Facteurs favorisant le vieillissement prématuré d’une ... · PDF...

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  • Facteurs favorisant le vieillissement prmatur dune batterie plomb

    I Dcharge trop profonde de la batterie et nombre de cycle

    II Charge trop rapide et charge partielle

    III Charge insuffisante

    IV Surcharge

    V Temprature

    Voir Chapitre p 17 19 du livre Energie sans limite : http://www.victronenergy.fr/upload/documents/Book-

    FR-EnergieSansLimites.pdf

    I - 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 sintensifie 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.

    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, cest 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 dune batterie en utilisation nest pas un bon critre du niveau de dcharge. La tension de la batterie est trop influence par dautres facteurs, tel que le courant de dcharge et la temprature. Ce nest 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. Cest pourquoi il est fortement conseill dutiliser un moniteur de batterie pour bien grer les grands parcs de batteries assez coteux (chapitre 3).

  • II 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, cest--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 notre propre exprience, la recharge dune batterie de 12 V 100 Ah, dcharge 50 %, avec un courant de 33 A (C / 3) aboutit une augmentation de temprature de 10 15C. La temprature maximum est atteinte la fin de ltape principale. Les batteries plus grandes deviennent mme encore plus chaudes (parce que la quantit de chaleur produite augmente avec le volume et lmission de la chaleur augmente avec la surface).

    Un exemple : Supposons quun 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 cest 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 se dcharge jusqu environ 60 %. Dcharger encore plus et charger plus rapidement conduirait un raccourcissement considrable de la dure de vie. Dans lexemple dcrit ci-dessus, la batterie est utilise dans un tat de charge partielle (entre 20 % et 60 % de la charge totale).

    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 sapplique en particulier aux batteries ouvertes, voir par. 2.3.5. 2) Dsquilibre de ltat de charge des lments. Les lments dune 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 dgalisation, voir le 4.3.

    III 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. Cest pourquoi il est recommand de ne jamais laisser une batterie dcharge plus de 50 %, et de rgulirement recharger la batterie 100 %.

    La recharge insuffisante ajoute une dcharge excessive est le facteur principal du vieillissement prmatur dune batterie. IV - Surcharge. La surcharge provoque un bouillonnement excessif et de ce fait aussi une perte deau. Pour les batteries ouvertes, la perte deau 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 labsence de compensation de temprature (voir 4.4.). Une autre raison peut tre la charge simultane de plusieurs batteries laide dun rpartiteur de charge diodes (voir chapitre 5).

  • V Temprature positive suprieure 20C et ngative. Temprature suprieure 20C : La temprature dune batterie peut fortement varier pour plusieurs raisons: - La charge et la dcharge rapides chauffent la batterie (voir 2.5.6 et 2.5.8). - Lemplacement de la batterie. Dans la salle des machines dun bateau, la temprature peut aller 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 processus chimiques de dcomposition dans la batterie se droulent plus rapidement. Gnralement, la dure de vie dune batterie est indique par le fabricant pour une temprature ambiante de 20C. La dure de vie dune batterie est rduite de moiti pour chaque lvation de temprature de 10C. Le tableau ci-dessous donne une impression de la dure de vie pour des tempratures diffrentes.

    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 dentretien et dabsorption optimale, diminue au fur et mesure que la temprature de la batterie augmente. Ce qui signifie quavec une tension de charge constante, une batterie chaude sera surcharge et une batterie froide sera insuffisamment charge. Voir le 4.4 ci-dessous, pour plus dinformations sur la temprature et la charge des batteries. Temprature infrieure 0C : Pour les batteries lectrolyte liquide, il est primordial, par temprature ngative, quelles soient bien charges et quune charge dgalisation soit effectue rgulirement afin de dstratifier llectrolyte liquide et viter quil y ait une sur-densit dacide sulfurique dans les strates infrieures et de leau pure dans les strates suprieures. Sinon, vous risquez la destruction de la batterie par le gel. La capacit dune batterie diminue avec le froid. Cette diminution de capacit est gale 1% par degr C en-dessous de 20C. Moins la batterie est charge, plus la densit en acide est faible et moins la batterie est protge contre le gel. Voir le rsultat sur des batteries OPzS ci-dessous :

    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 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 ac-tive en dehors des plaques). 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 20C et peut tre garde constante tant que la temprature de la batterie reste assez constante (15C 25C). En de-hors de cett