batterie cc

DOSSIER BATTERIES A BORD
GENERALITES
Une batterie au plomb, composée d'éléments formés de plaques négatives en
plomb pur à l'état spongieux (Pb) et de plaques positives en bioxyde de plomb
(PbO2) isolées par les séparateurs.
Ces plaques sont immergées dans une solution d'eau et d'acide sulfurique (H2SO4). Cette situation provoque
une réaction chimique qui fournit, à vide, une tension nominale de 2,2V. Du nombre de ces ensembles de
plaques raccordés en parallèle pour un élément dépendra la tension disponible.
La batterie ordinaire comporte six éléments, elle a donc une tension électrique de l'ordre de 12,2 Volts
Une batterie 12 Volts chargée affichera une
tension de 12,8 à 13,2 Volts; si la tension
d'une batterie chargée est inférieure à 11,4
Volts, la batterie sera en fin de vie.
Même non branchée, une batterie au plomb
se décharge lentement du fait de diverses
réactions chimiques parallèles présentes, qui
peuvent conduire à la "sulfatation" de la
borne positive (poudre blanchâtre).
La capacité d'une batterie est exprimée en
Ampères heure, utilisable pour une période
donnée. S'il n'y a pas de précision, la capacité
correspond généralement à une
consommation sur 20 heures.
Cette notion de durée est notée Ct où t
correspond à cette période de temps. Par
exemple, pour une batterie de 100 Ah C20 on
pourra utiliser 5 A par heure pendant 20 h soit un total de 100 Ah mais, seulement 8 A pendant 10 h soit 80
A et 10 A pendant 5 h soit 50 A. En effet la capacité de la batterie diminue d'autant plus vite que l'intensité
de décharge est élevée.
Néanmoins, pour ne pas détériorer une batterie, il ne faut pas dépasser les limites de décharge admissibles
en fonction de la technologie (jusque 80% pour une AGM ou Gel voir tableau ci dessus).
En estimant par exemple que l'on recharge la batterie une fois par jour (avec un chargeur de quai par
exemple) la valeur C20 est un bon indicateur.
TYPE DE BATTERIES
Batterie de démarrage: Est conçue pour délivrer un courant très fort pendant un temps très bref, et ignore
la décharge profonde. La décharge d’une batterie de démarrage, en usage véhicule, ne dépasse pas 30%,
l'alternateur recharge immédiatement après le démarrage du moteur.
Batterie de service (servitude): La décharge peut atteindre 80% de la capacité de la batterie. Et sur une
seule étape. Il faut donc utiliser une batterie à décharge lente ou profonde, pour la "servitude" du bateau, et
une batterie classique pour le démarrage du moteur. La batterie à décharge profonde supporte 500 à 600
cycles, ce qui correspond à une durée de vie moyenne d’environ 5 ans avec une charge d’entretien sur
secteur. C'est aussi ce type de batterie qu'il faut utiliser avec les panneaux solaires.
1
Avant d'aller plus loin, vous devez connaître le type de batteries que vous possédez à bord, afin de connaître
les tensions de charge et de floating* qui doivent leur être appliquées.
*floating: Tension à laquelle on peut maintenir en permanence une batterie en charge pour être sur qu'elle reste chargée.
Batterie classique.
Batteries à électrolyte liquide, conçues pour délivrer de la puissance instantanée (démarrage moteur) pour
tolérer la décharge rapide.
Modèles répandus: Fulmen Super Marine, AGM, Oldham, Hoppecke Energy.
o Tension d'absorption: 14,4 Volts. AGM:(Absorbe Glass Mat)
L'électrolyte est également liquide mais celui ci est contenu dans des buvards en
o Tension de floating: 13,3 Volts
fibre de verre qui permettent de comprimer les plaques entre elles.
Problèmes typiques:
o Sous charge chronique, en cas de tension d'absorption trop faible. (cause classique: répartiteur de charge
à diode installé sans compensation)
o Disparition progressive de l'électrolyte par hydrolyse (tensions trop élevées).
Batterie au plomb-calcium.
Ce sont également des batteries à électrolyte liquide. Mais les plaques plus épaisses sont en alliage plombcalcium, elles sont étanches. Elles sont optimisées pour tolérer bon nombre de décharges.
Modèles répandus: Delco Freedom marine, Delco Voyager.
o Tension d'absorption: 15 à 16 Volts.
o Tension de floating: 14,5 Volts.
Problèmes typiques :
o Idem mais plus fréquents, car même les moyens de recharge de bonne qualité ne donnent pas toujours une
tension d'absorption suffisante.
Batterie à électrolyte gélifiée.
L'électrolyte est mélangée à un gel de silice.
Avantage:
o fonctionne parfaitement dans toutes les positions.
o optimisées pour tolérer nombre de décharges,
o supportent mieux les intervalles de temps entre recharge.
o accepte de très fort courants pour accélérer la recharge, jusqu'à 40 ou 50% de la capacité
Modèles répandus: Fulmen Sport Line, Dryfit Sonnenschein, MVG Mastervolt et petites batteries de
secours de quelques Amp.Hr.
o Tension d'absorption: 14,4 Volts pendant moins de 4 heures, sinon 14,1 Volts.
o Tension de floating: 13,5 à 13,7 Volts selon modèle.
Inconvénient:
o Ne supporte pas d'être surchargées.
Pourquoi est-ce important de connaître le type de batterie ? :
Quel que soit le type de batterie, pour garantir une longévité optimum, la recommandation des constructeurs
est de respecter un cycle de charge en trois phases.
