augmenter la capacit de la batterie9.6.3. Un deuxime alternateur ou un alternateur plus puissant9.6.4. nergie solaire9.6.5. nergie olienne9.6.6. Gnratrice hydraulique (sur arbre d'hlice ou traction)9.6.7. Courant de quai

9.7. Conclusion


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10. BESOIN EN NERGIE JUSQU' 14 kWh PAR JOUR (600 W en moyenne)10.1. Introduction

10.2. quipement : le minimum10.2.1. Instruments de navigation10.2.2. clairage de navigation et feux de mouillage10.2.3. Pilote automatique10.2.4. Rfrigrateur et conglateur10.2.5. clairage10.2.6. Radio10.2.7. Autres consommateurs

10.3. En route10.4. Ancr ou amarr sans courant de quai10.5. Un peu de confort bord

10.5.1. Bouilloire lectrique10.5.2. Table de cuisson lectrique10.5.3. Petite machine laver10.5.4. Petit lave-vaisselle

10.6. Gnration d'lectricit10.6.1. Lalternateur sur le moteur de propulsion10.6.2. Sources d'nergie10.6.3. Groupe lectrogne10.6.4. PowerControlet PowerAssist10.6.5. Encore moins de courant de quai : le concept CC10.6.6. Le groupe lectrogne CA sur un bateau relativement petit : conclusion10.6.7. Le groupe lectrogne de courant continu ou gnrateur CC10.6.8. Rendement nergtique du groupe lectrogne10.6.9. Llectricit sur un bateau moteur de 9 15 mtres ou un bateau ancr

10.7. Conclusion10.7.1. La solution conventionnelle : un groupe 12 kW10.7.2. Une meilleure solution : poids et volume rduits avec un groupe 6 kW et PowerAssist, ou ungroupe CC 5 kW


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11. BESOIN EN NERGIE JUSQU' 48 kWh PAR JOUR (2 kW en moyenne)11.1. Introduction11.2. Les consommateurs les plus importants11.3. Gnration d'lectricit11.3.1. Le groupe tourne 24 heures sur 2411.3.2. Ajouter une batterie pour une priode de silence11.3.3. Des Multis parallles, la fonction PowerControl, et le concept CC pour courant de quai11.3.4. Un pas de plus avec le MultiPlus et la fonction PowerAssist11.3.5. Le groupe CC11.3.6. 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

11.4.1 Conclusion11.4.1. Le groupe 20 kW avec priode de silence11.4.2. PowerControlet le concept CC pour le courant de quai, avec groupe auxiliaire pour rduire la

capacit de la batterie11.4.3. Un groupe 10 kW avec PowerAssist, le concept CC pour le courant de quai et un gnrateur

auxiliaire CC

12. BESOIN EN NERGIE JUSQU' 240 kWh PAR JOUR (10 kW en moyenne)12.1. Introduction

12.2. Les consommateurs les plus importants

12.3. Gnration d'nergie12.3.1. Groupe lectrogne12.3.2. 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

12.4. Une comparaison des variantes pour une utilisation de 10 kW en moyenne

13. CONCLUSION

13.1. La consommation d'lectricit bord

13.2. Produire de l'nergie

13.3. Le concept CC

13.4. PowerAssist :le concept CA avec soutien de batterie

13.5. La batterie


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1. INTRODUCTION

Victron Energy fournit dj depuis 25 ans des composants et des systmes pour llectricit autonome. Ilpeut sagir de systmes pour des bateaux de plaisance ou la marine marchande, sur mer ou en eauxdouces, des habitations isoles, beaucoup de types de vhicules ainsi qu'une srie presque illimited'autres applications, souvent inattendues.

Par exprience, nous savons que la gnration et le stockage d'nergie lectrique est une affairecomplexe. 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 rapidementpuise, 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 nefacilitent pas les choses. La quantit d'appareils (mnagers) bord augmente rapidement, alors quel'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 produitset concepts. Dans ce livre, ces nouveaux produits et concepts seront prsents en ciblant surtout sur uneintgration optimale des composants du systme et l'utilisation quotidienne de tout le systme. Lors del'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 VictronEnergy sont les suivants :

- Des chargeurs de batterie avec un logiciel "intelligent" pour optimaliser automatiquement la charge.

- Convertisseurs et convertisseurs/chargeurs combinsavec possibilit de couplage enparallleL'option de couplage en parallle signifie qu'il n'y a plus de restriction en ce qui concerne la quantit decourant alternatif qui peut tre fourni par une batterie. Comme nous allons le dmontrer, cela donne lapossibilit d'alimenter partir de la batterie tous les appareils mnagers habituels, y compris unemachine laver et mme une table de cuisson lectrique. Bien que la consommation de pointe de cesappareils soit trs leve, la consommation nergtique totale est parfaitement matrisable et beaucoup

plus faible que nous le pensions

- PowerControlest une fonction du Phoenix Multi Victron,souvent ignore, mais trs pratique. LeMulti peut fournir normment de courant et donc charger des grandes batteries d'accumulateurs. Celasignifie une lourde charge (environ 2 kW ou presque 10 A par Multi) pour la prise de quai ou le groupelectrogne. Avec le tableau de commande Phoenix Multi Control il est possible de rgler soit un courantde quai soit un courant de groupe maximal. Le Multi tient compte des autres consommateurs d'lectricitet n'utilise pour recharger la batterie que le courant restant.

- PowerAssistPowerAssist est une fonction distincte du Phoenix MultiPlus, qui donne unedimension supplmentaire au principe du PowerControl. Si la demande dpasse la capacit du groupelectrogne ou de la prise de quai, le convertisseur du MultiPlus prend un complment d'nergie dans lesbatteries 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 lapuissance 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 solutionsproposes peuvent galement tre utilises pour d'autres systmes d'nergie autonome, comme leshabitations isoles, les camping-cars ou les vhicules spcialiss.


