Effervescence dans le monde des batteries...
Nos réservoirs à énergie électrique sont en pleine mutation.
De l'antique batterie au plomb aux dernières générations de batteries lithium polymère, ou de celle à venir au sodium-ion, au carbone, au silicone, au calcium ou au graphène, il y a un monde, aussi bien en capacité, décharge, nombre de cycles, qu'en poids et surtout en prix.
Nous évoluons d'ailleurs de plus en plus du simple accumulateur vers un système sophistiqué de gestion électronique et informatique intelligente de l'électricité à bord !
De même, les possibilités de meilleur usage, entretien, désulfatage et recyclage des batteries classiques ne sont pas encore suffisamment exploitées...
Qu'est-ce qu'une batterie
Une batterie au plomb conventionnelle est constituée :
- d'un bac étanche en bakélite, divisé en 6 ou 12 compartiments selon le voltage de service (12 ou 24 V),
- d'un couvercle scellé, percé de trous de remplissage des cellules et leur bouchon,
- d'électrodes, formées par des grilles en plomb positionnées verticalement, reliées entre elles en série par un élément conducteur à une borne ; ces électrodes sont isolées électriquement les unes des autres par de fines feuilles poreuses (ou séparateurs) en plastique ou de cellulose ,
- d'un électrolyte, de l'acide sulfurique dilué,
- de bornes en plomb (+) et (-),
- de poignées de transport, quelquefois.
Chaque binome de plaques de plomb (positive et négative) correspond à un potentiel de 2 Volts nominaux.
Fonctionnement
en décharge
il se produit une réaction chimique entre les plaques et l'électrolyte qui produit un déplacement d'électronsaboutissant à un courant électrique continu et du sulfate plombeux (SO4Pb2) qui se dépose sur les plaques négatives + un dégagement d'hydrogène et d'oxygène qui se recombinent en eau, et diluent l'électrolyte.
en charge
Le courant continu d'une tension légèrement supérieure à celle de la batterie, initie une réaction électro-chimique inverse qui recharge en soufre l'électrolyte, ce qui augmente sa concentration et l'eau se décompose en hydrogène et oxygène (électrolyse) qui s'évacuent par la valve de sécurité lorsque la pression devient trop importante dans le bac.
C'est pour cette raison, qu'il est nécessaire de rajouter de l'eau distillée régulièrement dans ce type de batterie.
Réglementation et précautions
Installation
La première consigne concerne l'installation des batteries : elle doivent - pour celles contenant un électrolyte liquide - être positionnées dans un bac étanche sur cinq côtés, pour éviter qu'une éventuelle fuite ou projection d'électrolyte vienne à attaquer la structure et les équipements de l'embarcation, tout en permettant l'évacuation des gaz liés à son utilisation.
Il va de soi que ce, ou ces, bacs étanches seront solidement arrimés à la structure du bateau.
De même, il est indispensable de positionner des cales entre la ou les batteries et les parois de leur coffre ; leur maintien latéral est en effet une condition nécessaire en cas de houle ou de gite du bateau.
Enfin, l'hydrogène dégagée par les batteries doit pouvoir être évacuée librement car une simple étincelle dans une enceinte suffisamment concentrée de ce gaz aboutit immanquablement à une puissante explosion.
état de marche
La batterie de démarrage doit pouvoir assurer au moins 6 démarrages de suite du moteur de propulsion, pour être acceptée à bord avant d'appareiller.
Des notions indispensables pour comprendre
Batterie de démarrage et batterie de servitudes
- Le nombre élevé de fines plaques dans une batterie de démarrage, permet d’obtenir une surface totale d'échange importante, et donc un très haut débit de courant instantané.
- Des plaques moins nombreuses mais plus épaisses, caractérisent une batterie de servitudes, plus adaptée à tous les consommateurs de courant : éclairage, pompes, télé, frigo, guindeau, etc.
De même, la fabrication de ces plaques peut varier :
- méthode "coulée" où le plomb est coulé dans un moule,
- méthode "pressée" où le plomb est pressé par une machine ; cette seconde méthode permet d'obtenir un plomb d'une densité supérieure.
Capacité ou "capacité de stockage"
C'est la quantité de courant qu'une batterie en parfait état (neuve) est capable de délivrer en étant chargée. Elle est exprimée en Ampère-heure (Ah).
Par exemple, une batterie de 100 Ah peut débiter un courant de 1 A pendant 100 heures ou un courant de 100 A pendant 1 heure.
Vitesse de décharge
La vitesse de décharge d'une batterie a également un impact sur sa capacité : plus la décharge est rapide, plus la capacité réelle de la batterie devient faible.
Cette vitesse de décharge est indiquée sous la forme : C10, C20, C100…
Par exemple, une batterie de 70 Ah en C 100 aura réellement une capacité de 70 Ah si la décharge dure 100 heures sur une intensité de 0,7 A. Si la décharge se fait en 20 heures (donc sur une intensité de 2,75 A), la capacité de cette batterie descendra à 55 Ah, pour passer à seulement 50 Ah en 10 heures avec 5 A.
C'est donc une notion à prendre en compte, selon l'usage que vous prévoyez.
La tension de « floating » ou « charge d'entretien »
C'est la tension à laquelle on doit maintenir en permanence un accu pour être sûr qu'il soit chargé de façon optimale au moment où l'on doit s'en servir : 2,25 à 2,28 V/ par élément (Elt) à 25 °C (rappelons que l'unité de base d'un accu plomb est de 2 V).
Par exemple, pour une batterie de 12 V la tension de "floating" est de 14,6 V à – 10 °C, 13,6 V à + 25 °C et 13,2 V à + 40 °C.
La tension d'absorption
C'est la tension maximum envoyée vers la batterie en opération de charge (14,1 volts typiquement pour une batterie AGM à une température de 25°C, moins pour une batterie GEL).
Ensuite, cette tension est maintenue jusqu'à ce que la batterie soit chargée à 100 %, avant de passer à la tension de floating.
A noter que la charge à 100 % des batteries ne peut pas se réaliser avec pour seule source l'alternateur du moteur, qui délivre une tension fixe insuffisante et ne respecte donc pas les 3 phases optimales d'une recharge (bulk, absorption, floating).
Capacité de cyclage des batteries
Lorsqu'on parle d'un nombre de cycles de "charge-décharge", cela correspond au nombre de cycles à partir duquel la dégradation de la batterie est telle que son utilisation n'est plus possible pour l'usage initial.
Un cycle correspondant à une décharge et une charge complètes d'une batterie.
Il est communément admis que la profondeur d'usure maximum acceptable est de l'ordre de 75 % sur une batterie plomb.
Considérons une batterie de 10 kWh qui est garantie pour 1000 cycles. Elle pourra délivrer 10 x 1000 = 10 000 kWh tout en restant avec une capacité de plus de 75 % de sa capacité initiale.
- Si je consomme 5 kW par heure de navigation, je pourrais faire 2000 heures de navigation,
- Si je consomme 10 kW par heure de navigation, je ne pourrais faire que 1000 heures avec le même pack de batteries.
Autonomie de batteries de traction
Regardons maintenant ce que cela donne en autonomie pour un usage de traction, par exemple :
- 10 kW à 100 A en 48 V = 2 heures de navigation,
- 10 kW à 200 A en 48 V = 1 heure de navigation.
A savoir :
Lorsque vous démontez ou installez une batterie, et encore plus dans un environnement métallique, il faut débrancher le (-) en premier et le rebrancher en dernier ; cela vous évitera des risques de courts-circuits impressionnants en cas de contacts entre votre clé de 13 (par exemple) et les éléments métalliques alentours.
Le vieillissement des batteries
Trois principaux facteurs sont en rapport avec la dégradation d’une batterie :
- le « vieillissement calendaire » ou l’usure naturelle de la batterie au repos, sans aucune sollicitation, car comme tout matériau sur terre, les éléments qui composent une batterie se corrodent et se transforment peu à peu avec le temps,
- le « vieillissement par cyclage », qui survient lorsque la batterie est déchargée puis rechargée,
- le « vieillissement combiné » qualifiant l’usure liée aux phases successives de repos puis de décharge/charge.