2
RECHARGE D'UNE BATTERIE
Schéma des phases de charge d'une batterie. (les valeurs sont fonction du type de batterie, elles sont données par le constructeur)
Valeurs
Courbe de tension
Courbe d’intensité
Temps
Boost + recharge de la batterie
jusqu’à 80% de sa capacité
Absorption, recharge
des 20% restants
Floating
Remarque : L'alternateur, l'éolienne, les panneaux solaires ne déroulent pas ces cycles, ils rechargent
"sommairement" le parc batteries.
1) Boost:
Respecter l'intensité maximale admissible par la batterie
Lors de cette phase, le chargeur donne le maximum de sa puissance à la batterie. Il faut s'assurer que la
batterie est en mesure d'accepter cette intensité maximale. En fonction de la technologie et des constructeurs,
la recommandation est de recharger la batterie à 20%(liquide) à 40%(gel ou AGM) de sa capacité en AH.
Si cette condition n'est pas respectée, les risques sont les suivants:
• Vieillissement prématuré de la batterie dû au phénomène de bouillonnement. La batterie sèche et
finalement, il n'y a plus d'électrolyte.
•
Charge inefficace: si la batterie est chargée à une intensité trop élevée, la tension d'absorption sera
atteinte avant que la batterie soit rechargée à 80%. Le changement de phase se produira trop tôt, ce qui
conduira à une sous charge de la batterie en fin de cycle.
2) Absorption
Durant cette phase, la batterie est chargée à tension constante, elle absorbe de l'énergie en fonction de son
état de charge. Cette tension dépend aussi du type de batterie, cette phase est raccourcie pour les batteries gel
et AGM qui ont une résistance interne plus faible et absorbent ainsi des intensités plus importantes.
Il faut veiller à respecter la valeur de la tension, aussi appeler tension de gazage. Si cette tension est trop
élevée, cela conduira au séchage de la batterie (la réaction de l'électrolyse de l'eau sera importante). Si cette
tension est trop faible la batterie ne sera pas correctement chargée. En particulier, si l'intensité de charge est
élevée (cas de la recharge par les alternateurs).
La batterie est chargée quand l'intensité absorbée est inférieure à 2% de sa capacité en AH. Il faut néanmoins
noter que la grande majorité des chargeurs n'utilisent pas ce paramètre mais utilisent plutôt un timer pour
limiter la durée de cette phase.
3) Floating
La phase de floating consiste à appliquer à la batterie une tension très proche de la tension de la batterie au
repos. Cette tension peut être appliquée pendant des années sans que cela porte préjudice à la batterie.
L'intérêt d'appliquer cette tension est double:
• Lutter contre le phénomène d'auto décharge qui peut conduire à la sulfatation de la batterie
• Fournir l'énergie des différents consommateurs tout en conservant la batterie chargée.
3
Traitement particulier
Phase d'égalisation
Cette phase est utilisée principalement pour les batteries à électrolyte liquide. Elle permet d'homogénéiser la densité de
l'électrolyte. Le principe est d'appliquer une tension supérieure à la tension d'absorption. Les phases d'égalisation présentent
deux intérêts:
• Le gaz généré permet de traiter la stratification dans chacune des cellules. La stratification désigne le fait que le
mélange de l'électrolyte devienne non uniforme (l'acide a tendance à se concentrer dans le fond de la cellule), ce qui
réduit le cycle de vie des batteries (oxydation des électrodes au dessus).
• Traitement de la sulfatation: Les cristaux de sulfate se formant lors de décharges trop profondes répétées sont dissous
grâce à cette phase d'égalisation, ce qui permet à la batterie de regagner sa capacité de départ
Cette phase doit être limitée en durée et en fréquence, en effet durant cette phase de surcharge, de l'eau est consommée et
des phases d'égalisation trop fréquentes conduiront à un assèchement de la batterie. Elle nécessite un matériel particulier.
Exemple de valeurs pour différents types de batterie
Type de batterie
Plomb ouvert
Plomb fermé ou AGM
Gel
Tension d'absorption
14.8V
14.4V
14.1-14.4V
Tension de floating
13.8V
13.5V
13.3V
Influence de la température
Valeurs à 10 degrés et 40 degrés on obtient:
Type de batterie
Plomb ouvert
Plomb fermé ou AGM
Gel
tension d'absorption 10 et Tension de floating 10
40 degrés
et 40 degrés
14.35V - 15.25V
13.35V - 14.2V
13.95V - 14.85
13.05V - 13.95V
13.65V - 14.55V
12.85V - 13,75V
La température a donc une influence sur le cycle de charge, par exemple la tension de floating à 40 degrés
est la même que celle d'absorption à 10 degrés. Il est donc important que ce paramètre soit pris en compte
pour charger et préserver les batteries. Ces valeurs sont aussi à prndre en compte dans la vérification d'une
batterie.
A noter que la sonde de température peut être intégrée au régulateur ou déportée sur la batterie. La deuxième
solution est recommandée lorsque la batterie est soumise à de fortes charges (alternateur par exemple),
puisque celles ci conduisent à une surchauffe de la batterie qu'il est nécessaire de prendre en compte pour
assurer une charge convenable.
On comprend qu'il est important de disposer d'un parc batterie homogène car à bord le seul dispositif de
charge capable de dérouler ces cycles pour l'ensemble du parc est le chargeur s'il est doté de ces
fonctionnalités. A moins d'avoir un matériel très sophistiqué (coûteux) ce chargeur ne se règle que pour un
type de batterie appliquant ainsi les mêmes valeurs pour chaque phase à l'ensemble du parc. Si les batteries
ne sont pas du même type, certaines reçoivent un traitement qui ne leur est pas adapté.
C'est ainsi que l'on peut faire bouillir et surchauffée une batterie à électrolyte liquide quand le chargeur est
paramétré pour un parc batteries au plomb-calcium ou inversement ne jamais charger correctement une
batterie.