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2. LA BATTERIE : PRVENIR LE VIEILLISSEMENT PRCOCE

2.1. IntroductionJ'aime les moteurs, et surtout les moteurs dautrefois, sans fioritures lectroniques. S'ils ne marchent pascorrectement, 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 savoirsur la qualit, le vieillissement ventuel ou l'tat de charge. Il n'est mme pas possible de la dmonter pourvaluer le vieillissement interne. Ouvrir en la sciant serait possible, mais la batterie serait alors dfinitivementinutilisable ; seulement des spcialistes peuvent en analyser le contenu pour ventuellement connatre la causedu 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 (contenud'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, lescharger 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 vouspouvez 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 travailtrs 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,et tudier les nombreuses photographies dtailles et explicatives de batteries endommages dans le 1 erchapitre de ce livre.

2.2. La chimie de la batterie

2.2.1. La dchargeQuand 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 leslments reste pratiquement identique. Cependant, l'acidit de llectrolyte diminue, ce qui estperceptible au changement de la densit.

2.2.2. La chargeLors de la charge, l'opration inverse a lieu. L'acide se libre sur les deux plaques, ce qui fait que lamasse active est transforme en oxyde de plomb sur la plaque positive et en plomb poreux etspongieux sur la plaque ngative. Quand le cycle de charge se termine et que le sulfate de plomb esten majeure partie transform, une partie de lnergie apporte sera utilise pour sparer l'eau enhydrogne et oxygne gazeux. Ceci est un mlange extrmement explosif, ce qui explique pourquoi laprsence de flammes ou d'tincelles proximit d'une batterie peut tre trs dangereuse lors de lacharge. C'est la raison pour laquelle un local accumulateurs doit toujours tre efficacement ar.

2.2.3. Le transport interne par diffusionQuand une batterie se dcharge, les ions se dplacent par la solution lectrolytique et par la matireactive des plaques, afin de pouvoir entrer en contact avec le plomb et l'oxyde de plomb qui n'a pasencore t transform chimiquement en sulfate de plomb. Ce transport d'ions au travers de la solutionlectrolytique est appel diffusion. Quand la batterie est en charge, le procd de diffusion inverse seproduit. La diffusion seffectue relativement lentement et, comme vous vous pouvez imaginer, laraction 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.


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2.2.4. La dure de vieSelon la construction et l'utilisation, la dure de vie de la batterie peut varier de quelques annes 10ans 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 principalecause de perte de masse. L'effet de la transformation chimique rptitive de la masse active dans lesplaques 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, maiscontinu, durant la charge d'entretien de la batterie. La corrosion fait que la rsistance interne augmenteet aura pour rsultat final la dcomposition des plaques positives.- Sulfatation. Contrairement au deux processus de vieillissement mentionns ci-dessus, lasulfatation peut tre vite. Quand une batterie se dcharge, la masse active est transforme en detous petits cristaux de sulfate de plomb aussi bien dans les plaques positives que dans les ngatives. Sila batterie n'est pas recharge rapidement, ces cristaux ont tendance crotre et se durcir pourformer une couche impntrable qui ne peut tre retransforme en matire active. Le rsultat est uneperte de capacit progressive, jusqu' ce que la batterie soit devenue inutilisable.

2.3. Les types de batterie plomb-acide les plus courants

2.3.1. Plomb-antimoine et plomb-calciumLe plomb est alli l'antimoine (avec une faible addition de quelques autres lments tels que leslnium 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 batteriesallies l'antimoine prsentent une autodcharge plus leve et ncessitent une tension de chargeplus leve. Par contre elles peuvent aussi supporter un plus grand nombre de cycles decharge/dcharge.

2.3.2. Les batteries dites ouvertes et les batteries dites tanchesLes batteries ouvertes contiennent de l'lectrolyte liquide. Dans la batterie tanche, l'lectrolyte estgnralement glifi (la batterie gel) ou absorb en matire microporeuse (la batterie AGM, AbsorbentGlass 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, sedplace 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 arecombinaison de gaz). Il n'y a pratiquement pas de gaz qui s'chappe de la batterie sauf lorsque latension et le courant de charge sont trop levs ! Le gaz s'chappe alors par une soupape descurit. 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 argulirement du gaz qui s'chappe de la batterie tanche, l'lectrolyte se desschera et la batteriedeviendra inutilisable.

On peut distinguer les diffrentes batteries en se basant sur leur construction et leur utilisation, commedcrit dans les paragraphes suivants.


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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 dchargelev de trs courte dure (le dmarrage d'un moteur) et c'est la raison pour laquelle elle a des plaquesfines avec une grande surface. En cas de dcharge profonde rptitive, les plaques peuvent sedformer 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 surdes bateaux de plaisance de petite taille.

2.3.4. La batterie semi-traction plaque plane (ouverte)Cette batterie possde des plaques plus paisses ainsi que de meilleurs sparateurs entre les plaquespour prvenir la dformation et la perte de masse en cas d'utilisation cyclique.

2.3.5. 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 estdcharge 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 avecrelativement peu de courant, aprs avoir termin le cycle de charge normal. La tension de charge alorsmonte. La hauteur que la tension peut atteindre dpend de la composition chimique et de l'ge de labatterie.

Une tension de charge leve est ncessaire, entre autres, pour transformer en matire active lesulfate ventuellement restant et pour prvenir la stratification de la solution lectrolytique. L'acidesulfurique (H2SO4) qui se forme pendant la charge de la batterie, possde une densit plus leveque celle de l'eau et descend donc au fond du bac ; la concentration d'acide au fond de la batteriedevenant alors plus importante que celle du niveau suprieur de la batterie. Le bouillonnement pendantla 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 dansune batterie plaques tubulaires que dans une batterie plaque plane pour bien mlanger llectrolyte.

2.3.6. La batterie glifie (VRLA)Ici, l'lectrolyte est immobilis en tant que gel. Cette batterie est trs connue sous le nom SonnenscheinDryfit A200, Sportline ou Exide Prevailer.

2.3.7. La batterie AGM (VRLA)AGM signifie Absorbent Glass Mat. Dans cette batterie, l'lectrolyte est absorb par une natte en fibrede 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.