Durée de vie des batteries au plomb
Nous l'avons vu plus haut, un cycle correspond à une décharge suivie d’une charge.
Mais, au delà du nombre de cycles annoncés pour une batterie plomb (toutes technologies confondues...), elle est avant tout fonction de la profondeur de la décharge subie.
Ainsi elle ne supportera que :
- 500 cycles avec des décharges à 80 %,
- 750 cycles avec des décharges à 50 %,
- environ 1800 cycles avec des décharges à 30 %.
Dans les faits, cela signifie que pour être tranquille et ne pas avoir à changer trop souvent vos batteries plomb, il faudrait installer un pack représentant au moins 3 fois la capacité dont vous avez besoin régulièrement !
Inutile d'ajouter que pour un usage de traction, vues les puissances utilisées et la profondeur de décharge nécessaire, les batteries au plomb sont le plus mauvais choix...
L'entretien des bornes
Sur les batteries plomb classiques, des bornes oxydées (résultat des vapeurs acides sur le plomb) sont fréquentes dans les unités anciennes, mal chargées et en présence d'humidité, cause de perte électrique.
Il convient donc de les nettoyer, si ce stigmate n'est pas le signe d'une batterie en fin de vie.
Le recours à la brosse métallique peut être remplacé avantageusement par une immersion dans l'eau bouillante additionnée de bicarbonate de soude (pour les cosses) et le nettoyage avec un chiffon imbibé de cette préparation (pour les bornes) ; ce traitement présente la propriété de dissoudre le sulfate de plomb.
Ensuite, le fait d'enduire les bornes et leurs cosses à la vaseline, prolongera leur protection.
Enfin, la carcasse d'une batterie doit impérativement être sèche, afin d'éviter la fuite de tout courant non utile entre les bornes.
Une fois ces fondamentaux acquis, vous pourrez sans doute mieux suivre ce qui suit.
Mesure de la charge des batteries
il existe plusieurs moyens de mesure de la charge des batteries :
- le pèse-acide est le plus ancien, s'appliquant à la génération de batterie au plomb classique.
il s'agit d'une pipette graduée généralement en 3 zones ; son intérêt est de pouvoir "peser" chacun des éléments indépendamment, mais son inconvénient majeur est la difficulté à s'assurer de la parfaite flottaison du dispostif dans l'électrolyte et du risque de projection de ce dernier lors de sa manipulation.
- le Voltmètre branché aux bornes de la batterie - celle-ci étant déconnectée - est un autre moyen de mesurer le voltage d'une batterie, tout en sachant qu'une batterie peut présenter un voltage correct hors connexion et avoir une capacité médiocre une fois branchée sur les consommateurs électriques.
Par contre, n'essayez pas de mesurer l'ampérage de vos batteries avec un contrôleur universel non adapté, car il n'est pas prévu pour mesurer de tels ampérages, et au mieux, vous grillerez le fusible et au pire, vous devrez le changer !
- l'ampéremètre à shunt, plus moderne, est capable de mesurer la capacité d'une batterie (ou pack batteries) de façon plus précise qu'un voltmètre ; les plus récents vous permettent d'ajuster le type de batterie et leur capacité nominale pour affiner encore le résultat obtenu...
De la bonne charge des batteries
Une batterie ou un pack batteries a besoin d’être “cyclé” correctement pour fournir des performances optimales en capacité et en longévité.
Un cycle complet correspond généralement à une décharge à 50 % suivie d’une charge à 100 %.
Pour recharger une batterie profondément déchargée, il est nécessaire d’appliquer 3 phases de charge aux batteries (phases dites IUOU répondant à la norme DIN 41773) pendant une période d’environ 6 heures (en prenant l'exemple d'une batterie AGM de 12 V nominal) :
1 - une première charge “Bulk" ou "Boost”, de forte intensité (jusqu’à 25 % de la capacité en Ah de la batterie) avec un voltage relativement faible (13,5 V),
2 - une seconde phase “Absorption”, de faible intensité, en fort voltage (14,4 V),
3 - une troisième phase “Float”, de faible intensité et faible voltage (13,5 V).
La réalisation enchaînée de ces trois séquences délivre une charge optimum à 100 % de la batterie.
Charge par alternateur moteur
Un alternateur 12 V équipé d’un régulateur interne standard délivre une tension constante de 14 V ; une tension trop faible pour assurer la phase “Absorption” (14,4 V nécessaires).
Cela a pour conséquence de ne pas charger les batteries au-delà de 80 % de leur capacité, et surtout sans les cycler correctement.
A savoir :
Par mesure de sécurité, le courant de charge d'une (ou d'un pack) batterie ne devrait pas dépasser 10 % de sa capacité (en Ah).
Cependant, les alternateurs (CC, voiture ou bateau) délivrent régulièrement un courant nettement supérieur (70 A nominal - 30 Ampères en début de charge).
Toutes les batteries acceptent, selon leur type, entre 20 et 40 % de leur capacité, à condition que la "tension en fin de charge" soit bien ajustée.
Autre paramètre à vérifier, la température durant la charge ne doit pas dépasser 50°C.
Charge par panneaux photovoltaïques
Les régulateurs "solaires" récents et de bonne qualité respectent le déroulement de ce cyclage et certains affichent même en clair (voyants LEDs) l'état des 3 phases de cyclage.
Les plus perfectionnés permettent d'ajuster les paramètres de charge au type de batteries couplé.
Il est alors important, pour optimiser leur charge et surtout leur durée de vie, de sélectionner le bon réglage dans les algorithmes proposés (pour exemple, la gamme Blue-solar de Victron en propose 7).
Si vous ne trouvez pas votre batterie dans celles proposées dans les notices, il faut surtout choisir la tension de "floating" (ou charge d'entretien) qui lui correspond.
Pour être sûr de ne pas vous tromper ne la choisissez pas au dessus de 13,6 V (sauf pour les Lihium : 14,6 V)
A noter que cette tension devrait idéalement être modulée selon la température de la batterie, ce que certains régulateurs haut de gamme, sont capables de faire.
Chargeur de quai
Si vous avez lu et compris ce qui précède, vous imaginez facilement qu'un chargeur de quai doit observer les mêmes phases de cyclage pour obtenir une charge complète et maintenir la longévité de votre parc batteries.
Actuellement, les chargeurs permettent également de choisir (paramétrer) le type de batteries qu'ils auront à charger, mais beaucoup de modèles, assez anciens ou de premier prix, toujours présents à bord n'offrent pas ces possibilités...
A savoir
- Sauf urgence, il est toujours préférable d'effectuer une charge lente qu'une charge rapide, cette dernière limitant la longévité des batteries.
- Une batterie sulfatée présente à ses bornes une forte résistance électrique, ce qui peut mettre en défaut le chargeur et empêcher sa charge.
- A quai ou au mouillage, la charge sous grande capacité d'une batterie au plomb classique doit s'effectuer bouchons ouverts, car l'électrolyte a tendance à y bouillonner, lors d'une charge "musclée".
Les batteries AGM
(Absorbed Glass Mat)
Usage conseillé
Batteries de servitude à recharge solaire ou éolienne, mais également adaptées au démarrage, si capacité suffisante.
Généralités
Dans cette technologie de batterie, l'électrolyte est absorbé et donc immobilisé dans des buvards en fibre de verre (boro-silicate), placés entre les électrodes.
Le processus de recombinaison des gaz y est différent de la technologie des batteries ouvertes : les molécules d'oxygène diffusent à travers les tissus-séparateurs, des électrodes positives vers les électrodes négatives, pour y former de l'eau (jusqu'à 99 % de l'hydrogène et oxygène peuvent ainsi être recombinées en eau).