4
Performance typique en fonction de la technologie de batterie:
Technologie
Utilisation
Types de plaques Types d'électrolyte Servitude Démarrage
Décharge
profonde (50%)
Décharge
profonde (80%)
Décharge complète
(100%)
Plaques minces
Liquide
---
+++
---
---
---
Plaques épaisses
Liquide
++
+-
350 cycles
---
---
Plaques épaisses
AGM
+++
++
450 cycles
275 cycles
200
Plaques épaisses
Gel
+++
+
650 cycles
420 cycles
350
nota: la décharge complète à 100% est à éviter. Les + apparaissant dans ce tableau signifient qu'en cas de
décharge totale de la batterie celle ci est récupérable. La décharge à 80% est tolérée sans détérioration de
la batterie mais le nombre de cycles s'en trouve réduit.
Voici le choix de capacité pour un bateau ayant un besoin en énergie de 75 AH. Deux cas sont pris en
compte, une batterie AGM et une batterie gel. On supposera que le prix de la batterie est directement
proportionnel à sa capacité.
Pour déterminer ce coût, le nombre de cycles admissibles en fonction de la profondeur de décharge a été pris
en compte:
Type Besoins Décharge maxi Capacité nécessaire Coût par cycle Poids
AGM 75 Ah
50%
150 Ah
0,49 €
45 Kg
75 Ah
50%
150 Ah
0,50 €
45 Kg
AGM 75 Ah
80%
100 Ah
0,59 €
30 Kg
80%
100 Ah
0,44 €
30 Kg
Gel
Gel
75 Ah
Pour les décharges à 50% les batteries AGM sont les plus avantageuses. Si l'on prend en compte en plus, le
coût à l'achat qui est inférieur et le fait qu'elles sont en mesure d'accepter des intensités de charge/décharge
plus importantes que les batteries gel, elles sont très bien adaptées à un usage marin.
Les batteries gel se révèlent moins coûteuses pour les décharges profondes et ont l'avantage de pouvoir être
laissées déchargées à 100% sans dommage.
Durée de vie et nombre de cycles:
Type
Nombre de cycles pour une
décharge à 75%
Nombre de cycles pour une
décharge à 50%
Durée de vie en années à 20°C
(charge permanente)
Autodécharge par
mois
Liquide
150
350
6
6%
AGM
275
450
12
3%
Gel
420
650
12
2%
Les dimensions:
Plus la capacité d'une batterie est importante plus les dimensions le sont.
Exemples de dimensions:
Le poids:
Ce point est également important car plus le besoin en capacité est
important plus le poids sera élevé. Certains bateaux ont un besoin de
capacité pouvant dépasser les 800 Ah, ce qui implique plus de 250 kg de batterie. Il faut s'assurer que
l'installation est optimisée (système de charge et dimensionnement du câblage correct...) avant d'installer un
tel parc de batterie. Pour fixer les idées, voici des exemples de poids de batteries:
Pour faciliter les manutentions, il peut être nécessaire de mettre en place deux
batteries en parallèle plutôt qu'une seule de capacité plus importante. Dans la mesure
du possible, il vaut mieux mettre une seule batterie mais la mise en place de batteries
en parallèle ne pose pas de problème à partir du moment où elles sont de même
vétusté et de même technologie.
5
CHOISIR SA BATTERIE
Deux types de batterie seront nécessaires :
•
Une batterie de démarrage capable de fournir une énergie en pointe
•
Une batterie servitude acceptant les décharges lentes et profondes
La batterie de démarrage est fonction de: La puissance du démarreur
La batterie servitude est fonction du bilan énergétique
Il faut prendre en compte:
• le type de navigation voulue :
Chaque soir au port avec une recharge possible
Plusieurs jours sans recharge (longue navigation ou mouillage).
•
Les producteurs d'énergie à bord peuvent être
Panneaux solaires
Eolienne
Dynamo
Groupe
Pour réaliser un bilan il faut commencer par l'inventaire du matériel électrique utilisé en relevant pour
chacun la puissance nécessaire à son fonctionnement (ces valeurs sont généralement indiquées sur les
appareils et sont exprimées soit en Ampère soit en Watt).
Par exemple
Bilan journalier en nav. (sans frigo ni déssal.)
Ah
Eclairage
2
Frigo
45
TV
10
HiFi - électronique - divers
45
PC
30
Pompe eau
2
divers
2
Total
81 Ah
Bilan énergétique d'un bateau (éclairage à led)
Equipement
électrique
Télévision
Eclairage (led)
Réfrigérateur
Pc
Pompe eau
HiFi
Divers
Total
Durée
Intensité Puissance
d’utilisation
en A
en W
journalière
4
1
3,75
3
8
1,25
1
22,0
48
12
45
36
96
15
12
264,0
5
6
8
1
0,5
4
4
28,5
Energie
journalière
Wh/J
Energie
journalière
Ah/j
240
72
360
36
48
60
48
864,0
20,0
6,0
30,0
3,0
4,0
5,0
4,0
72,0
6
Batterie nécessaire par rapport à l'autonomie souhaitée:
Consommation journalière x coefficient de décharge à 80%(1,2) x Coefficient de sécurité(1,1) x Nombre
de jours souhaités.
Soit dans notre exemple : 72 x 1,2 x 1,1 x 3 = 285 Ah
Explication sur le bilan réalisé
La consommation totale brute est de 72 Ah sur une période de 24h.
Pour répondre à ce besoin, il faudra installer un parc de batterie de servitude de 95 Ah environ, si les
batteries sont de type AGM ou gel (possibilité de les décharger jusqu'à 80% de leur capacité) en prenant un coef. de
sécurité. Si l'on souhaite une autonomie de 3 jours il faudra une capacité de 285Ah.
Pour une batterie à décharge 50% il faut donc doubler la capacité de la batterie.