2.3.8. La batterie lments cylindriques (VRLA)Cette batterie, connue sous le nom Optima (Exide possde un produit similaire), est une variante de labatterie AGM. Chaque lment est un assemblage enroul dune plaque positive et dune plaquengative avec une natte entre les deux, dans laquelle l'lectrolyte est absorb. Le rsultat est unegrande solidit mcanique et une trs faible rsistance lectrique. La batterie lments cylindriquespeut fournir courte dure un courant trs lev ; elle supporte des courants de charge levs sanschauffement et, en tant une batterie VRLA, rsiste une tension de charge trs leve (jusqu' 15Volt pour une batterie de 12 Volt) sans qu'il y ait du gaz qui s'chappe.


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2.4. Fonction et utilisation de la batterie

Dans 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, celasignifie 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 toutel'lectricit est fournie par la batterie. Une ou deux fois par jour, le moteur de propulsion ou le groupe diesel estmis en route pendant quelques heures pour charger suffisamment la batterie de servitude pour la prochainepriode de silence. Il s'agit d'un cyclage pendant lequel le temps de charge est trop court pourcompltement recharger la batterie.

- Pendant plusieurs heures d'affile le bateau navigue au moteur. Les alternateurs ont alors le temps decharger compltement la batterie.

- Le bateau est quai. Les chargeurs de batteries sont raccords au courant de quai ; la batterie est24 heures sur 24 sous charge. Si on fait usage du concept CC (= Courant Continu, voir paragraphe 8.2), il peuty avoir quotidiennement plusieurs lgres dcharges.

- Pendant l'hiver, le bateau n'est pas utilis. Les batteries sauto dchargent lentement (voirparagraphe 2.5.10), elles sont sous charge d'entretien d'un chargeur de batterie ou sont gardes charges aumoyen d'un panneau solaire ou dune olienne.

Le nombre de cycles annuels, la temprature ambiante et beaucoup d'autres facteurs influenant sur la durede 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 pratique

2.5.1. 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.

Type de batterie Application Tension de systmeapplique, capacit etcontenu d'nergie

Indication de prixH.TVA. Indication de prixpar kWh

V Ah kWh USD ou EURO USD ou EURO parkWh

Dmarrageouverte

Dmarrer 12 100 1.2 100 80

Elmentscylindriques(VLRA)

Dmarrer, propulseurd'trave

12 60 0.72 250 350

Semi-tractionouverte

Batterie de servicejusqu' environ 600 Ah

12 200 2.4 300 125

Batterie AGM(VRLA)

Batterie de servicejusqu' environ 600 Ah.

A la fois dmarrage etpropulseur d'trave

12 230 2.8 600 210

Traction (plaquestubulaires)ouverte


24 1000 24 4.500 190

SonnenscheinDryfit A200 gel(VRLA)


12 200 2.4 500 210

SonnenscheinDryfit A600 gel(VRLA)


24 1500 36 11.000 305

A partir du tableau on peut constater que les cots varient considrablement, en fonction du choix de batterie, et que lesbatteries 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 tropleve).- 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). Lasurcharge 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 poids

Type de batterie V Ah kWh Volumedm3

Poidskg

VolumespcifiqueWh / dm3

Poidsspcifique

Wh / kg

Dmarrageouverte 12 100 1.2 16 28 75 43

Elmentscylindriques (VRLA)

12 60 0.72 8.5 17.2 81 42


12 200 2.4 33 60 73 40

Batterie AGM(VRLA)

12 230 2.8 33 62 85 45

Traction(plaques tubulaires)ouverte

24 1000 24 280 770 85 32

Sonnenschein DryfitA200 gel (VRLA)

12 200 2.4 33 70 72 34

Sonnenschein Dryfit

A600 gel (VRLA)

24 1500 36 600 1440 60 25

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 unrendement 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 unebouilloire lectrique, il faut 0,1 kWh. Pour fournir ce 0,1 kWh ncessaire, on a besoin d'une batteried'environ 4 kg !

2.5.3. L'effet du rgime de dcharge sur la capacit disponible de la batterieLa capacit disponible d'une batterie dpend du rgime de dcharge. Plus une batterie est dchargerapidement (autrement dit, plus le courant de dcharge est lev), plus la capacit disponible (exprimeen 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 dchargeI = C / 20)Pour une batterie de 200 Ah, cela signifie que la capacit nominale peut tre livre en cas dun courantde dcharge de 200 Ah / 20 heures = 10 Ampres.Avec un courant de dcharge de 200 A, la mme batterie se vide beaucoup plus rapidement. Unebatterie 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.Dans la 2e colonne du premier tableau, la capacit nominale indique par le fabricant est mentionneensemble avec le temps de dcharge complmentaire, qui est souvent de 20 heures, mais cela peuttre aussi bien 10 ou 5 heures.A partir des tableaux, nous pouvons constater comment la capacit disponible diminue avec un courantde 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 estlev.


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Type Courantdedcharge

Capacitnominale et

temps dedcharge

correspondant

Temps dedcharge

Courantde

dcharge

Capacit effective1.83 V / cellule (11

V)

Temps dedcharge

Ampres(nominal)

heures A (C / 5) Ah % heures

Dmarrageouverte

5 100 Ah / 20 h 20

Elmentscylindriques (VRLA)

2.8 56 Ah / 20 h 20 11.2 52 93 4.6


10 200 Ah / 20 h 20 40 150 75 3.75

Batterie AGM(VRLA)

11.5 230 Ah / 20 h 20 46 198 86 4.3


200 1000 Ah / 5 h 5 200 1000 100 5


10 200 Ah / 20 h 20 40 158 79 4


150 1500 Ah / 10 h 10 300 900 60 3

Type Courantde

dcharge

Capaciteffective

1.83 V / lment(11 V)

Temps dedcharge

Courantde

dcharge

Capacit effective1.75 V / lment

(10.5 V)

Temps dedcharge

A (C / 2) Ah % Minutes A (C / 1) Ah % Minutes

Dmarrageouverte

Elmentscylindriques (VRLA) 28 43 77 92 56 42 75 45Semi-tractionouverte

100 110 55 66 200 90 45 27

Batterie AGM(VRLA)

115 157 68 82 230 142 62 37


500 700 70 80 1000 400 40 24


100 120 60 72 200 100 50 30


750 375 25 15 1500 0* 0 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 de200 Ah, C / 5, par exemple, veut dire un courant de dcharge de 40 A (= 200 Ah / 5 H)

2.5.4. Capacit et tempratureLa capacit relle d'une batterie varie inversement avec la temprature.

0C 10C 15C 20C 25C 30C80 % 92 % 95 % 100 % 103 % 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 unebatterie 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 estcharge, 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 lesbatteries peuvent supporter jusqu' la fin de leur vie et sur leur extrme sensibilit la sulfatation et lacorrosion.