Fabrication et sécurité
Les alliages Pb - Ca et Pb (plomb) - Ca (calcium) - Sn (étain) sont utilisés pour construire les batteries AGM car ces combinaisons permettent de limiter l'électrolyse de l'eau (peu de dégazage).
Malgré leur étanchéïté, les batteries AGM sont pressurisées et donc équipées d'une soupape de sécurité : lorsque la pression devient trop importante (surcharge, température élevée...), les gaz s'en échappent.
Elles sont donc sensibles pas la chaleur, directement liée à une diminution de leur durée de vie.
Avantages des batteries AGM
l'étanchéité
Pas d'entretien, pas d'ajout d'eau distillée ; sécurité renforcée par rapport aux batteries plomb ouvertes.
des plaques toujours planes
Car leur association avec le séparateur en mat de fibre de verre qui présente une très faible résistivité, optimise la faible résistance interne de l'accumulateur (quelques milli Ohms).
Cette faible résistance interne des batteries AGM leur permet de supporter des vitesses de charge et de décharge très élevées, jusqu'à 4C (4 fois leur capacité nominale en Ampères).
Autre intérêt de la très faible résistivité des batteries AGM, un rendement faradique (rapport entre la quantité d’électricité effectivement produite, absorbée ou utilisée au cours d’un processus électrochimique et la quantité théorique associée à ce processus.) de 96 à 98 % alors que pour les batteries ouvertes, il est de l'ordre de 90 %.
un faible taux d'autodécharge
De l'ordre de 1 % à 3 % par mois, ce faible taux permet un entreposage durant de plus longues périodes sans recharge, contrairement aux batteries plomb standard acide ouvertes.
une bonne résistance aux chocs et aux vibrations
Les plaques des AGM étant étroitement comprimées et solidement fixées par le haut et le bas dans la cellule, ce montage est nettement supérieur - à cet égard - aux batteries conventionnelles.
une bonne réaction à la gite ou à la houle
Son étanchéité à l'électrolyte sous sa forme liquide, la rend insensible à tous les phénomènes liés à la navigation en mer : gite, houle, tangage, roulis...
Inconvénients des batteries étanches AGM
une faible durée de vie en cyclage
C'est le principal inconvénient des batteries AGM lié en partie à la stratification de l'électrolyte.
Les fabricants de batteries ont tentés de remédier à ce souci en créant des gammes de batteries AGM cycliques (plaques et séparateurs plus épais, plaques + denses...), mais leurs performances restent inférieures à celles des meilleures batteries Gel type "Sonnenschein".
Ces batteries AGM à décharge profonde comme la gamme DISCOVER supportent théoriquement la décharge à 100 % et sont sensées retrouver leur capacité nominale si le temps de maintien déchargé est court.
Ce n'est pas du tout le cas des batteries AGM stationnaires standard : la recharge s'effectue mal et les batteries perdent de leur capacité (ne jamais dépasser 80 % de décharge).
Ce grave inconvénient provoque la perte de nombreuses batteries AGM dans les systèmes solaires quand elles sont utilisées avec des convertisseurs de mauvaise qualité. La tension de coupure peut être de 10,5 V et la batterie est totalement déchargée. Au bout de quelques évènements de ce type, c'est la fin opérationnelle de la batterie.
Ce problème survient surtout pour les batteries AGM dont la durée de vie en floating est de 5 à 6 ans (les moins chères des AGM qu'on trouve souvent dans les kits solaires)...
un risque de concentration en acide de l'électrolyte
Les batteries AGM étant des batteries étanches, elles souffrent de la perte progressive de l'eau de leur électrolyte, ce qui conduit à l'acidification de l'électrolyte et des taux de corrosion plus importants ; d'où l'intérêt d'avoir des modèles avec les tissus des séparateurs épais, pour lesquels la quantité d'électrolyte est grande, ce qui augmente la durée de vie des batteries.
La perte de l'eau se produit lors des surcharges : pour les éviter, l'emploi d'un régulateur de qualité est essentiel si l'on souhaite maintenir la durée de vie des batteries AGM (ceci dit, les batteries "Gel" sont encore plus sujettes à ce problème).
Conseils
Pour des applications cycliques et /ou en décharge profonde porter son choix de préférence sur :
- des batteries AGM dont la durée de vie en floating est de 10 ans et +,
- des batteries AGM cyclique (Gamme NPC Yuasa ou équivalent),
- des batteries AGM à décharge profonde type DISCOVER.
Attention
Comme toutes les batteries d'une façon générale mais particulièrement pour les technologies Plomb, les batteries AGM sont très sensibles à l'élévation de la température : toute augmentation de celle-ci de 10°C divise la durée de vie des batteries AGM par 2.
Une batterie AGM ayant une durée de vie en floating de 10 ans à 20 °C aura une durée de vie de 5 ans à 30°C.
Mais alors que dans le cas d'une batterie ouverte, on peut rajouter de l'eau, ce n'est pas le cas pour les batteries étanches (sauf à savoir le faire). Cela implique que le chargeur ou le régulateur de charge doit prendre en compte la température lors du processus de charge (baisse de la tension de floating en fonction de la température...) afin de limiter les risques de surcharges.
Note :
Les batteries de type OPzV ont leur électrode protégée par une plaque de revêtement.
L'entretien des batteries plomb
Plusieurs facteurs interviennent dans le bon état et la longévité d'une batterie plomb :
- la vigilance sur le degré de décharge,
- l'entreposage dans un endroit sec, tempéré mais pas trop chaud,
- la recharge régulière mais lente en respectant les phases de cyclage,
- la vérification de l'état des bornes et connexions ainsi que de la présence de fuites éventuelles d'électrolyte,
- le bon maintien du niveau de l'électrolyte.
Les batteries GEL
Les batteries acide plomb étanche de technologie GEL utilisent un électrolyte gélifié et des séparateurs en duroplastique microporeux (les batteries HAZE sont en GEL véritable).
Elles ont été mises au point vers 1950 en Allemagne, par la société Sonnenschein.
L'électrolyte est figé par l'addition de gel de silice et dans certaines batteries, de l'acide phosphorique est ajouté afin d'améliorer la durée de vie en cyclage profond.
Des fissures se créent lors des premiers cycles au travers de l'électrolyte gélifié entre les électrodes positives et négatives, ce qui facilite la recombinaison en favorisant le transport des gaz.
Le gel de ces batteries est généralement recouvert d'environ 1 centimètre d'eau afin d'éviter son dessèchement.
Usage conseillé
Pour profiter de ses avantages et limiter les inconvénients, l'idéal serait une recharge à quai, avec un chargeur adapté et bien réglé.
Toute charge "moteur", par le biais de l'alternateur ou "solaire" demande des super-régulateurs et ne permettrait d'emmagasiner qu'une partie de l'électricité produite !
Avantages des batteries GEL
- Récupération totale après une décharge profonde, même lorsque la batterie n'est pas immédiatement rechargée,
- Idéal pour des cycles répétitifs, en utilisation quotidienne,
- Bonnes performances au cours de décharges longues,
- Pas de stratification par utilisation d'un électrolyte liquide,
- Pas de nécessité de charge d'égalisation,
- Auto décharge limitée (1 à 3 % par mois),
- Des plaques positives protégées,
- Des plaques épaisses afin de réduire la corrosion des grilles,
- Bonne résistance à l'évaporation avec une configuration de charge adaptée,
- Séparateur polymère ultra stable avec fibre de verre,
- Bonne résistance aux courts-circuits grâce aux performances mécaniques du séparateur polymère,
- Peut être déchargée même lorsque la recharge complète n'a pas été effectuée, sans perte de capacité,
- Durée de vie en cyclage élevée (500 à 1600 cycles à 80 % de décharge).
Inconvénients des batteries GEL
- Le prix (environ 30 % de plus qu'une AGM),
- Leur résistance interne relativement élevée entraîne qu'elles ne supportent pas des intensités de charge et de décharge élevées ; en continu, le courant de charge ne doit pas excéder C/10 (le dixième de la capacité).