Au delà de ces trois jours il faut recharger complètement pour repartir dans un cycle.
Attention, il ne faut pas considérer que l'alternateur rechargera la batterie à 100% même s'il tourne
longtemps (voir plus bas "l'alternateur"). Il faut donc augmenter encore la valeur trouvée pour tenir compte
de ce problème.
BONNE TENSION & BON COURANT DE CHARGE ?
Une tension de fin de charge inadaptée réduit considérablement sa durée de vie, la tension de fin de charge
appropriée diffère selon les types de batterie.
Quelle sont exactement les bonnes tensions pour vos batteries?
Réponse: Tout dépend du type de vos batteries. En achetant une batterie digne de ce nom, le constructeur
doit fournir toutes les indications nécessaires au respect des cycles de charges et au control de l'état de
charge.
Après chaque recharge, même incomplète, la tension batterie est artificiellement haute, et décroît
progressivement avant de se stabiliser à son niveau de repos.
Toute mesure de la tension effectuée avant la stabilisation, surestime gravement la charge de la batterie.
Cette erreur est la cause la plus fréquente du vieillissement prématuré par manque de charge répété.
Exemple : État de charge de la batterie selon son voltage au repos
Type
Tension de
charge
Tension de
maintien
(floating)
Tension
charge =
100%
Tension pour
une décharge
de 50%
Tension pour
une décharge
de 75%
Electrolyte liquide
14.8 V
13,6 V
12,8 V
12,4 V
12.2 V
Electrolyte AGM
14,1 V
13.6V
12,8 v
12,4 V
12.2 V
Electrolyte gélifié
14,1 V
13.6 V
12,8 V
12,4 V
12.2 V
La mesure de tension pour contrôler l'état de charge d'une batterie doit être réalisée après une période de repos de quelques heures
(repos = sans charge ni décharge)
Contrôle rapide d'une batterie
Bien des jauges de batteries traduisent le voltage par une échelle multicolore, ou une graduation de 0 à
100%, sensées représenter la réserve d'énergie électrique. Ces échelles sont définies a priori par le fabricant
de la jauge. Rien ne garantit qu'elles sont adaptées au type de vos batteries et à votre stratégie de décharge,
(sans parler de leur précision et leur consommation ).
7
Contrôlez à bord la tension réelle qu'elles reçoivent.
Comme vous le savez maintenant, il y a peu de différence entre une tension correcte ou incorrecte. Ne vous
fiez pas à-priori à l'indicateur monté d'origine à bord. Sa précision permet de savoir si la charge est en cours,
mais rarement plus. Utilisez un voltmètre numérique PRÉCIS, soit un modèle portatif, soit installé à
demeure.
Si les tensions sont correctes, vous devez vous prémunir encore contre les abus de décharge. On ne devrait
pas aller en dessous de 50% de décharge, et on ne devrait jamais quitter un bateau sans être certain que les
batteries sont pleines.
Comment contrôler?
Une batterie au repos chargée montre une tension de 12,7 Volts. Déchargée elle montrera encore 12,2 Volts,
mais il est temps de la recharger complètement. Pour s’assurer que la batterie soit complètement chargée, il
faut obtenir une valeur à ses bornes de 12,7 V après un temps de stabilisation (chargeur hors tension). Une
batterie affichant 13 v en charge n’est pas obligatoirement complètement chargée si le temps de repos n’a
pas été respecté.
N'oublions pas que ces valeurs varient aussi en fonction de la température.
ENTRETIEN DE DES BATTERIES
La sulfatation
Il faut savoir qu’une batterie souffre de la décharge, principale cause de la sulfatation
Création d'une couche isolante en surface des électrodes qui empêche la recharge
Perte de molécules de l'électrolyte (acide sulfurique) qui devient progressivement inefficace.
La première règle à respecter est donc de ne pas laisser la batterie déchargée pendant une longue période.
Pour pallier ce phénomène de sulfatation, il est nécessaire de désagréger les cristaux en appliquant une
surtension pendant environ deux heures après une charge complète (charge d'égalisation).Si la batterie est
utilisée normalement (pas de poudre blanche au niveau des cosses) il est conseillé de réaliser cette charge
d'égalisation une fois par an avant l'hivernage.
Pour réaliser cette charge, appelée aussi charge d'égalisation (elle sert aussi à homogéneiser l'electrolyte
pour les batteries liquides), il faut appliquer une tension comprise entre 15 et 16 Volts avec un courant
maximum égal à 5% de la capacité de la batterie. Lorsque l'on réalise cette charge d'égalisation il est
important d'isoler la batterie pour éviter de détériorer les instruments sensibles aux surtensions.
Les batteries gel et AGM étant moins sujettes à la sulfatation, il n'est pas nécessaire d'appliquer cette charge
d'égalisation.
L'autodécharge
Une batterie se décharge même sans être utilisée. Pour un stockage sans utilisation à une température de
20°C la perte de capacité peut atteindre 6% par mois pour des batteries de mauvaise qualité (1% pour
certaines batteries AGM). Plus la température sera basse moins cette perte sera importante. Avant une
période d'hivernage il est de bon usage d'appliquer une charge complète aux parcs de batteries.
Il est également conseillé de stocker les batteries dans un endroit le plus frais possible.
Valeurs indicatives d'autodécharge (variables selon la technologie et le constructeur)
Les surcharges
Il faut éviter les surcharges. Une fois la batterie complètement chargée, il n'y a plus de matière réactive
disponible sur les électrodes. Par conséquent, c'est la réaction d'hydrolise de l'eau qui prend le relais, avec
deux conséquences:
Séchage de la batterie (diminution d'électrolyte).
La diffusion massive d'oxygène engendre l'oxydation, donc la détérioration des électrodes.