Le nombre de cycles de charge/dcharge quune batterie peut accepter dpend fortement de laprofondeur 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 mmetrs dommageable pour sa dure de vie. Les batteries ne doivent jamais tre dchargescompltement et surtout ne pas tre laisses en tat de dcharge. Notez aussi que la tension d'unebatterie 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 quequand la batterie est presque compltement dcharge (DoD 80% jusqu' 90%) que la tension baisserarapidement. La batterie doit tre recharge avant que cela se produise. C'est pourquoi il est fortementconseill d'utiliser un contrleur de batterie pour bien grer les grands parcs de batteries assez coteux(chapitre 3).

Type Nombre de cycles jusqu' la finde la dure de vie

Sulfatation en cas dedcharge 100 %

Dure de vie quand labatterie est presque en

permanence sous charge etpratiquement jamais

dcharge(temprature ambiante

20C)Profondeur dedcharge 80 %

Profondeur dedcharge 60 %

Annes

Dmarrageouverte Ne convient pas l'utilisation cyclique 5

Elmentscylindriques(VRLA)

400 650 En quelques joursirrparablement sulfate

10


200 350 En quelques joursirrparablement sulfate

5

Batterie AGM(VRLA)

250 450 Survit au maximum 1 moisen tat court-circuit

4 - 10


1500 2500 Survit au maximum 1 moisen tat dcharg

10 15


250 450 Survit au maximum 1 moisen tat dcharg

4 5

Sonnenschein DryfitA600 gel (VRLA) 600 900 Survit au maximum 1 moisen tat dcharg 15 18


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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 soitatteinte. Cependant un courant de charge lev rduira considrablement la dure de vie de la plupartdes 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 peutaugmenter 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 V100 Ah, dcharge 50 %, avec un courant de 33 A (C / 3) aboutit une augmentation de tempraturede 10 15C. La temprature maximum est atteinte la fin de ltape principale. Les batteries plusgrandes deviennent mme encore plus chaudes (parce que la quantit de chaleur produite augmenteavec 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 capacitde 800 Ah. Le courant de charge maximal serait alors de C / 5 = 160 A.. En deux heures, 320 Ahpourraient alors tre chargs. Si au mme moment il y a une consommation de 15 A, le chargeurdevrait fournir 175 A. Sur les 22 heures restantes de la journe, 320 Ah / 22 heures = 14,5 A enmoyenne peuvent alors tre utiliss, ce qui signifie une dcharge de seulement 320 / 800 = 40 %. Celaparat 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 (au-

del de ce pourcentage, la tension de charge augmente et le courant de charge diminue) et sedcharge jusqu' environ 60 %. Dcharger encore plus et charger plus rapidement conduirait unraccourcissement considrable de la dure de vie.Dans l'exemple dcrit ci-dessus, la batterie est utilise dans un tat de charge partielle (entre 20 % et60 % de dcharge).

Il y a deux raisons principales pour que le nombre de cycles dutilisation en tat partiellement chargdoit tre limit :

1) Stratification de llectrolyteCe 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 encas de dcharges trs profondes et en cas de courant de charge trs lev. Afin de prvenir ledsquilibre 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 insuffisanteComme dcrit dans le 2.2.4., la sulfatation a lieu quand une batterie est laisse dans un tat dedcharge complte. La sulfatation apparatra, mais plus lentement, galement quand une batterie estlaisse 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 vieillissementprmatur 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 trecompense. Une cause courante de surcharge est l'absence de compensation de temprature (voir4.4.). Une autre raison peut tre la charge simultane de plusieurs batteries l'aide dun rpartiteur de

charge diodes (voir chapitre 5).

2.5.9. 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 peutaller au-del de 50C. Dans un vhicule, la temprature peut varier de - 20C a + 50C.Une temprature de fonctionnement leve mne un vieillissement acclr, car les processuschimiques de dcomposition dans la batterie se droulent plus rapidement. Gnralement, la dure devie d'une batterie est indique par le fabricant pour une temprature ambiante de 20C. La dure de vied'une batterie est rduite de moiti lors chaque lvation de temprature de 10C.Le tableau ci-dessous donne une impression de la dure de vie pour des tempratures diffrentes.

Type batterie Dure de vie quand la batterie est continuellement sous charge(annes)20C 25C 30C

Dmarrageouverte

5 3.6 2.5

Elments cylindriques(VRLA)

10 7 5


5 3.6 2.5

Batterie AGM(VRLA)

8 6 4

Traction(plaques tubulaires)

ouverte

10 7 5

Sonnenschein Dryfit A200gel (VRLA)

5 3.6 2.5


16 11 8

Finalement, la temprature joue un rle trs important lors de la charge de la batterie. En effet, latension 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 chargeconstante, 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. AutodchargeUne batterie inutilise perd sa capacit suite lautodcharge. Plus la temprature de stockage seraleve, plus lauto dcharge sera rapide.

Type Alliage Autodcharge par mois20C

Autodcharge par mois10C

Dmarrageouverte

Antimoine (1,6 %) 6 % 3 %


Pur plomb 4 % 2 %


Antimoine (1,6 %) 6 % 3 %

Batterie AGM(VRLA)

Antimoine (1,6 %) 3 % 1.5 %


Antimoine (5 %) 12 % 6 %


Calcium 2 % 1 %


Calcium 2 % 1 %

Les batteries ouvertes plomb-antimoine doivent, quand elles ne sont pas utilises, tre recharges aumoins 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 soitdconnecte du systme lectrique pour qu'il n'y ait pas de dcharge acclre suite de courants defuite ailleurs dans le systme.