Les batteries gel doivent donc être rechargées lentement, ce qui n'est pas forcément adapté à un stockage d'énergie d'origine photovoltaïque.
- Plus que pour les autres batteries plomb, les paramètres de charge (tension de floating, charge et égalisation...) doivent être respectés ; par exemple, une notice constructeur précise que "si la tension de charge dépasse de 0,7 V la tension spécifiée, la durée de vie des batteries sera amputée de 60 %".
A noter que la tension seuil de charge des batteries gel est de 0,2 V inférieure aux autres types de batteries plomb-acide.
- Comme pour les autres batteries Plomb, la durée de vie des batteries Gel est diminuée par une hausse de la température (au-delà de 20°C, - 50 % pour la durée de vie par tranche de 10°C pour les batteries Plaques Planes, - 30 % pour les plaques tubulaires).
La tension de charge variant avec la température, les batteries gel peuvent être doublement affectées si le chargeur et/ou le régulateur de charge n'est pas équipé d'une compensation en température. Cette compensation n'est généralement indispensable que si la température des batteries varie en dehors d'une plage définie par le fabricant (15°C - 35°C pour Sonnenschein).
- Nécessite un chargeur et/ou un régulateur de charge adapté, avec compensation en fonction de la température.
Laquelle choisr : AGM ou GEL ?
A la lecture comparée de notre présentation, beaucoup d'entre vous se posent la question.
Difficile de répondre définitivement tant les cas d'utilisation, de charge et des équipements amont ou aval des batteries peuvent être différents sur chaque bateau.
Nous nous contenterons de constater que la quasi-totalité des shipchandlers ne proposent maintenant que des batteries AGM, tant pour les servitudes que pour le démarrage...
AUTRES TYPES de BATTERIES
Les batteries Cadnium Nickel
Ces batteries étaient utilisées massivement pour l'alimentation d'équipements nomades et même pour certaines batteries de voitures hybrides (Toyota).
On les nomme quelquefois "batteries alcaline".
La plaque négative y est en Cadnium et la plaque positive en Nickel.
L'électrolyte est à base de potasse caustique et sa densité reste stable au cours des cycles de charge/décharge..
Le bac est en acier ou en plastique.
On les reconnaît facilement au fait que chaque cellule a une ddp de 1,2 Volts.
Elles présentent l'avantage de pas être sensibles aux sous-charges et aux sur-charges.
De plus, elles sont réputées pour avoir une espérance de vie du double d'une batterie plomb classique.
Par contre elle subissent un effet mémoire significatif et finissent par inverser leur polarité en décharge profonde prolongée.
Les batteries Plomb/ Carbone
En ajoutant un additif de carbone dans les plaques de plomb, on est sensé améliorer la circulation de l'énergie dans la batterie.
Les batteries au Silicone (ALS)
 Les batteries Silicone à décharge profonde ALS (développées par Aquamot) sont des batteries de traction dont la technologie permet d'accroître la durabilité et les performances par rapport aux batteries classiques AGM et GEL.
Technologie
Dans les batteries ALS, l'électrolyte est un gel silicone, qui leur assure d'opposer une résistance interne plus faible, et donc des pertes en chaleur (pertes Joule) moindres, ce qui entraîne un gain de longévité et de sécurité.
Elles sont présentées comme étant robuste, très fiable, souple d’utilisation et plus économique (nombre de cycles plus important).
Tableau comparatif
| Type de batterie |
Plomb « classique» |
AGM |
Silicone |
| Nbre cycles charge/décharge à 50% |
300 |
600 |
950 |
| Température d'utilisation |
-10°C à +40°C |
-10°C à +40°C |
-25°C à +60°C |
| Autodécharge |
5 % mois |
3 % mois |
- de 2 % par mois |
| Durée vie théorique à 20°C |
5 à 8 ans |
10 ans |
15 ans |
| Garantie |
1 an |
1 an |
2 ans |
Ce tableau reste théorique, et pas toujours conforme à la réalité !
Prix (en HT)
- 12 V/ 85 Ah (poids 26 kg) : 229 €
– 12 V/ 105 Ah (poids 30 kg) : 269 €
- 12 V/ 115 Ah (poids 33 kg) : 299 €
– 12 V/ 145 Ah (poids 42 kg) : 389 €
– 12 V/ 200 Ah (poids 59 kg) : 539 €
– 12 V/ 260 Ah (poids 77 kg) : 679 €.
Recharge des ALS
Tous les chargeurs dédiés aux batteries AGM peuvent recharger les batteries silicone ALS.
Il existe cependant des chargeurs haute-fréquence HFS et HFM, censés optimiser les recharges.
Existent en 12, 24, 36 et 48 V et avec une intensité de 10 à 50 A.
Compter entre 239 € et 1199 € (HT)
La FAMILLE des BATTERIES LITHIUM
Les batteries Lithium-Ion
Définition
Un accumulateur Lithium est une technologie de stockage d'énergie de la famille des accumulateurs électrochimiques, dont la réaction est basée sur le Lithium (métal alcalin de symbole " li", situé dans le premier groupe du tableau périodique des éléments).
Ressources et réserves
- Une batterie Lithium, ne comprend finalement que 1 % de Lithium, contrairement à ce que l'on en pense,
- Il faut compter environ 3 kg de Lithium pour construire une batterie de 10 kWh,
- Le lithium est recyclable à 95 %,
- les réserves de Lithium sont estimées à 11 millions de tonnes par l’US Geological Survey (USGS). De récentes découvertes en Argentine et aux Etats-Unis permettraient d'extrapoler ces réserves à 16 millions de tonnes métriques. Le taux de récupération du lithium est d’environ 50 % ce qui laisse environ 8 millions de tonnes exploitables pour l’industrie.
- Les plus importantes réserves de lithium, entre 60 et 70 %, sont situées en Amérique du Sud et plus particulièrement en Bolivie (le Salar d’Uyuni est le plus vaste désert de sel au monde et il contient un tiers des réserves de lithium de la planète).
A savoir que le lithium est 6 fois plus disponible que le Cobalt et il en faut 3 fois moins par batterie, donc sa disponibilité pratique est 12 fois celle du Cobalt, qui lui, devient encore plus rare et plus cher...
Intérêt
- des batteries moins lourdes et plus petites
Cette technologie offre actuellement (au moment de la rédaction de cet article) la plus forte énergie spécifique (rapport énergie / masse de l'ordre de 100 à 260 W/ kg) ainsi que la plus grande densité d'énergie (énergie / volume).
- des batteries plus durables
Les batteries au Lithium peuvent fonctionner jusqu'à 15 ans (aéronautique, véhicules électriques ou hybrides, systèmes de secours). Les satellites Galiléo sont d'ailleurs équipés de batteries Li-Ion SAFT d'une durée de vie vérifiée de 12 ans.
Un peu de technique
On distingue la technologie :
- Lithium-Métal où l'électrode négative est composée de lithium métallique,
- Lithium-Ion (Li-Ion), où le lithium reste à l'état ionique grâce à l'utilisation d'un composé d'insertion aussi bien à l'électrode négative (généralement en graphite) qu'à l'électrode positive (dioxyde de cobalt, manganèse, phosphate de fer...).
Contrairement aux autres technologies, les accumulateurs Li-ion ne sont pas liés à un couple électrochimique. Tout matériau pouvant accueillir en son sein des ions Lithium peut être à la base d'un accumulateur Li-Ion.
D'où le grand nombre de variantes de cette technologie...
- Lithium-Polymère (Li-Po), une variante d'accumulateur Lithium-Ion.
|
CARACTERISTIQUES PRINCIPALES des BATTERIES LITHIUM (*)
|
| Energie / Poids |
Entre 100 et 200 Wh/kg |
| Energie / Volume |
Entre 200 et 400 Wh/L |
| Rendement charge / décharge |
99,9 % |
| Autodécharge |
De 4 à 8 % par mois
|
| Durée de vie |
Maximum testé : 12 ans |
| Nombre de cycles de charge |
Entre 800 et 3.000 |
| Tension nominale par élément |
3,6 V ou 3,7 V par élément |
* Les fourchettes indiquées s'expliquent par les variantes dans la conception de ces batteries.