8
Il ne faut donc jamais laisser un chargeur non équipé de régulateur branché en permanence à une batterie.
Une diminution du niveau de l'électrolyte conduit à une corrosion des électrodes. Ce phénomène est aussi
observé lorsque la densité de l'électrolyte n'est pas uniforme (stratification) sur les batteries liquides, pour
cette raison, il est nécessaire d'appliquer régulièrement une charge d'égalisation sur les batteries à électrolyte
liquide. A noter que cette charge d'égalisation permet aussi d'optimiser la réaction de charge décharge en
homogénéisant l'électrolyte grâce au gaz qui est généré pendant cette phase et prévient de la stratification.
COMMENT DETERMINER L'ETAT DE CHARGE
Déterminer l'état de charge (couramment appelé SOC (State of Charge)) de la batterie n'est pas une chose
facile. Dans tous les cas, il faut noter que pour effectuer une charge correcte, il est nécessaire de prendre en
compte la température. Ceci est particulièrement vrai lorsque l'intensité de charge est importante par rapport
à la capacité de la batterie, ce qui conduit à un échauffement de la batterie.
Le tableau ci dessus donne une idée de la tension d'absorption en fonction de la température et de la
technologie de la batterie.
La majorité des chargeurs utilisent la valeur de la tension pour déterminer dans quelle phase de charge se
trouve la batterie. Il faut cependant noter que ce paramètre est loin d'être optimal pour avoir une idée claire
de l'état de charge de la batterie (voir chapitre contrôle de l'état de charge). Une fois que la tension
d'absorption est atteinte un timer est déclenché et, une fois le temps écoulé, le chargeur se positionne en
mode floating. Ces types de régulateurs donnent toutefois des résultats satisfaisants dans la mesure où
l'intensité maximale est adaptée au parc batterie et que ceux ci disposent effectivement d'un timer pour qu'il
y ait véritablement une charge d'absorption.
D'autres régulateurs tels que les STECA disposent d'un algorithme propriétaire. Le régulateur prend en
compte l'ensemble du courant qui arrive et qui sort de la batterie pour affiner la visibilité sur son état de
charge. Cet algorithme est en auto apprentissage dans la mesure où, après un certain nombre de cycles, il
permet d'avoir une bonne vue sur les caractéristiques de la batterie (capacité, âge...) et ainsi d'en optimiser la
charge. Il faut aussi noter que ce type de régulateur permet d'avoir en permanence une bonne visibilité sur
l'état de charge de la batterie.
ADAPTATION DU REGULATEUR A LA SOURCE D'ENERGIE
S'il est vrai que, quelle que soit la source d'énergie utilisée pour recharger la batterie, la courbe de charge
doit être la même en fonction du type de batterie, le régulateur doit être adapté à la source de courant.
Régulateurs solaires
Cela ne pose aucun problème de fonctionnement à un panneau solaire d'être mis en circuit ouvert (sans
charge). La majorité des régulateurs de panneaux solaires fonctionne selon le mode PWM (Pulse Width
Mode) pour respecter le cycle de charge. En fonction du cycle dans lequel se trouve la batterie (boost,
absorption ou floating), le panneau solaire est mis en contact puis coupé de la batterie (jusqu'à 160 fois par
seconde), c'est ensuite la batterie qui absorbe ces impulsions et qui moyenne la tension appliquée en
respectant la courbe de charge. Par exemple pendant la phase de boost, le panneau solaire sera connecté en
permanence ; en phase floating, le panneau solaire sera mis uniquement une fois sur 160 en contact avec la
batterie.
Une autre particularité de certains régulateurs de charge solaires est qu'ils supportent la fonctionnalité MPPT
(Maximum Power Point Tracking). Un panneau solaire délivre le maximum de sa puissance à une
tension/intensité donnée en fonction de la luminosité. Le principe de ce type de régulateur est de faire varier
la charge d'entrée afin de se trouver sur ce point. Ce type de régulateur peut faire gagner jusqu'à 30%
d'énergie par rapport à un régulateur standard.
9
L'ALTERNATEUR
Un régulateur d'alternateur régule la charge sur une valeur de tension. Il ne distingue pas les phases de
tensions (boost/charge, absorption et floating). Il n'y a qu'une tension de fin de charge, environ 13,9 Volts.
La tension de seuil fixée par l'alternateur qui détermine si la batterie doit être chargée par la source de
courant est fixée entre 13,6V et 13,9 V environ.
• Si la tension de la batterie est inférieure à la valeur de tension fixée, alors la batterie est chargée.
• Si la tension de la batterie est supérieure à la valeur de la tension la tension de la batterie est maintenue
autour de 13,6V.
Cette méthode adaptée pour les batteries de démarrage, présente des inconvénients pour les batteries de
servitude:
• La batterie n'est pas chargée au delà de 80% et la durée de charge est longue (la tension de charge étant
trop basse).
• Il n'y a pas de phase d'absorption ni d'égalisation qui permettent d'homogénéiser l'électrolyte de la batterie
à la fois par élément (batterie liquide) et entre les éléments.
• Le risque de sulfatation est plus important.
Il faut que l'alternateur débite pendant 12 heures pour que la batterie reprenne environ 60% de sa
capacité.
Des trajets court ne recharge pas pleinement la batterie mais donne juste des compléments. Tout comme
votre panneau solaire quand le temps est ensoleillé.
Ce type de régulation n'est donc pas adapté aux batteries de servitude.
LE CHARGEUR
Plus le chargeur est puissant, plus il sera en mesure de recharger rapidement les parcs de batterie. Par contre,
il ne faut pas que celui ci dépasse l'intensité maximum admissible du parc batterie (en général 25% de la
capacité). Il faut ensuite prendre en compte le fait que:
1) La charge peut être effectuée généralement pendant une période de 10h à 12h, dans ce cas une puissance
de 10% de la capacité du parc batterie est suffisante.
