De la batterie ouverte à la batterie étanche
Pendant de nombreuses années, on a utilisé des batteries ouvertes avec bouchons, elles sont toujours sur le marché et certains chantiers en équipent encore les bateaux. Ces modèles sont bien adaptés lorsqu’un courant important est demandé, par exemple, pour le démarrage d’un moteur, mais pas pour une utilisation stationnaire (électronique, éclairage, etc.). Peu d’avantages par rapport aux inconvénients. Parmi ceux-ci, nous pouvons citer un dégagement de gaz, une consommation d’électrolyte, il faut régulièrement refaire le niveau avec de l’eau distillée et un taux d’autodécharge important. En effet, ce taux est la perte de capacité lorsque l’on ne l’utilise pas, il peut atteindre 5% par mois ce qui représente 30% en 6 mois. En cas de décharge profonde (tension inférieure à 11 volts pour une batterie de 12 volts), elles sont fortement endommagées voire irrécupérables. Dernier point, elles ne sont pas étanches. Sur un bateau, elles doivent être installées dans un caisson étanche avec, en cas fuite, une évacuation extérieure. Pour minimiser ces inconvénients, les constructeurs ont imaginé des modèles scellés ayant suffisamment d’électrolyte pour la durée de vie de la batterie (en moyenne 5 ans) et possédant des additifs qui limitent l’autodécharge. Ces batteries couramment utilisées sur les bateaux conviennent pour la majorité des applications du démarrage moteur aux équipements de bord. La plupart possède un voyant qui donne suivant la couleur son état (vert chargée, rouge déchargée), mais, attention, ce ne sont pas des batteries étanches, elles possèdent des orifices pour évacuer les gaz voire l’électrolyte en cas de problème comme une surcharge. Pour rendre une batterie étanche, les constructeurs ont développé deux techniques : le GEL et l’AGM (Absorbed Glass Mat). Dans une batterie GEL, l’électrolyte est contenu dans un gel de silice et d’acide sulfurique. Dans une AGM, l’électrolyte est absorbé dans une microfibre de verre tissée. Ces deux modèles ont l’avantage d’être étanches. La batterie GEL est bien adaptée pour les décharges lentes et profondes (servitudes) et a une plage d’utilisation importante (- 10°C à 50°C). La durée de vie est plus longue qu’une batterie standard plomb-acide mais ne convient pas pour des courants importants comme le démarrage d’un moteur. L’AGM est plus polyvalente et peut être utilisée pour lancer un moteur avec toutefois une plage d’utilisation (0° à 50°C) moindre que celles au GEL, mais avec une durée de vie plus importante. Ces deux technologies, outre le fait d’être étanches, résistent bien aux chocs et vibrations, deux points importants sur un bateau.
Comprendre chiffres et abréviations
VRLA : Cette abréviation que l’on trouve sur les batteries GEL et AGM signifie Valve Regulared Lead Acid Batterie, en clair comme sur une batterie plomb-acide il y a une régulation par soupape. Lorsque l’on demande du courant à une batterie, elle dégage de l’hydrogène qui est recombiné en eau, ce qui explique que sur ce type de batterie, il n’y a pas à refaire le niveau avec de l’eau distillée.
AGM : Absorbent Glass Mat signifie que l’électrolyte est absorbé dans une natte en fibre de verre placée entre les plaques de la batterie.
Autodécharge : Taux de perte de capacité mensuel donnée en % à une température définie. Par exemple 2% par mois à 20°C.
Cycles : Le nombre de cycles est le vieillissement de la batterie en fonction des charges/décharges. Il dépend de la décharge plus elle est profonde moins on a de cycles par exemple à 30% de décharge on a 1500 cycles, à 80% 500 cycles.
Courant de charge : Il est recommandé sur les technologies GEL et AGM de ne pas dépasser 0.2% de la capacité. Par exemple 20 A sur une batterie de 100 Ah.
Tension nominale : Indication portée sur la batterie.
Capacité : En Ah dans un temps donné 20 heures (C20) ou 100 heures (C100).