Dans le cadre d'une utilisation régulière, il est préférable de ne pas décharger ces batteries au-delà de 80 % de leur capacité ; les 20 % restants sont considérés comme une sécurité, un peu comme la réserve d'un réservoir de carburant.
Avantages des accumulateurs Li-Ion
- Possèdent une haute densité d'énergie pour un poids plus faible, grâce aux propriétés physiques du Lithium (très bon rapport poids/potentiel électrique). Ces accumulateurs sont donc très utilisés dans le domaine des systèmes embarqués.
- un taux d'autodécharge (de 1 à 10 % par mois selon conditions et technologies),
- pas de maintenance,
- aucun effet mémoire.
Inconvénients des accumulateurs Li-Ion
- profondeur de décharge : ces batteries s'usent moins vite lorsqu'elles sont rechargées tous les 10 % que lorsqu'elles le sont tous les 80 %.
- courants de charge et de décharge admissibles plus faibles qu'avec d'autres technologies.
- nécessitent quelques précautions dans leur manipulation.
Attention !
Comme pour tous les accumulateurs mal utilisés, cette technologie présente des dangers potentiels ; notamment, ces batteries peuvent se dégrader en chauffant au-delà de 80°C en une réaction brutale et dangereuse.
Il faut donc :
- Ne jamais mettre en court-circuit l'accumulateur, inverser les polarités, surcharger ou percer le boîtier.
- que les batteries soient toujours équipées d'un circuit de protection empêchant une charge ou une décharge trop profonde (BMS), d'un fusible thermique et d'une soupape de décharge.
- que la charge respecte des paramètres précis,
- que les éléments ne descendent jamais en-dessous de 3 V.
Les batteries Lithium-Polymère
Il s'agit en fait d'une appellation commerciale du "Lithium-Ion-Polymère" où l'électrolyte est un polymère gélifié.
Les batteries Li-Po (ou "Li-Poly") utilisent un principe de fonctionnement semblable aux batteries Li-ion et ont des caractéristiques proches, tout en présentant quelques différences.
Avantages des Li-Po par rapport aux Li-Ion
- les Li-Po peuvent prendre des formes fines et variées,
- les Li-Po peuvent être déposées sur un support flexible,
- poids allégé (le Li-Po permet d'éliminer l'enveloppe de métal lourde),
- les Li-Po sont plus sûres que les Li-Ion (plus résistantes à la surcharge et aux fuites d'électrolytes),
- les Li-Po autorisent plus de cycles de vie.
Inconvénients des Li-Po par rapport aux Li-Ion
- densité énergétique un peu plus faible que les Li-ion de génération précédente,
- les Li-Po sont un peu plus chères que les Li-Ion classiques,
- les charges sont soumises à une procédure stricte sous peine de risque d'inflammation.
Une batterie Lithium-Polymère n'est pas plus dangereuse qu'une autre batterie rechargeable dès lors qu'elle est de bonne qualité et utilisée correctement.
Attention :
Certaines batteries Li-Po sont vendues sans circuit de protection (BMS) et doivent donc être utilisées avec une grande précaution, car elles ne sont protégées ni contre les sous-charges, les surcharges et en température...
Notre avis
En 2021, les prix du kiloWatt/heure se situaient autour de 125 dollars (environ 105 €), pour les dernières générations de batteries au Lithium, grâce à l'augmentation considérable des capacités de la production destinée aux voitures électriques, notamment ; cela explique en partie la baisse des coûts, l'autre raison étant les modifications dans la chimie et la conception des batteries.
Les coûts des batteries devraient encore diminuer, et selon Venkat Viswanathan (professeur associé en génie mécanique à l'Université Carnegie Mellon) les prix devraient descendre jusqu'à 80 dollars par kiloWatt/heure à court terme.
Les éléments indispensables à la bonne gestion d'une batterie Li-Po
Un système d'accumulateurs Li-Po doit impérativement comporter les composants suivants : un BMS, un PCM, un équilibreur et un chargeur dédié.
Le BMS (Battery Management System)
Il gère la charge et la décharge de la batterie car il ne faut jamais charger un élément "Li-Po" à plus de 4,20 V et le décharger au dessous de 2,5 V.
Ce composant BMS est capital sur une batterie Li-Po et sa qualité est essentielle à la durée de vie de ces accumulateurs très technologiques.
Le PCM (Protection Circuit Module)
Il s'agit d'un module lié à chaque cellule qui contrôle en permanence leur tension.
En cas de dépassement des seuils haut (4,2 V) ou bas (2,5 V), le PCM envoie un signal de coupure au BMS.
Equilibreur
En cas de déséquilibre de tension entre éléments d'une même batterie, c'est l'élément de tension la plus basse qui déclenche l'arrêt de la décharge, même si les autres éléments contiennent encore suffisamment d'énergie.
Plus ce déséquilibre s'accentue, plus l'énergie globale disponible de la batterie diminue.
Le remède consiste à ramener tous les éléments à la même tension.
C'est le rôle de l'équilibreur de décharger les éléments les plus pleins pour se caler sur la tension de l'élément le plus faible.
Une fois ces tensions rééquilibrées, la charge de l'ensemble de la batterie peut continuer.
Les batteries Li-Ion industrielles
Il existe des accumulateurs Li-Po industriels de grande puissance qui sont très stables et performants, grâce à une chimie plus travaillée, une gestion électronique poussée et un système d'équilibrage élaboré des éléments. De plus en plus d'industriels ainsi que les militaires, utilisent des batteries Li-Po dans de nombreux systèmes nécessitant des systèmes de stockage d'énergie nomades performants.
Contrairement aux produits grand public (qui s'usent même quand on ne s'en sert pas !), les batteries Li-Po industrielles sont mieux protégées et présentent bien moins de risques de corrosion interne induisant une augmentation de la résistance fatale ; d'où :
- une bonne sécurité et une fiabilité vérifiée,
- une élévation de température inférieure à 30°C au cours d'un cycle.
- une durée de vie largement supérieure à 5 ans avec un nombre de cycles entre 800 et 1200.
Les batteries Li-Po industrielles
La firme KOKAM fabrique depuis longtemps des batteries pour les modèles réduits (voitures, bateaux, avions) ainsi que pour les téléphones portables, caméscopes, PDA, ordinateurs portables...
Cette entreprise a mis au point une technologie spécifique (the Superior Lithium Polymer Battery, SLPB) qui est utilisée dans un grand nombre de véhicules électriques : vélos, scooters, bateaux, voitures, avions légers et ULM.
Comment stocker une batterie Lithium ?
Bien que plus résistant que les autres technologies, les batteries lithium doivent être entretenues afin d'obtenir la plus grande durée de vie possible.
C'est pour cela qu'en cas de stockage durant une longue période (par exemple pendant les mois d'hiver), il est important de respecter quelques règles :
- votre batterie ne doit pas être stockée entièrement chargée ou entièrement déchargée, stockez-la idéalement entre 40 et 60 % de charge.
- mettez-la en charge pendant 30 à 45 minutes tous les 2 mois afin de faire bouger le lithium et ne pas le laisser dans un état statique.
Les batteries Lithium "LiFePO4"
Ces batteries sont des accumulateurs électrochimiques Lithium Fer Phosphate dont la cathode est constituée de phosphate de fer lithié (un phosphate mixte de fer et de lithium) d'où leur dénomination chimique de LiFePO4.
Il s’agit d’un matériau bon marché ne nécessitant pas de métaux rares dans son procédé de fabrication et dont l’anode est composée de graphite.
Un peu de technique
La cathode (phosphate de fer lithié) et le collecteur aluminium constituent le pôle positif de l’accumulateur.