2) La charge ne peut être effective que pendant des période plus courtes (chargeur alimenté par un groupe
électrogène). Celui ci devra être dimensionné pour réduire au maximum le temps de charge. Il devra donc
être en mesure de fournir de 20 à 30% de la capacité du parc (en fonction des spécifications constructeurs
sur l'intensité maximum admissible).
Les chargeur adapté respect le cycle de charge des batterie, une fois que la tension d'absorption est atteinte
un timer est déclenché et, une fois le temps écoulé, le chargeur se positionne en mode floating. Ces types de
régulation donnent des résultats satisfaisants dans la mesure où l'intensité maximale est adaptée au parc
batterie et que ceux ci disposent effectivement d'un timer pour qu'il y ait véritablement une charge
d'absorption. Achetez un chargeur adapté à votre parc de batterie.
On remarque donc, que si le chargeur est adapté au parc batteries servitudes, il ne l'est pas pour la batterie de
démarrage. Il ne faut donc pas que ce chargeur se connecte à cette dernière. Il faut donc isoler la batterie
moteur des batteries servitudes (par contre, les bornes négatives doivent toutes être reliées entre elles et à la
masse du véhicule). Voir § "montage des batteries et solution de distribution".
La plupart des chargeurs ont plusieurs sorties qui permettent de recharger les différents parcs de batterie.
Ceci est important si la solution choisie est de ne jamais mettre les batterie en parallèle.
10
La plupart du temps, le cycle de charge appliqué à l'ensemble des batteries est le même. Dans ce cas, si il y a
des technologies de batterie différentes, il faudra que le chargeur soit configuré sur le type de batterie
necessitant la tension de charge la plus basse avec le risque d'voir une batterie jamais rechargée à 100%.
Il existe aussi des chargeurs avec plusieurs sorties indépendantes qui permettent de recharger des batteries
de technologie différentes indépendamment les unes des autres.
• Proscrire les chargeurs ne respectant pas les cycles de charge (boost, absorption, floating).
• Il est intéressant de voir à quelle étape se trouve le chargeur. Certains chargeur l'indique par led .
Synthèse
Adepte de l'itinérant dans des lieux n'autorisant pas le branchement d'un système de recharge adapté aux
batteries de servitude, calculez la capacité de votre batterie pour tenir le temps nécessaire avant la décharge
profonde (80% de la capacité indiquée). Après une journée de route, la (les) batterie(s) servitude(s) n'est (ne
sont) rechargées qu'à 60%. Prévoir de temps en temps (une fois par semaine environ) une recharge complète
(12h minimum) avec un chargeur déroulant le cycle complet de recharge d'une batterie.
Pour plus d'autonomie :
les groupes électrogènes permettent d'être autonome mais sont souvent un peu bruyant. Les voisins n'aiment
pas! Attention à ce qu'il soit bien régulé pour l'électronique. Si la batterie est déchargée il doit tourner 12 h
pour alimenter le chargeur embarqué et dérouler le cycle normal de charge.
La pile à combustible est gros investissement mais permet d'être autonome.
CARACTERISTIQUES D’UNE BATTERIE
3 informations vous sont généralement précisées sur l'étiquette de la batterie :
La tension nominale,
La capacité,
La puissance de démarrage.
La tension nominale (12V)
Batteries de 12 volts décomposées en 6 éléments d'environ 2,2 volts auxquels correspondent les 6 bouchons
qui se trouvent sur le dessus.
L'ampérage-heure
Cette inscription "XX Ah" (Ampères heures) indique la capacité de la batterie à tenir la charge dans le
temps. C’est la quantité d'énergie que peut restituer la batterie bien chargée à 20 °C pendant 1 heure . Par
exemple, une batterie de 100 Ah peut fournir un courant de 5 ampères pendant 20 heures. Cette capacité
n'est toutefois que théorique. En effet, après une première décharge de forte intensité, la tension fournie par
chaque élément diminue et par conséquent, l'intensité du courant débité baisse.
La puissance de démarrage
C'est l'intensité (exprimée en ampères) que peut fournir une batterie de 12 volts à une température de -18 °C
pendant 30 secondes sans que la tension ne tombe en dessous de 1,4 volts par élément.
11
UNE GROSSE BATTERIE OU DEUX BATTERIES EN PARALLELE ?
Origine du document : http://www.voilelec.com/notes/ener_bat.php
Batterie en parallèle
Comment brancher en parallèle vos batteries
Quand on a besoin d’une grosse capacité de batterie de servitude on peut prendre des éléments de grosse
capacité en 2 volts ou 4 volts et les monter en série. C’est l’idéal. Mais bien souvent la place ne le permet
pas, les bacs n’ayant pas les bonnes dimensions.
Il faut alors se résoudre à brancher en parallèle plusieurs batteries de 12 volts. C’est parfaitement faisable
avec quelques précautions :
• Les batteries doivent être neuves et exactement du même modèle, achetées en même temps sur le
même stock en magasin. Il faut les relier dès le départ, et ne jamais les dissocier.
•
Le câblage doit respecter la symétrie et c’est très important pour que leur charge et décharge soit
homogène d’une batterie à l’autre.
Si ces deux conditions sont réunies, un branchement en parallèle ne pose pas de problème et ne nuira pas
à la durée de vie des batteries.
En cas de forte demande de courant, la première batterie
fournira la presque totalité de l’énergie, la résistance des
bretelles rajoutées ne permettant pas à la deuxième batterie de
participer au transfert.
Après l’appel de courant, la première batterie se retrouve avec
un déficit de charge qui sera compensé par la deuxième mais
avec une forte perte due au rendement.