Batteries au Lithium
On trouve sur le marché plusieurs technologies de batteries au Lithium : Lithium-Ion (Li-ion), Lithium-polymère (Li-Po) et le Lithium-fer-phosphate (LiFePO4). La Li-ion est peu utilisée à cause de sa faible stabilité en cas de surcharge ou encore de chocs car elle peut prendre feu voire exploser. La Lithium-polymère est plus stable, toutefois celle qui est la plus sécurisante est la Lithium-fer-phosphate. C’est celle qui est proposée chez les accastilleurs sous l’appellation LiFePO4. Elle permet un nombre de cycles (charge/décharge) important (3000 cycles à 80% de décharge) avec durée de vie nettement supérieure aux autres technologies.
Anatomie d’une batterie Lithium
Sur une batterie au plomb pour réaliser une batterie de 12 volts, on câble en série 6 cellules de 2.2 volts. On reprend le même principe sur une au Lithium mais avec moins de cellules (4) chaque cellule étant voisine de 3.2 volts. En plus de ces cellules, une batterie Lithium est équipée en interne d’un circuit électronique BMS (Battery Management System) dont le rôle est de surveiller en temps réel chaque cellule (température, courant, etc.). Ce BMS transmet en wifi toutes les informations concernant la batterie : tension courant, charge/décharge, température, etc. Toutes ces données sont récupérables sur une tablette, un smartphone, un ordinateur.
Quelques points forts du Lithium
Sur une batterie au plomb, pour ne pas la détériorer, il est recommandé de n’utiliser que 70% de la capacité, par exemple, sur une de 100 Ah, 70 Ah sont disponibles. La recharge doit se faire à C/10 soit au maximum 10 ampères sur notre 100 Ah. Un cycle complet de recharge peut prendre 10 heures. Sur une batterie LIFePO4, on peut utiliser toute la capacité 100 ampères sur une 100 Ah et la recharger en une heure sous 100 ampères. Ces conditions de recharge ne peuvent être remplies que si l’on possède un chargeur ou un alternateur adapté.
Association des batteries
Pour augmenter la capacité on câble les batteries en parallèle (+ au +, - au -), pour augmenter la tension on câble les batteries en série (- au +). Deux batteries de 100 Ah en parallèle équivalent à une batterie de 12 volts 200 Ah et en série à une batterie de 24 volts 100 Ah. Cette règle s’applique quelle que soit la technologie de batterie plomb ou Lithium. La seule règle à respecter est de ne pas mélanger les technologies. Les batteries au plomb ouvert doivent être associées à des modèles plomb ouvert, celles GEL au GEL, etc.
Doit-on modifier son installation avec des batteries Lithium ? La réponse est oui, que ce soit au niveau du câblage ou des moyens de recharge (alternateur, éolienne, solaire, chargeur).
La fabrication des batteries
Les batteries traditionnelles (plomb, GEL, AGM) nécessitent pour leur fabrication des moyens techniques importants qui ne peuvent être mis en œuvre que par de grandes sociétés spécialisées. Ces batteries sont proposées sur le marché souvent sous des noms de marques différentes. Il est évident que les petites sociétés ne peuvent pas se lancer dans cette fabrication. Pour le Lithium, on retrouve le même principe y compris des sociétés qui se spécialisent dans cette technologie. Mais, en pratique, réaliser une batterie au Lithium ne nécessite pas obligatoirement des moyens importants. On peut acheter des cellules et des BMS, les conditionner dans un boitier et réaliser une batterie. Cette technique permet suivant la provenance des composants (cellules et BMS) retenus de réaliser des batteries à des prix relativement bas. A titre d’exemple, on trouve des batteries Lithium LiFePO4 de 100 Ah à moins de 200 Euros et des modèles de marques connues à 900 Euros. Qu’en est-il de la qualité ? C’est un des points qui sera repris dans le prochain article dédié au Lithium.
L’avenir est-il aux batteries Lithium ?
Dans le domaine terrestre de l’automobile à la trottinette, elles ont été retenues et ce pour deux raisons principales : la capacité et le temps de recharge réduit. Des incidents sont rapportés régulièrement comme le feu. Bien souvent, il se déclare pendant la charge (surcharge ou chargeur défectueux) et concerne principalement les batteries NMC (Nickel-Manganèse-Cobalt) dont la stabilité est moindre que sur les LiFePO4.
Nous reviendrons prochainement sur les avantages et inconvénients de cette technologie.
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