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3. SURVEILLANCE DE L'ETAT DE CHARGE D'UNE BATTERIELE CONTROLEUR DE BATTERIE

3.1. Les diffrentes faons de surveiller l'tat de charge d'une batterie

3.1.1. La densit de llectrolyteComme il a t expliqu dans le 2.2.1, llectrolyte d'une batterie plomb-acide se compose d'unmlange d'eau et d'acide sulfurique. Dans une batterie compltement charge, la masse active desplaques ngatives est en plomb pur et spongieux; et celle des plaques positives en oxyde de plomb. Laconcentration 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 sulfuriquediminue ainsi que la densit de llectrolyte.Pendant la dcharge, l'tat de charge de la batterie peut tre assez bien suivi en dterminant la densitde llectrolyte l'aide d'un pse-acide :

Profondeur de la dcharge (%). Densit Tension0 Entre 1.265 et 1.285 12.65 +

25 1.225 12.4550 1.190 12.2475 1.155 12.06

100 1.120 11.89

Pendant la charge, le processus inverse a lieu et de l'acide sulfurique est nouveauform. tant donnque l'acide sulfurique est plus lourd que l'eau, celle-ci a tendance a saccumuler au fond du bac batterietendis 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:

- StratificationQuand, 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 20C), petit petit llectrolyte sera nouveau bien mlangegrce aux bulles de gaz qui remontent (gazage ou bouillonnement).Le temps ncessaire dpend de la construction de la batterie et de lintensit du bouillonnement. Lebouillonnement 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 gnralementsuffisamment 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 debouillonnement que le cycle de charge normal est insuffisant. Il faudra une charge d'entretien deplusieurs semaines (avec trs peu de bouillonnement) avant que l'lectrolyte soit de nouveau bienmlang. Par consquent, on peut mesurer une densit insuffisante mme aprs avoir chargcompltement une batterie ouverte.NB : Les vibrations et les mouvements d'un bateau ou d'un vhicule contribueront galement au bonmlange 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 14C,diminue la densit mesure de 0,01. Un relev de 1,27 34C est donc quivalent un relev de 1,28 20C.

- Variations de densit par rgion :Les densits mentionnes dans le tableau ci-dessus sont typiques pour un climat tempr. Pour unclimat chaud, on utilise gnralement l'lectrolyte avec une concentration d'acide sulfurique plus faiblepour 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 -1.285Densit d'une batterie compltement charge, climat subtropical : 1.250 -1.265Densit d'une batterie compltement charge, climat tropical : 1.235 -1.250


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3.1.2. La tension de la batterieUne 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 labatterie est reste au repos pendant quelques heures (sans charge ou dcharge).

3.1.3. 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'utilisationdu contrleur de batterie est traite en dtail.

3.2. Le principe de fonctionnement du moniteur de batterie avec compteur decourant

La fonction la plus importante du contrleur de batterie est le suivi et l'indication de l'tat de charge d'unebatterie.Un contrleur de batterie suit les courants de charge et de dcharge de la batterie. L'intgration de ce courantrapporte 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 : uncourant 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 batterieIl se cre une perte lors de la charge et de la dcharge d'une batterie. La quantit totale d'nergie lectriquefournie par une batterie pendant la dcharge est denviron 25 % infrieure l'nergie absorbe pendant lacharge, ce qui signifie que le rendement est de 75 %. Un courant de charge et de dcharge lev rduit lerendement. La perte plus importante vient du fait que la tension est plus basse pendant la dcharge quependant la charge. De plus, il y a galement une perte la fin du cycle de charge, car l'eau y est transformeen oxygne et hydrogne. Les batteries ayant peu de bouillonnement (les batteries avec une basse teneur enantimoine) 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.), Lerendement nergtique est trs lev (pas de bouillonnement) : environ 89 %.

3.4. Rendement de courant d'une batterie

Une batterie restituera moins dAmpres-heures durant la dcharge que le nombre dAh ncessaires pour lacharger. 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 chimiquestocke dans les plaques, elle est utilise alors pour transformer l'eau en oxygne et hydrogne (ceci concernegalement la fin du cycle de charge d'une batterie tanche, voir paragraphe 2.3.2.). Seuls les "Ampres-heures" 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 levB. De la faon dont la batterie est charge : le rendement de courant moyen sera lev, quand unebatterie 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 etune temprature leve, le bouillonnement commence plus rapidement et de faon plus intense. Cela a pourconsquence 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 encompte le rendement de courant, autrement la valeur indique serait trop optimiste.


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3.5. Effet du rgime de dcharge sur la capacit

Comme il a dj t prcis dans paragraphe 2.5.3, la capacit disponible d'une batterie dpend du courant dedcharge. 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 dedcharge T (de charge totale la dcharge totale) peut tre dcrite ainsi:

Cp = In x T

o Cp est une constante (la capacit Peukert) et o "n" est appel l'exposant de Peukert. L'exposant dePeukert est toujours suprieur 1. Plus "n" est grand, plus la prestation de la batterie sera mauvaise en cas decourant de dcharge lev.L'exposant de Peukert peut tre calcul comme suit, en fonction de mesures effectues sur la batterie ou enfonction 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 dchargediffrents, I1 et I2, alors:

Cp = In

1 x T1 = In

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.

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 unedcharge en 20 heures tait de 200 Ah et donc C 20 = 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 ayonscommenc avec une batterie de 200 Ah, celle-ci se retrouvait vide aprs une dcharge de seulement100 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 estdcharge avec un courant de 200 A et qui est "vide" en 30 minutes, sera donc nouveau (presque) pleineaprs une recharge avec 100 Ah, tandis que la mme batterie qui est dcharge avec I20 = 10 A , vide en20 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 capacitrestante peut tre utilise.


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3.7. D'autres caractristiques utiles d'un contrleur de batterie

Le comptage des vnements particuliers et la saisie de donnes sont des fonctions trs utiles d'un contrleurde batterie.