Après un grand nombre de cycles de ce type, la première
batterie sera plus dégradée que la seconde, la deuxième se
déchargeant en permanence dans la première. Il faudra
changer rapidement les deux.
Le montage de droite est beaucoup plus intelligent. Le
départ des communs est en V, avec bretelles équilibrées.
Dans chaque paire, les deux câbles sont identiques.
Cela signifie que si l’on installe deux batteries neuves et
strictement identiques, elles recevront des énergies de
charge et fourniront des énergies identiques. Elles
vieilliront en parallèle et leur durée de vie sera plus
grande.
Si ces consignes ne sont pas respectées, les deux batteries vont rapidement diverger, la moins dégradée se
videra en permanence dans la plus faible (effet de fuite électrique). Une batterie bien chargée mise en
parallèle sur une batterie à plat donne deux batteries à plat, le transfert d'énergie se fait avec des courants
élevés et un très mauvais rendement.
12
Mesure de divergence
Il est assez simple de vérifier la divergence de vos deux batteries :
Après vérification des niveaux d’eau, branchez-les provisoirement en parallèle et isolées des
consommateurs, chargeur secteur alimenté. Laissez stabiliser pendant au moins une journée après que le
chargeur soit passé en floating, la charge sera ainsi complète.
Débranchez le chargeur et les bornes positives afin de ne rien consommer et laisser ainsi pendant quelques
jours au repos afin de permettre la stabilisation chimique.
C’est le moment de tester:
Première mesure, avec un voltmètre numérique de précision, vérifiez la tension à vide.
Les deux batteries étant identiques, vous allez trouver un faible écart, par exemple 14.690 et 14.686 V (cela
dépend de la technologie du gel).
Ces quelques millivolts d’écart sont un mauvais présage pour la suite.
Deuxième mesure, la fuite de l’une vers l’autre.
Relier les deux positifs par le contrôleur universel en mode ampèremètre, en commençant par un calibre
élevé (10 A) pour descendre à 100 mA.
Si la fuite est très faible, vos batteries peuvent être mises en parallèle sans risque, sinon la capacité résultante
sera beaucoup plus faible que la somme des deux. Si la fuite est forte, le montage est fortement déconseillé,
il faut les isoler et passer par un séparateur
Notion de faible fuite
La fuite est proportionnelle à la capacité. Considérons les batteries servitude classiques d’une centaine
d’Ampères Heures. Un centième de la capacité (1A) voudrait dire grossièrement qu’une batterie se viderait
en cent heures, soit quatre jours. Mais la tension décroit avec l’énergie fournie et en dessous de 11 V (80%
de décharge) la batterie est totalement vide. Dans ces conditions les batteries connectées se déchargeraient
en i à 2 jours.
Nous dirons donc qu’une fuite de 1 % (soit 1 A) est forte et empêche le montage élémentaire.
Une fuite de 1 pour mille (100 mA) ou moins permet de considérer les deux batteries comme identiques et
autorise le montage basique parallèle.
La bien meilleure solution
Lors du renouvellement de votre vieille batterie fatiguée, échangez vos deux batteries médiocres contre une
seule batterie spirale moderne.
Cela sera deux fois moins lourd à capacité fournie égale.
Une batterie spirale 100 Ah vous restituera la même énergie que deux classiques de 100
Ah et vous n’aurez plus aucun problème de décharge permanente de la meilleure dans la
moins bonne.
Le seul défaut est qu’elle est plus chère, mais c’est un détail que vous oublierez à l’usage en regard des
avantages.
OU
Une batterie AGM 12 V 200 Ah , Dimensions : Lxlxh = 520 x 240 x 220 mm Poids : 66 kg.
Remarque : un parc de 200 Ah, n'absorbera jamais plus de 50 A à la charge.
13
PETITE SYNTHESE
La durée de vie d'une batterie est donc principalement liée à son nombre de cycle de charge/décharge et de
la profondeur de décharge à chaque cycle. A chaque fois la batterie perd un peu de matière active et
accumule un peu de sulfate ce qui la conduit petit à petit en fin de vie.
C'est d'autant plus important si la décharge est profonde. Une batterie perd donc à chaque recharge un peu de
son autonomie.
Pour augmenter l'autonomie il est essentiel de recharger une batterie en tenant compte des trois phases du
cycle de recharge d'une batterie. De plus, les valeurs appliquées durant ce cycle doivent être en rapport aux
valeurs communiquées par le constructeur. Le chargeur doit donc être adapté au parc batterie pour lequel il
est dédié. Il est plus judicieux de ne pas faire recharger la batterie moteur et le (ou les) batteries servitude(s)
par le même chargeur.
Le voltmètre du véhicule n'indique pas la capacité de votre batterie, mais informe juste sur son état de
tension. Un bon contrôle des batteries consiste à :
• Charger la batterie en déroulant le cycle de charge complet
• Laisser la batterie au repos 8 heures
• Mesurer et noter la tension aux bornes
Quelques mois plus tard recommencer ce contrôle et comparer avec les mesures précédentes. Les variations
de mesure (ou non), indiquent l'état réel de la batterie.
Dans le cas d'une batterie en mauvais état vous pouvez avoir une tension de 12,6V et celle ci peu chuter très
rapidement dès la première utilisation et n'avoir que 30 minutes d'autonomie, voir moins.
Cela veux simplement dire que votre batterie est sulfatée, qu'elle ne prend plus sa charge et doit être
remplacée.
Pourquoi une batterie de type « démarrage » ne se décharge jamais de façon importante?