L’anode est en graphite avec un collecteur en cuivre et constitue le pôle négatif.
L’électrolyte est un polymère gélifié à fluorite de polyvinyle rappelant celui des batteries gel.
Pendant la charge, la destruction progressive de la cathode en LiFePO4 entraîne la formation de graphite à l’anode,
Pendant la décharge, le processus est inversé : le flux d’ions Li+ de la cathode vers l’anode à travers le polymère génère une tension de 3,3 V.
Enfin, les éléments sont groupés par 4, 8 ou 16 éléments pour créer des packs en 12, 24 ou 48 V.
Avantages
- La cathode très stable ne dégage aucun oxygène risquant de s’enflammer une fois combiné avec le lithium, (ce qui n'est pas le cas avec d'autres familles de batteries Lithium).
- un excellent rapport encombrement/capacité,
- une décharge totale possible sans dommages,
- une recharge rapide sans dommages,
- un excellent rapport poids/capacité,
- une durée de vie (3000 à 4000 cycles),
- des décharges de forte intensité sans dommages,
- une insensibilité à la température.
Inconvénients
- un prix encore élevé : 8 à 12 €/Ah (pour les modèles avec BMS intégré),
- l'obligation de les équiper d'un BMS (Battery Managing System) à cause de leur forte sensibilité aux intensités de charge et décharge,
- l'obligation d’utiliser un chargeur secteur spécifique à ce type de batteries.
Batterie Lithium Pylontech + 50 - 2,4 kWh
Sous forme de racks dont on peut mettre plusieurs unités en parallèle.
| Tension nominale (V) |
48 |
| Capacité nominale (Ah) |
50 |
| Dimensions (mm) |
440*410*89 |
| Poids(Kg) |
24 |
| Tension de décharge(V) |
45 ~ 54 |
| Tension de charge (V) |
52.5 ~ 54 |
| Puissance de décharge maximale (kW) |
5kW@1Min |
| Puissance de charge maximale (kW) |
5kW@1Min |
| Communication |
RS232, RS485, CAN |
| Température |
0℃~50℃
-10℃~50℃ |
| Température de l'étagère |
-20℃~60℃ |
| Certification |
TÜV / CE / UN38.3 / TLC |
| Durée de vie |
10+ Years (25℃/77℉) |
| Nombre de cycles de rechargement |
>6000 (25℃, 90% DoD) |
Prix
Rack 2,4 kWh : 1 052 €
2 racks : 2.104 €
3 racks : 3.156 €.
4 racks : 4.208 €.
Distribué par Wattuneed et quelques autres enseignes.
Mais on peut en trouver beaucoup moins cher en les commandant directement en Chine, si l'on tire un trait sur le SAV.
Batterie Epropulsion lithium LiFePO4 E-Series
Existe en trois puissances : 2 kWh, 4,1 kWh, 8,9 kWh.
| Type de batterie |
Lithium fer phosphate |
| Tension nominale |
51.2 V |
| Capacité |
2048 Wh / 40 Ah |
| Durée de vie |
3000 cycles à 80 % de décharge profonde |
| Poids |
28 kg |
| Dimensions |
42 x 39 x 20.7 cm |
| Type de borne |
M8 |
| Tension de coupure |
41.6 V |
| Tension de charge finale |
57.6 V |
| Courant de décharge continue max. |
40 A |
| Connexion en série |
non autorisé |
| Connexion en parallèle |
jusqu'à 16 |
| Configuration des cellules |
16S1P |
| Chargeur * |
chargeurs Epropulsion 10A ou 20A |
| Temps de charge |
5 hrs (chargeur 10A) - 2,5 hrs (chargeur 20A) |
| Température de charge |
0°C à 55°C |
| Température de décharge |
-10°C à 55°C |
| Position de montage |
horizontale ou verticale |
| Communication |
Disponible: CAN-Bus pour parallèle, RS485 pour
moteurs Epropulsion. N/A: NMEA 2000 |
| Classification d'expédition |
UN3480, Class 9, UN38.3 Certifié |
| Système de gestion de batterie |
oui |
| Certification |
CE, CCS |
| Garantie (usage non commercial) |
2 ans |
Attention !
Les batteries E-series doivent être chargées avec les chargeurs Epropulsion uniquement.
Prix
Modèle E40 : 1.299 €
Modèle E80 : 2.099 €
Modèle E175 :4.099 €.
Distribué par MIDIF.
Le recyclage des batteries Lithium
Par la méthode de la pyrométallurgie, les déchets d’accumulateurs lithium sont introduits dans un four afin de séparer les métaux par condensation.
Trois produits en ressortent :
- les laitiers qui vont servir de remblais routier et à la fabrication de laines de roche ;
- les métaux ferreux que l’on retrouve en coutellerie de luxe, dans les disques de frein des TGV et dans les barres anti-stationnement, par exemple ;
- les résidus non ferreux à affiner.
Frédéric Salin (directeur marketing et commercial de la SNAM, entreprise française de recyclage de batteries de voitures électriques ou hybrides), a déclaré :
« L’exigence française est de recycler 50 % d’une batterie lithium ion, détaille le cadre. Nous recyclons plus de 70 %. » Quant aux batteries rechargeables Nickel-Metal Hydrure, là aussi la norme est de 50 %, mais c’est plus de 75 % de la batterie qui sont récupérées.
Quid des 20 % à 30 % restants ? « Ils sont détruits, brûlés et à la fin il reste 2 % qui sont enfouis.
Oui, nous avons un impact sur l’environnement mais nous travaillons pour le limiter au maximum. »
Les chargeurs Lithium
Ce type de batterie exige également des chargeurs spécifiques, permettant l'équilibrage et la gestion des cellules (BMS).
Il est d'ailleurs conseillé de recharger ses batteries immédiatement après la décharge, afin de toujours les stocker chargées (sauf en cas de longue période d'inutilisation).
Pour indication, avec les cellules Li-Po industrielles, la recharge complète d'une batterie de 3 kWh ne prend qu'1h30. Les batteries sont utilisables tout de suite après recharge.
Le chargeur doit être spécialement dédié à la charge des batteries Li-Po. La charge se fait à intensité constante jusqu'à obtenir une tension de 4,2 V par élément, puis elle se poursuit à tension constante jusqu'à ce que l'intensité de charge passe en dessous de C/20 (le vingtième de sa capacité nominale).
Pour les cellules LiPo industrielles, la charge peut intervenir immédiatement après utilisation. La recharge complète d'une batterie de 3 kWh prend 1h30. Les batteries sont utilisables tout de suite après recharge.
Remarques générales
La question est souvent posée : faut-il laisser les batteries en charge (branchées sur un chargeur 220 V) en permanence lors d'une période longue d'inutilisation (hivernage par exemple) ?
- Sauf à avoir un système de charge autonome (photovoltaïque ou éolienne de bord avec gestion intelligente de la charge) il vaut mieux recharger en surveillant pendant une demi-journée chaque mois ses batteries, que de les laisser en charge permanente ; en effet, outre une consommation électrique importante, cela risque d'exposer votre bateau à l'électrolyse (coque et/ ou groupe propulseur), et à des accidents électriques.
- Il faut cependant prendre en compte qu'une batterie a "une durée de vie" exprimée en nombre de cycles pour un taux de décharge donné, et que la recharge permanente érode le "capital cycles" de la batterie.