3.7.1. Comptage des vnements particuliersCompter des vnements particuliers signifie que les vnements spcifiques, surtout les vnementsqui sont probablement nuisibles ou qui sont ncessaires pour l'entretien de la batterie, sont stocksdans la mmoire de la batterie.Ces vnements peuvent tre :- surtension- dcharge trop profonde- nombre de cycles de charge/dcharge

3.7.2. Saisie de donnesLa 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.


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4. RECHARGER DES BATTERIES : LA THEORIE4.1. Introduction

Il serait facile de dcrire le chargement des batteries s'il existait une recette universelle, quels que soient lesconditions 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 connectsur la batterie, et que le courant de charge net nest pas continu en raison des consommateurs qui sontegalement raccords sur la batterie.Charger avec une tension constante est la meilleure faon dliminer au mieux l'influence dautres chargeurs etdes consommateurs. De l provient la caractristique de charge 3 tapes bien connue, avec une tape decourant limit ou charge principale (anglais : bulk) avec ensuite 2 tapes de tension limites, la tensiond'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 limitAu 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 pluslentement, jusqu' ce que la tension d'absorption soit atteinte. Pendant la phase principale de larecharge, la batterie accepte tout le courant de charge propos : le courant de charge est limit par lechargeur.Pour de grandes batteries d'accumulateurs il est plutt conseill de limiter le courant C / 5, ou encoremieux, C / 10, ce qui signifie que 10 20 % de la capacit totale est charge par heure, par exemplede 100 200 A pour une batterie de 1000 Ah.Des batteries plus petites et moins chres sont souvent charges avec un courant relativement pluslev, 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 enmoins de courant au lieu d'accepter tout le courant "propos". Pour cette raison, la premire limite detension 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 debouillonnement 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 relativementpeu 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, ( 20C, la tension de gazage est d'environ 2,4 V / lment, soit 14,4 V ou 28,8 Vrespectivement). Sinon, la masse active sera repousse en dehors des plaques par unbouillonnement excessif.

4.2.2. Deuxime tape : charge d'absorptionQuand la tension d'absorption est atteinte, la charge est limite la quantit de courant que la batterieabsorbe. 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 procdde diffusion doit se produire. Ce procd de diffusion explique le comportement de la batterie souscharge et sous dcharge :

- Quand une batterie subit une dcharge partielle et rapide le processus chimique restecantonn la surface des plaques. Pour recharger la batterie, une priode d'absorption nest alors pasou peu ncessaire (la batterie d'une voiture est charge avec une valeur fixe denviron 14 V). Aprs unedcharge longue et importante, une longue priode d'absorption sera ncessaire pour rcuprer etretransformer toute la matire active lintrieur des plaques.

- Les batteries de dmarrage avec des plaques minces, ncessitent une priode d'absorptionmoins 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 leveest choisie. Une tension plus leve provoque des champs lectriques plus forts, ce qui augmente lavitesse de diffusion.Mais attention : au fur et mesure que la tension d'absorption est augmente, le bouillonnements'intensifie, ceci jusqu' ce que la matire active soit repousse l'extrieur des plaques. Dans le casdes batteries tanches, du gaz schappera par les soupapes de scurit, ce qui conduit audesschement de l'lectrolyte.

Les thories prsentes si dessus conduisent auxconclusions suivantes par type de batterie :

1) Les batteries plomb-antimoine ouvertesIci 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'absorptionbeaucoup plus courte.Afin de prvenir un bouillonnement excessif, le courant de charge doit tre limit un maximum de10 % 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 decharge limit est obtenu en limitant le courant du chargeur, ou en limitant la vitesse avec laquelle latension de charge monte jusqu' environ 0,1 V par lment et par heure (c'est dire 0,6 V par heurepour 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 % enmoyenne (charge partielle, de prfrence avec un peu de bouillonnement pour limiter la stratification) etde charger la batterie compltement par exemple une fois par mois.

2) La batterie lments cylindriques est un cas part, parce que cette batterie est tancheen 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 doitjamais tre dpasse. En cas de tension de charge trop leve, il y aura dgagement de gaz par lessoupapes de scurit, ce qui fait que la batterie se desschera .

4.2.3. Troisime tape : charge dentretienAprs avoir recharg compltement la batterie, la tension est baisse pour limiter le plus possible lacorrosion 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 vitesseavec laquelle la grille des plaques positives se corrode, doublera grosso modo chaque augmentationde 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 lesbatteries 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 traitesici ne sont pas prvues pour une charge dentretien de longue dure (c'est dire, plusieurs moisou plusieurs annes).

La charge dentretien avec une tension relativement leve diminuera la dure de vie cause de lacorrosion acclre des grilles des plaques positives. Et le niveau de llectrolyte des batteries teneuren 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 laperte deau d au bouillonnement, mais il faudra une "charge de rafrachissement" rgulire pourconserver la batterie compltement charge.

2) Par contre, toutes les batteries VRLA mentionnes sont prvues pour une charge dentretiende longue dure. Cependant, certaines tudes ont dmontr qu'un traitement comparable celuiprsent ici pour des batteries ouvertes, prolonge galement la dure de vie des batteries VRLA (voirexemple "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 batterierelativement neuve basse teneur en antimoine.Important : le bouillonnement augmente au fur et mesure que la batterie vieillit, et les batteries ayantplus d'antimoine consomment 2 5 fois plus d'eau !

Tensionparlment(V)

Tensiondebatterie(V)

Bouillonnementpar100 Ah

Consom-mationd'eau par100 Ah

Intervallede rem-plissage

Perted'eau parcycle decharge

Perte decapacit par100 Ah decapacit debatterie

Batteriedbranche

2,13 12,8 20 cc / heure 0,1 l / an 5 ans 44 / an

Entretien 2,17 13 25 cc / heure 0,1 l / an 5 ans 54 / anEntretien 2,2 13,2 60 cc / heure 0,3 l / an 1,5 ans 130 / anEntretien 2,25 13,5 90 cc / heure 0,4 l / an 1 an 200 / anEntretien 2,3 13,8 150 cc / heure 0,6 l / an 10 mois 300 / anAbsorption 2,33 14 180 cc / heure 0,8 l / an 7 mois 2 cc 2 / cycleAbsorption 2,4 14,4 500 cc / heure 2,2 l / an 3 mois 3 cc 3 / cycleAbsorption 2,45 14,7 1 l / heure 4,2 l / an 4 cc 4 / cycleAbsorption 2,5 15 1,5 l / heure 6,5 l / an 6 cc 6 / cycle

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 dansla 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 estune 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 plusleve conduira un vieillissement prcoce par corrosion.

