batterie ouverte / batterie étanche?

Les batteries au plomb sont fiables, mais souvent ignorées, elles meurent en silence de leurs mauvais traitements.

Dégagements gazeux

Lors de la charge, une batterie au plomb ouverte libère de l'oxgène et de l'hydrogène dans les proportions exactes d'un mélange détonant. D'où la nécessité d'aérer son emplacement, et d'éviter flammes et étincelles. Les bouchons doivent être ôtés pendant l'utilisation du chargeur. Les boites à batterie fermées sont prohibées.

Electrolyte

En raison de ses bouchons non étanches, une batterie ouverte doit être utilisée à plat, sinon l'électrolyte s'écoule et les plaques ne sont plus immergées.

La recharge provoque l'électolyse de l'eau, dont le niveau doit être complété régulièrement (eau distillée ou déminéralisée exclusivement, jamais d'acide !)
La surcharge augmente le dégagements, d'où les risques de débordement et perte d'acide.

Corrosion

Vapeurs et les projections d'acide sulfuriques sont corrosives. Il convient de neutraliser régulièrement l'emplacement de la batterie (eau + bicarbonate de soude).
 

Etat de charge

Il n'est pas simple de déterminer l'état de charge d'une batterie. Il faut la tester régulièrement

Une batterie au plomb doit toujours être maintenue chargée. Ne pas compter sur l'alternateur de bord pour recharger complètement une batterie déchargée. Les batteries au plomb n'aiment pas rester déchargées !
 

Fin de vie

Une batterie au plomb s'use si l'on s'en sert. Et même si l'on ne s'en sert pas. On considère une batterie comme hors service quand elle a perdu 20 % de sa capacité nominale.

Une batterie est en fin de vie bien avant d'être incapable d'assurer le démarrage du moteur.


Constitution d'une batterie conventionnelle

batterie plomb/Batterie ouverte

Les accumulateurs, ou éléments, sont groupés en série pour former une batterie au plomb. Les tensions individuelles s'additionnnent, ainsi que les résistances internes.

La tension à vide d'une batterie au plomb est d'environ 2 volts par élément.
Une batterie "12 volt" comporte six éléments. Une batterie chargée affiche une tension de 12,8 à 13 Volts.
Si la tension au repos est inférieure à 11,5 Volts, la batterie est en fin de vie.

Plaques

Des plaques de plomb, en forme de grille pour la tenue mécanique, sont enduites de pâte active, et entrelacées. Dioxyde de plomb PbO2 de couleur brune pour les plaques positives, plomb spongieux de couleur grise pour les plaques négatives.
 

Séparateurs

Les plaques étant très proches, on les isole par des séparateurs isolants et poreux, souvent à base de cellulose.

Electrolyte

L'ensemble est plongé dans une solution d'acide sulfurique dilué (H2SO4), l'électrolyte. La densité de la solution est de 1,275 à 1,300 dans une batterie chargée.
Chaque élément dispose d'un bouchon permettant le remplissage, et le dégagement des gaz produits pendant la charge.


■ Les variantes

On distingue deux percées technologiques depuis la mise au point des premiers accumulateurs au plomb Tudor. Ces batteries restent toutefois des batteries au plomb, avec leurs particularité.

Batteries "au gel" : Ou batteries gélifiées, ou gell-cell.

L'une des premières variantes apparues. L'électrolyte est immobilisé par un gel de silice, et le boîtier est fermé par des soupapes. L'acide risque moins de se renverser, la stratification est limitée.

recombinaison gaz

■ Avantages : ce type de batterie supporte assez bien les décharges importantes (mais il faut recharger sans délai), on l'emploie pour la traction des fauteuils et chariots électriques.

■ Inconvénients : sous l'effet de la chaleur et des vibrations, il arrive que le gel se liquéfie. La résistance interne n'en favorise pas l'utilisation comme batterie de démarrage.

Pendant la charge, des microbulles apparaissent dans l'électrolyte, introduisant des vides dans le gel. En raison de l'immobilisation de l'acide, ces vides ne se comblent pas complètement à la recharge, et la surface d'échange diminue peu à peu.
La surcharge doit être évitée à tout prix.


Batteries à recombinaison de gaz :

Beaucoup plus récentes, les batteries à recombinaison de gaz  sont apparues il y a une vingtaine d'années. L'électrolyte humecte des séparateurs en microfibres de verre, qui aident au maintien des plaques. Le boîtier étanche est fermé par une soupape antidéflagrante.

recombinaison gaz

Avantages : excellente capacité, fort courant de décharge (démarrage), très faible taux d'autodécharge, quasiment aucun dégazage. Ces modèles sont les plus résistants aux chocs et aux vibrations.