L'avenir des batteries Lithium
De nouvelles technologies de batteries ayant une énergie massique bien supérieure aux Li-Po sont actuellement en cours d'essai dans les laboratoires, et en phase de pré-industrialisation pour certaines.
| COMPARATIF CAPACITES TECHNOLOGIES ACCUMULATEURS |
| Technologies disponibles |
Energie massique en Wh/kg |
| Plomb (Pb) |
30 |
| Nickel - Cadmium (Ni-Cd) |
50 |
| Nickel – Zinc (Ni-Zn) |
80 |
| Sodium – Chlorure de Nickel (Na-NiCl) |
85 |
| Lithium – Ion (Li-Ion) 1ère génération / 1992 |
90 |
| Sodium - Soufre (Na-S) |
107 |
| Lithium Métal Polymère (LMP) / 2004 |
110 |
| Lithium – Polymère (Li-Po) 1ère génération |
120 |
| Lithium – Ion (Li-Ion) 2ème génération / 2000 |
150 |
| Lithium – Polymère (Li-Po) 2ème génération |
170 |
| Technologies en cours de développement |
Energie massique en Wh/kg |
| Zinc - Argent |
200 |
| Lithium - Manganèse |
300 |
| Lithium - Soufre |
300 |
| Lithium - Vanadium |
350 |
| Poudre de céramique aluminium |
680 |
Les recherches s'intensifient ces dernières années avec le développement des motorisations électriques...
La batterie Lithium-Air (ou Lithium-Oxygène), qui utilise l'oxygène de l'air pour fonctionner, pourrait apporter une avancée technologique majeure.
En effet sa densité d'énergie peut potentiellement atteindre 5 kWh/kg, et en pratique (vérifiée en labo), mesurée autour de 1,7 kW/kg.
Ce serait donc environ 10 fois mieux que les modèles actuels !
Comparatif des énergies massiques de batteries (mai 2009).
Mise au point
Contrairement à ce qui est colporté dans les campagnes de dénigrement des VE et de leurs batteries LIthium, les batteries Li-ion ne contiennent pas de terres rares !
Certes, elles contiennent du lithium, du cobalt et du nickel, mais comme indiqué plus haut, ces métaux ne sont pas des terres rares et ne posent pas les mêmes problèmes.
Par contre, le raffinage du pétrole et les pots catalytiques des voitures thermiques qui, eux, ne peuvent pas se passer de terres rares figurent parmi les plus gros consommateurs. Comme d’ailleurs de nombreux appareils électroménagers, technologiques ou industriels qui, bizarrement, et à l’inverse des véhicules électrique n’ont, eux, jamais été montrés du doigt ?!
Enfin, une liste établie en 2017 par l’U.E. montre que seulement 40 % des terres rares importées en Europe viennent de Chine ; les Etats-Unis (34 %) et la Russie (25 %) se répartissant le reste. Imputer les problèmes environnementaux posés par l’exploitation de terres rares en Chine aux véhicules électriques est donc absurde d'autant plus que leurs conditions d'extraction ne sont pas pires que celles du charbon ou d'autres ressources minières.
Les PROCHAINES BATTERIES...
Les batteries silicium/ graphène
Qu'est-ce que le graphène ?
Si on commence à bien connaître le silicium, il n'en est pas de même du "graphène".
Ses propriétés prometteuses alimentent une activité grandissante dans la recherche technologique.
A tel enseigne qu'en 2015, la Commission européenne a décidé de miser un milliard d'euros sur 10 ans pour développer les projets scientifiques relatifs aux applications liées à ce matériau.
Propriétés du graphène
Dans son usage de "réservoir à énergie électrique", le graphène permettrait :
- un temps de chargement considérablement réduit,
- une durée de vie bien plus importante qu'une batterie classique : 5.000 rechargements en moyenne contre 1.200 pour les technologies précédentes,
- une ressource plus disponible que le Lithium.
En savoir plus sur le graphène
Connu depuis 1945, le graphène n’a pu être extrait du graphite qu'en 2004 par Andre Geim, physicien néerlandais d’origine russe attaché au département de physique de l’université de Manchester (Grande-Bretagne).
Pour cette découverte, ainsi que les propriétés physiques et électrophysiques particulières qu’il a mises en évidence sur cette nouvelle forme cristalline du carbone, il a obtenu en 2010 le prix Nobel de physique.
Le graphène constitue l’élément structurel de base des nanotubes de carbone de forme cylindrique et des fullerènes, sphériques ; ces 2 derniers sont également exploités pour le segment des voitures électriques : les nanotubes de carbone dans les batteries, et les fullerènes en combinaison de l’hydrogène pour transporter ce dernier avant exploitation dans une pile à combustible.
Les recherches sur les applications du graphène et de ses composés sont encore très récentes, mais elles annoncent des capacités extraordinaires de stockage de l’énergie qui va les rendre incontournables.
Extraction
Ce composé se trouve à l’état naturel dans les cristaux de graphite et l'on connaît aujourd'hui plusieurs méthodes pour l’en extraire :
- par arrachages successifs de très fines couches,
- par échauffement sous vide et à très haute température de carbure de silicium,
- par décomposition catalytique à haute température d’un gaz carboné sur un métal,
- par oxydation dans un milieu acide.
Usages
Une excellente capacité de stockage et à échanger les ions, une très bonne conductivité qui limite l’échauffement, la finesse des feuilles du matériau, sont autant de propriétés qui permettent d’envisager l’exploitation du graphène, aussi bien pour les supercondensateurs (ou supercapacités) utilisés pour recevoir rapidement et restituer de grandes quantités d’énergie, que pour des batteries à temps de rechargement très courts qui pourraient, soit être bien plus petites pour une même autonomie, soit d’une taille similaire mais assurant un rayon d’action 4 à 10 fois plus élevé.
En outre, ces accumulateurs-graphène auraient une durée de vie supérieure à celle des batteries lithium.
Depuis 2017, la société espagnole Graphenano, par l’intermédiaire de sa filiale Grabat-Energy, communique sur sa production de batteries au graphène capables de stocker jusqu’à 1 kWh d’énergie électrique dans 1 kg.
Si cette piste prometteuse se traduit enfin par une production et une commercialisation, un grand pas sera fait dans la mobilité électrique.
Batterie à l'aluminium
Une équipe de l’université de Stanford développe une batterie en aluminium qui se rechargerait à 100 % en moins d’une minute tout en étant très sûre (pas de risque de prendre feu ni d’exploser). De même, elle pourait être rechargée 7 500 fois sans perdre de son efficacité, soit sept fois plus que les batteries plomb et 2,5 fois plus que les batteries Lithium.
Mais cette technologie semble pour l'instant plutôt réservée aux batteries de téléphone, puisqu'elle elle ne permet de stocker que 40 W/ kg, contre 100 à 260 W/ kg pour les batteries Lithium-ion !
Est-elle donc déclinable sur des unités de forte puissance, et pour l'usage de traction marine qui nous intéresse ?
Si ces "nouvelles races" de batterie tiennent leurs promesses, il s'agirait bien de l'ouverture de l'électrification à de très nombreuses applications...
Les batteries sodium-ion
La batterie sodium-ion, en est encore à sa phase de prototype ; elle est présentée comme plus durable que la lithium-ion, tout en se montrant de 2 à 5 fois plus puissante par unité de masse, ce qui autorise des charges beaucoup plus rapides (seulement 5 minutes) que pour les batteries lithium-ion actuelles.
En revanche au stade de développement de la technologie, la quantité d'énergie stockée par unité de masse est encore inférieure de 40 % aux meilleures lithium-ion, ce qui est sans doute un problème pour les voitures électriques intégrales, mais pourrait être suffisant pour les voitures hybrides.
Tiamat, une entreprise basée à Amiens travaille sur d'industrialisation de cette technologie issue d'un partenariat lancé en 2012 avec le CEA et le CNRS.
Cette nouvelle chimie de batterie présente néanmoins plusieurs avantages :
- le sodium est beaucoup plus abondant dans la nature et son extraction moins coûteuse que celle du lithium,
- de même, les électrodes de ce nouveau type de batterie, sont constituées d'aluminium recouvert côté cathode de sodium enrichi, et de carbone dur côté anode, quand la plupart des lithium-ion actuelles utilisent du cobalt,
- enfin, la batterie sodium-ion se montre beaucoup moins nuisible pour l'environnement.
Une nouvelle technologie !
Partout dans le monde, les chercheurs travaillent à perfectionner les performances des batteries destinés aux véhicules électriques comme vous avez pu le constater plus haut dans ce dossier.