A mon avis, plutt que de trouver un quilibre entre l'autodcharge et le bouillonnement, il seraitprfrable de dbrancher la batterie et de ne la recharger que trois ou quatre fois par an, ou bien derduire la tension de charge dentretien un niveau trs bas, par exemple 2,2 V par lment (13,2 Vrespectivement 26,4 V), puis de recharger la batterie rgulirement une tension plus leve, voir cepropos le paragraphe 5.3.2.

4.3. Charge dgalisation

Quand une batterie n'est pas suffisamment charge, cela conduit son vieillissement pour les raisonssuivantes :- 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 bienaprs une longue priode de charge dentretien.Si elles est utilise un certain temps en tat partiellement dcharg, elle rcuprera :- enparcourant 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 lacharge avec un courant limit (3 % 5 % de la capacit Ah de la batterie, c'est dire 3 5 A pour une batteriede 100 Ah). La tension montera jusqu' 15-17 V pour une batterie de 12 V (30-34 V pour une batterie de24 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 toutappareillage 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 meilleurefaon 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 maisnon 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 letemps 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 teneuren antimoine, la valeur indique n'est pas fiable. La meilleure faon de sassurer que ces batteries sont vraimentcharges 100%, est de suivre le courant de charge pendant la charge d'absorption. Le courant de charge doitdiminuer continuellement et se stabiliser par la suite : cela indique que la transformation chimique de la masseactive est accomplie et que la batterie est compltement charge.

4.4. Compensation de temprature

Tel qu'il a t dj mentionn dans le 2.5.9, la temprature joue un rle trs important lors de la recharge dela 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 decharge 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 labatterie schauffe encore plus, etc. Cela mne la destruction de la batterie (le bouillonnement excessifrepousse la masse active en dehors des plaques), et il existe un danger rel d'explosion suite un court-circuitinterne 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 debatterie de 20C et peut tre garde constante tant que la temprature de la batterie reste assez constante(15C 25C). En dehors de cette plage de temprature, une compensation de temprature est vivementconseille.Quoique les recommandations des fabricants diffrent quelque peu, une compensation de temprature de 4 mV / C par lment est une moyenne gnralement accepte. Cela signifie 24 mV / C pour unebatterie de 12 V et 48 mV / C pour une batterie de 24 V.

Si le fabricant prescrit une tension d'absorption de, par exemple, 28,2 V 20C, la tension d'absorption doittre rduite 27,7 V si la temprature monte 30C. Cette diffrence de 0,5 V nest pas ngligeable.Si, en plus de la temprature ambiante de 30C, la temprature interne de la batterie monte galement de10C, ce qui est trs normal pendant la charge, la tension d'absorption doit alors tre abaisse 27,2 V. Sanscompensation de temprature, la tension de charge aurait t de 28,2 V, une surtension suffisante pourdtruire rapidement vos batteries gel ou AGM !

Tout cela veut dire qu'une compensation de temprature est importante, surtout pour les grandes etcoteuses batteries VRLA.


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4.5. RsumLe tableau ci dessous donne une ide de la tension et du temps dabsorption ncessaires aprs une dcharged'environ 50 %. Dans la pratique, les recommandations des diffrents fabricants peuvent varier, et lesconsignes de charge dpendant aussi de l'utilisation de la batterie. Renseignez-vous toujours chez votrefournisseur de batteries!

Type Alliage Temps d'absorption(20C)

Tension dentretien(20C)

Dmarrageouverte

Antimoine (1,6 %) 4 heures avec 2,50 V / lment(15,0 V)

6 heures avec 2,45 V / lment(14,7 V)


10 heures avec 2,33 V / lment(14 V)

2,33 V / lment (14 V)baisser aprs quelques

jours jusqu' :2,2 V / lment (13,2 V)


Plomb pur 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)

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


Antimoine (1,6 %) 5 heures avec 2,50 V / lment(15,0 V)



12 heures avec 2,33 V / lment(14 V)

2,33 V / lment (14 V)baisser aprs quelques

jours jusqu' :2,2 V / lment (13,2 V)


Antimoine (5 %) 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)

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

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


Calcium 4 heures avec 2,40 V / lment(14,4 V)

le voltage ne peut pas tredpass !

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


Calcium 4 heures avec 2,34 V /. lment(14,04 V)

le voltage ne peut pas tredpass !

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 plusrapidement possible, sans ou avec une courte priode d'absorption (utilisation en tat partiellementdcharg). 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 doittre limit au maximum 5 % de la capacit de la batterie, soit le cycle de charge doit tre soigneusementsuivi et la tension abaisse si le courant augmente au dela de 10 % de la capacit. La solution de ceproblme est la caractristique de charge adaptative, voir 5.3.2.

3) Une "charge de rafrachissement" rgulire est ncessaire, en cas de charge dentretien desbatteries 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, cesbatteries sont souvent charges avec une tension leve (15 V ou mme plus), bien qu'elles soient dj pleines. Si celaest 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 decharge.Les batteries ouvertes et les batteries lments cylindriques survivront, mais vieilliront aussi plus rapidement. Leprincipal facteur de vieillissement est la corrosion de la grille des plaques positives. La vitesse de corrosion double pourchaque augmentation de tension de 50 mV par lment. Cela veut dire par exemple, quune batterie lmentscylindriques 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 cen'est naturellement pas le cas : cette tension de charge leve se produira uniquement pendant la priode de charged'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 toutesles conditions d'utilisation.

Reprenons encore l'exemple du paragraphe 2.4 pour avoir une meilleure ide sur la faon d'utiliser lesbatteries et sur son application pour la recharge. Admettons que le yacht ait 3 batteries bord : une batterie deservitude, 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 servitudeDans le 2.4, trois conditions d'utilisation ont t dcrites :

1) L'utilisation cyclique, en tat partiellement charg, pendant la navigation ou quand le bateauest 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 detemprature est alors ncessaire afin de prvenir un vieillissement prmatur suite une surchauffe etun bouillonnement excessif.