Ce type de batterie est actuellement considéré comme le meilleur choix de batterie de démarrage

Inconvénients : ces batteries très techniques, supportent mal la sucharge, et s'accomodent mieux de chargeurs évolués.

Batteries sans entretien:

Un dégazage se produit, mais comme il n'est pas possible de rajouter de l'eau, la batterie se dessèche peu à peu et la durée de vie est alors très faible. Les performances des batteries sans entretien sont très liées à la qualité de la régulation de la charge.

Pour les batteries ouvertes, le dégazage est nécessaire et bénéfique car il combat la stratification, mais il ne doit pas dépasser quelques minutes car le dégazage provoque une élévation de température, les bulles descellent les matériaux actifs des grilles, le dégazage consomme de l'électricité et les dégagements gazeux consomment de l'eau, ce qui a pour effet d'augmenter la concentration de l'électrolyte en acide sulfurique ( + de corrosion) ainsi que d'augmenter les besoins en maintenance. La production d'hydrogène induit des risques d'explosion.

Comment dimentionner son parc de batteries

Dimentionner son parc de batteries et par extension la puissance crète de panneaux photovoltaiques necessaires revient à faire le point avant toute chose sur ses besoins energétiques.

Qu'allez vous consommer sur 24 heures, quelle puissance crete est necessaire, à quel moment se fait la consommation dans la journée, differe t elle selon les saisons? voici les questions que vous devez vous poser pour déterminer votre consommation energétique quotidienne exprimée en watt heure.

Regardons pour illuster ce qui se passe sur un voilier.

Les points à prendre en compte pour choisir une batterie sont:
1. La technologie:
2. Dimensionnement de la capacité et impact sur la durée de vie.
3. Durée de vie et nombre de cycles.
4. L'intensité maximale:


La technologie:
En général, on mettra en place deux batteries pour des raisons de sécurité, une dédiée au démarrage du moteur et l'autre utilisée pour la servitude.
Une utilisation marine nécessite à la fois une batterie en mesure d'accepter des décharges profondes et une intensité maximale importante pour le fonctionnement du guindeau par exemple. Les performances annoncées doivent être cohérentes avec la technologie de la batterie.
Performance typique en fonction de la technologie de batterie:

Dimensionnement de la capacité et impact sur la durée de vie du parc

Exprimer la capacité energétique d'une batterie.

Les batteries ont une capacité à restituer l'energie emmagasiner qui différe

■ selon le type de batterie utilisée (technologie de fabrication)

■ selon l'ampérage demandé (courant de décharge exprimé en nombre d'heure d'utilisation à courant donné; exemple une batterie de 100Ah, qui débite 5 A a une durée d'utilisation théorique de 20 heures; on dit qu'elle débite à c20, cad à 1/20 de sa capacité), cette même batterie de 100 Ah n'en réstituera que 80 Ah si elle travaille à 8 A pendant 10 heures; à 10A, elle travaillera que 5 heures, et ne réstitura que 50 Ah d'energie, soit 50% du nominal.

■ selon la température d'utilisation.

Faisons le choix de travailler à C20, nous pouvons alors choisir 2 types de management de batteries:

Une décharge à 80% ou une décharge à 50 % si la durée de vie de la batterie est à privilégier.

Nous rappelons que choisir une décharge à 50%, c'est augmenter le nombre de cycles et donc c'est diminuer le cout par cycle.

Inversement, à energie nécessaire identique, travailler à 50% de décharge veut dire augmenter la capacité de son parc de batteries de près de 40%, c'est à dire son poids, son volume et son prix.....mais la fiabilité et la longivité seront au rendez vous.

Exemple concret

Besoin en energie: 900 wh soit 75 Ah sous 12 volts en c20

Décharge à 50% --> batterie de 150Ah

Décharge à 80%--> batterie de 100Ah

Puissance maximale:

Déterminer les principaux organes de puissance de votre équipement: typiquement vous trouverez au moins le démarreur et le guindeau.

Déterminer le curant maximum appelé par ces organes et le curant moyen; cette information sera nécessaire au bon dimensionnement des cables electriques, information à laquelle vous rajouteez la distance qui sépare la batterie de puissance avec l'équipement en question.

Exemple concret

un guindeau de 1000 w consomme 110 A pendant 3 minutes: fort courant pendant un temps long --> necessité absolue de bien dimentionner le cablage

Energie consommée 5.5 Ah, energe relativement faible par rapport à la capacité de votre batterie de démarrage.

Servitudes et organes de puissance ont besoins de batterie différentes afin que chaque service soit rendu avec les meilleures performances et au meilleur cout.

N'oubliez pas dans vos simulations le phénomène incontournable d'autodécharge

Autodécharge par mois
Liquide  6 6%
AGM      3%
Gel       2%