Parce que la consommation du démarreur ne dépasse pas plus de 1 à 2% de l'énergie accumulée à chaque
démarrage. Cette consommation est rapidement compensée par l'alternateur. Puis l'alternateur en marche
assure directement la consommation des équipements en marche. Dans ces conditions, elle ne sulfate
pratiquement pas. Attention en cas de longue période sans mise en marche de l'alternateur il y a
consommation des appareils en veille et une autodécharge de la batterie. Faire une recharge périodique.
Une batterie auxiliaire est régulièrement utilisée en décharge profonde, la sulfatation est plus importante.
14
MONTAGE DES BATTERIES ET SOLUTION DE DISTRIBUTION
L'idéal
Celui que devrait réaliser les "marchands" de camping car !
Chargeur
d'alternateur
50A
Alternateur
Bat 1 95Ah
50A
Distribution servitude
Pan. sol
Chargeur
10A
Bat 2 200Ah
En sortie d'alternateur montage d'un chargeur d'alternateur (appelé aussi booster) gérant de manière
adaptée la charge de chaque batterie. Une seule batterie de servitude de 200A. Un ampèremètre '0 à 50A)
permet de contrôler l'intensité de charge via l'alternateur. Ceci donne une idée au démarrage moteur de
l'état de décharge initial de la batterie servitude.
Un second ampèremètre (bi directionnel) mesure la consommation du circuit de distribution en intégrant
l'apport du panneau solaire et le cas échéant l'apport du chargeur.
Avantages:
- Montage simple
Inconvénients :
- Le montage: il faut refaire un câblage professionnel derrière l'alternateur.
- On entre dans le monde de l'électronique embarquée. Robustesse des équipements ?
15
Un compromis
Une seule batterie de servitude
50A
Alternateur
Bat 1 95Ah
Distribution servitude
50A
Coupleur
Pan. sol
Chargeur
2
Une batterie servitude. Capacité
à calculer en fonction des
besoins et du mode de voyage .
Un coupe batterie permettant
d'isoler la batterie moteur et
servitude. Toute fois cette
solution peut être réalisée
manuellement de manière
contrôlée. Par exemple, si la
batterie servitude atteint son
seuil de décharge (80%) et
qu'aucune recharge n'est
possible autre que l'alternateur
ce contact autorise la recharge
partielle par l'alternateur.
Un coupleur/séparateur qui
n'autorisera la recharge de la
batterie servitude que si le
coupe batterie est fermé et si la
batterie moteur à atteint un seuil
Bat 2 100Ah
Bat 3 100Ah
de 13,6V (rechargée), ce qui
limitera la sollicitation de
l'alternateur. L'autre avantage du coupleur/séparateur est que si on oublie d'ouvrir le coupe batterie à
l'arrêt, celui ci ouvrira le circuit pour isoler automatiquement la batterie servitude dès que la tension
batterie moteur atteindra une valeur plus petite ou égale à 12,6V.
D'après les constructeurs, ce coupleur rétablira le contact si le chargeur batterie a permis d'atteindre une
tension de 13,6V à la batterie de servitude et que la tension batterie moteur est inférieure à la batterie
servitude. La batterie moteur sera donc chargée après la batterie servitude si le coupe batterie est fermé
bien sur.
Un premier ampèremètre (0 à 50A) permet de contrôler l'intensité de charge via l'alternateur. Ceci donne
une idée au démarrage moteur de l'état de décharge initial de la batterie servitude.
Un second ampèremètre (bi directionnel) mesure la consommation du circuit de distribution en intégrant
l'apport du panneau solaire et le cas échéant l'apport du chargeur.
Avantage de cette solution:
- Pas de modification de câblage de l'alternateur
- Limite au maximum la mise en parallèle de la batterie moteur et servitude.
- Autorise tout de même une charge partielle de la batterie de servitude par l'alternateur.
Inconvénients :
- Impose une petite gestion manuelle
Ampèremètres 12 V à Aiguille
Shunt Intégré - EUROMARINE
Coupleurs Automatiques Cyrix
Exemple de matériels
16
Avec deux batteries servitudes
Pour des raisons pratiques (encombrement, l'existant...) l'alimentation servitude est réalisée avec un parc de
deux batteries. Bien souvent ces batteries sont différentes en termes d'âge et de capacité. Plus rarement elles
sont de technologie différente (gel/AGM/"ordinaire").
Batteries servitudes en parallèles
Dans le cas ou ces deux batteries seraient rigoureusement identiques, elles peuvent être mises directement en
parallèle (voir § "Une grosse batterie ou deux batteries en parallèle ?" ) et le schéma de raccordement est
celui ci:
50A
Alternateur
Bat 1 95Ah
Distribution servitude
50A
Coupleur
Pan. sol
Chargeur
2
Respecter ce type de branchement bien
équilibré entre les deux batteries
Bat 2 100Ah
Bat 3 100Ah
Avantages:
- Utilisation des deux batteries existantes
- En fin de vie des batteries, possibilité de réaliser le câblage précédent avec une batterie servitude 200Ah
Inconvénients:
- Risque dans le temps lié au branchement de deux batteries en parallèle
17
Batteries servitudes indépendantes
50A
Alternateur
Chargeur
1
Bat 1 95Ah
Pan. sol
50A
Chargeur
2
B3
Distribution servitude 1
Tv, éclairage, pompe, …
Coupleur
B2
Distribution servitude 2
Frigo, chauffage,…
Bat 2 95Ah
Coupleur
Bat 3 100Ah
Avantages:
- En phase de consommation, les batteries sont indépendantes.
- La gestion manuelle permet de diriger la charge vers la batterie la plus sollicité
- Les deux coupleurs/ séparateurs assurent une charge en cascade par l'alternateur (l'une après l'autre).
- Les deux batteries ne sont mises en parallèle que pour la charge.
Inconvénients :
- Gestion manuelle plus complexe
- Multiplie le nombre de composants électroniques
- Reprise du câblage du circuit de distribution interne
18