2) Charge dentretien et dcharges de courte dure et de peu dimportance, pendant lanavigation au moteur ou quand le bateau est quai (courant de quai et application du concept CC). Lerisque ici est qu' cause de ces lgres dcharges, un rgulateur de dalternateur 3 tapes (pendant lanavigation) ou un chargeur de batterie (si connect sur le courant de quai) commute chaque fois surcharge principale, avec ensuite une priode d'absorption fixe. Cela peut engendrer une situation danslaquelle la batterie est presque constamment soumise une charge d'absorption. C'est pourquoi, encas de lgres dcharges, la dure de la phase d'absorption doit tre fortement rduite. Voir ci-dessousla 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 debateau et de chantiers navals, je prfre dbrancher compltement aussi bien les batteries ouvertesque les batteries gel pendant la priode d'hiver. Les batteries ouvertes devront tre entretenues avecune charge de rafrachissement tous les 4 mois environ.

4.6.2. La batterie de dmarrageLa 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 pascharger 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 labatterie de servitude, ce qui est acceptable, condition que le type de batterie adquat soit utilis etqu'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'traveQuand le propulseur d'trave est utilis de faon intensive, la dcharge peut tre importante et labatterie doit tre recharge rapidement. En gnral, la solution la plus pratique c'est de charger labatterie 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. Cesbatteries acceptent une tension de charge leve, voir note 4, 4.5.


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5. CHARGER LES BATTERIES A L'AIDE D'UN ALTERNATEUROU DUN CHARGEUR DE BATTERIE

5.1. L'alternateur

Le moteur principal d'un bateau est normalement quip d'un alternateur* standard avec rgulateur etcompensation de temprature intgrs. La temprature est mesure dans le rgulateur mme. Il vient dusecteur 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 dchargelgrement seulement lors du dmarrage du moteur. Ensuite, lalternateur fournit assez de puissance, mmeavec le moteur tournant au ralenti, pour alimenter tous les consommateurs tout en rechargeant la batterie. Laphase d'absorption mentionne dans chapitre 4 est ici superflue, car la batterie nest pratiquement jamaisdcharge en profondeur et il y a gnralement beaucoup de temps disponible pour la recharger. Lalternateurcharge avec un courant qui dpend du rgime moteur, jusqu' ce que la tension de charge dentretien soitatteinte. Ensuite, la batterie est charge tension constante. La tension est le plus souvent rgle sur 2,33 Vpar lment, soit 14 V pour des systmes 12 V et 28 V pour des systmes 24 V. Cette mthode fonctionneparfaitement 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 batteries

5.2.1. IntroductionUn bateau de plaisance est quip au moins de deux batteries: une pour dmarrer le moteur et unebatterie 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.) sontbranchs sur la batterie de servitude. La batterie de dmarrage du moteur principal doit tre utiliseuniquement pour le dmarreur.Souvent il y a une troisime batterie bord, la batterie pour le propulseur d'trave, et parfois unequatrime : la batterie pour les instruments navigation et les systmes de communication. Les batteriessont spares entre elles par des relais, des rpartiteurs de charge diodes ou autres.

5.2.2. Le problmeQuand on utilise un alternateur standard du secteur automobile pour charger plusieurs batteries enmme temps, les problmes suivants surgissent :- Sur un bateau, les cbles lectriques sont en gnral beaucoup plus longs que dans lesvhicules, c'est pourquoi il se cre une chute de tension plus grande entre lalternateur et la batterie(par exemple: un cble avec une section de 10 mm 2 et 5 mtres de long, entrane une chute de tensionde 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 50C etmme suprieure alors que la batterie de servitude dans le bateau est bien plus froide, par exemple.20C. Ceci aboutit une tension de charge trop basse pour la batterie suite une compensation detemprature.- 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'anullement besoin d'une charge d'absorption.- Souvent des diffrents types de batteries sont utilises : pour dmarrer, pour le propulseurd'trave et en tant que batterie de servitude. Ces diffrentes batteries ont toutes leur propre prescriptionde charge.


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5.2.3. Plusieurs solutions diffrentesIl serait exagr de dire qu'il existe autant de solutions que de bateaux, mais il y a certainementbeaucoup 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 labatterie de servitude est install un coupleur de batteries command par microprocesseur (voir parexemple les coupleurs de batteries Cyrix de Victron Energy). Quand une des deux batteries secharge (la batterie de dmarrage avec lalternateur, ou la batterie de servitude avec un chargeur debatterie) et quand la tension monte jusqu' presque 14 V ou 28 V, le relais se ferme, afin que lesdeux 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. Ledsavantage est un temps de charge un peu plus long pour la batterie de servitude, puisque latension de charge est plutt basse (14 Volt). Souvent le moteur sera arrt bien avant que labatterie 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 bornespositives et le courant de charge ira simplement vers la batterie la moins charge.

5.2.3.2 Augmenter la tension de charge de lalternateurLa plupart des alternateurs avec rgulateur intgr peuvent tre adapts pour fournir une tensionsuprieure. En posant une diode en srie avec la mesure de tension du rgulateur, la tension desortie 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 uneamlioration bon march qui chargera les batteries plus rapidement, paralllement la solutiondcrite dans le 5.2.3.1. Il existe seulement un risque de surcharge en cas d'utilisation quotidiennetrs intensive du moteur . Ce problme peut tre rsolu en dconnectant temporairementlalternateur (mais n'interrompez jamais la connexion entre lalternateur et la batterie pendant quele moteur tourne, car la crte de tension qui en rsulte peut endommager les diodes deredressement dans lalternateur).

5.2.3.3 Un rgulateur 3 tapes avec compensation de temprature et de tensionSi vous vous dcidez pour un rgulateur 3 tapes (bulk-absorption-entretien, voir chapitre 4), jevous 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 detension, par le cblage et les rpartiteurs de charge diodes ventuels, sera automatiquementcompense.- Compensation de temprature. Pour cela il faut un capteur de temprature qui soit montdirectement sur la batterie de servitude.

5.2.3.4 La batterie de dmarrageLes solutions prsentes dans les 5.2.3.2 et 5.2.3.3 amliorent la recharge de la batterie deservitude, mais que faire de la batterie de dmarrage ?Admettons que, lorsque le moteur de propulsion tourne, les batteries soient chargessimultanment, 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 plusgrande 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

Batterie ( Tout Sur )

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