Mais la majorité des avancées traitaient de « chimies » innovantes !
La plupart du temps, il s'agissait d'un effet d'annonce afin de mobiliser l'intérêt et donc l'argent d'éventuels actionnaires...
Mais une équipe des scientifiques allemands et néerlandais ne propose plus une nouvelle « recette » chimique, mais un procédé innovant dans la fabrication des cellules de batteries, appelé « Spatial Atom Layer Deposition », ou SALD, qui (appliquées aux VE) devrait permettre, selon ses concepteurs, de les doter d’une autonomie « largement supérieure à 1 000 kilomètres ».
La technologie actuellement utilisée par la plupart des fabricants de cellules lithium-ion consiste à mélanger la matière active des électrodes (composée de nickel, de manganèse et de cobalt pour la cathode, et de graphite pour l’anode) avec un solvant, puis de déposer le mix ainsi obtenu sur des feuilles métalliques conductrices. Celles-ci sont ensuite séchées dans des fours pour évaporer le solvant avant d’être enroulées ou empilées pour former les cellules.
Le procédé est relativement coûteux, énergivore, lent et impactant pour l’environnement à cause notamment du solvant utilisé.
SALD (procédé breveté) se fonde sur l’application sur un support de revêtements en couches ultra-minces (de l’épaisseur d’un atome !) pour la fabrication des électrodes des cellules de ces nouvelles batteries.
Développé conjointement par la société néerlandaise SoLayTec, l’institut allemand Fraunhofer et l’institut de recherche néerlandais TNO, la société SALD, basée à Eindhoven a été créée pour industrialiser et commercialiser cette innovation, qui pourrait changer la face de la mobilité électrique.
AVANT de SAUTER le PAS !
Le bon choix
Il convient de faire le bon choix (ou compromis) selon votre usage envisagé entre deux types de batteries :
- les "haute capacité",
- les "haute puissance".
| BATTERIES "haute capacité"
- Tension nominale : 3,7 V
- Tension maximale : 4,2 V
- Energie massique = 170 Wh/kg
- Capacité = 40 Ah
- Charge sous 1 C max
- Décharge sous 1 C en continu (3 C en pic) |
BATTERIES "haute puissance"
- Tension nominale : 3,7 V
- Tension maximale : 4,2 V
- Energie massique = 130 Wh/kg
- Capacité = 40 Ah
- Charge sous 3 C max
- Décharge sous 5 C en continu (10 C en pic) |
* C = capacité de charge nominale.
Précautions
L'énergie électrique n'est ni plus ni moins dangereuse que les carburants traditionnels, car un feu de bateau qu'il soit d'origine hydrocarbure ou électrique est toujours dévastateur !
Il suffit de respecter quelques règles basiques pour une utilisation en toute sécurité :
Pas plus qu'il ne vous viendrait à l'idée de fumer à proximité d'un réservoir d'essence, mettre une prise de masse lorsqu'on fait le plein ou utiliser un carburant inadapté et de mauvaise qualité… les utilisateurs de batteries de traction doivent respecter des règles simples :
- ordre correct des connexions,
- batteries de bonne qualité et homogènes (type, année, charge...) (*),
- vérifier le niveau d'électrolyte pour les batteries conventionnelles au plomb (**),
- absence de court-circuit,
- chargeur adapté,
 - connexions parfaites...
(*) Ne jamais jumeler des batteries de type et ancienneté différents au risque de voir en quelques heures la meilleure perdre sa capacité.
(**) La photo ci-contre correspond au résultat d'une batterie plomb rechargée de façon intensive alors que 2 de ses éléments (à droite) n'avaient plus suffisamment d'électrolyte...
Enfin, gardez à l'esprit que lors de la charge, il se crée une réaction électro-chimique (électrolyse), transformant une petite partie de l'eau contenue dans la batterie en gaz (hydrogène et oxygène) et qu'il s'agit d'un mélange explosif !
Conseils de bon sens
A moins que vous ayez le budget, faites vos armes avec de bonnes vieilles batteries traction au plomb dans un premier temps, quitte à tenter l'expérience des batteries AGM ou gel (proposées à un prix devenu plus abordable) plus adaptées en batteries de servitude ; en effet, les nouvelles batteries Lithium deviennent disponibles et non seulement leurs performances ont fait en immense bond en avant, mais leur prix va forcément continuer à chuter pour devenir enfin accessible aux bourses de la majorité des plaisanciers.
Mise à jour de 2020
Nous y sommes : les batteries lithium de 3éme génération sont sûres et abordables !
Une 100 Ah LipO4 en 12 V avec BMS et chargeur spécifique, directement commandée en Chine revient à moins de 350 €...
Merci à Electravia et à Emotor pour leurs données et graphiques.
La REGENERATION des BATTERIES
Il existe maintenant des centres de maintenance industrielle agissant dans le sens du développement durable, en régénérant les batteries.
Dans un premier temps la batterie est diagnostiquée à l'aide d'un testeur spécialisé qui met en évidence les anomalies, et indique si celle-ci est compatible avec une régénération.
Petit rappel
On ne peut recharger une batterie que si le sulfate de plomb qui recouvre les plaques reste au contact de ces plaques ; s'il est tombé au fond de la cuve, c'est fini !
Vous en conclurez également, qu'un maniement "délicat" de vos batteries déchargées évitera à cette couche de sulfate de plomb un décollement mécanique.
Applications
Batteries au plomb
C'est la sulfatation qui détériore avant tout les batteries au plomb.
Adapté aux batteries : stationnaires, marines, camion, auto (démarrage) ainsi qu'à toutes les batteries de tractions ou de chariot élévateur.
Permet de rénover les batteries de 24 V ou 48 V (ou 2 x 24 V en série), de capacité comprise entre 100 et 3000 Ah.
Une charge à très faible intensité (2 ou 3 A) pour une batterie d'environ une centaine d'Ampères peut la ranimer, mais si au delà de 24 heures, elle n'a pas recouvré 12,5 V, ce n'est pas la peine d'insister.
Voir également les autres opérations de récupération possibles dans la partie Astuces, plus bas sur cette page.
Batteries au Nickel
Les batteries au Nickel NiCD (Nickel Cadmium) ou NiMH (Nickel Metal-hydrure) subissent un phénomène de cristallisation interne qui se forme lorsque la batterie n'a pas été suffisamment déchargée. La cristallisation se matérialise par la formation de sulfate et devient permanente entre 3 à 4 mois après sa formation ; elle se traduit par une perte de capacité.
La régénération
Le processus de régénération consiste en l'envoi de micro-impulsions de forte puissance (jusqu'à 13 A) avec une tension max par élément de 2,6 V.
Cette action va réduire la résistance interne de la batterie et la ramener à la normale, ce qui permettra à la batterie d'être chargée normalement ensuite.
La pleine capacité de la batterie sera atteinte après quelques cycles de charges/ décharge.
La durée de cette opération va de 24 heures, pour une régénération d'entretien à 72 heures, pour une régénération de reconditionnement.
Résultats obtenus
- Restitue leur capacité originelle aux batteries sulfatées,
- augmente la durée de vie de la batterie qui peut même être doublée (en effectuant régulièrement une régénération d'entretien),
- assure une utilisation plus longue de la batterie entre deux charges,
- diminue le temps de charge (résistance interne réduite),
- réduit le nombre de cycles de charges pour un même rendement grâce à une charge plus complète à chaque recharge.
Intérêt écologique
- réduction des collectes et de la destruction des batteries,
- réduction des déchets à la fabrication comme à la destruction de batteries de remplacement,
- diminution importante de l'énergie grise nécessaire à la fabrication et au transport de nouvelles batteries,
- réduction du gaspillage des matières premières et des importations...
Cette démarche peut également être entreprise pour l'entretien préventif et la maintenance de vos batteries de démarrage, de servitude ou de traction.
Tarifs
C'est également l'occasion de réduire les coûts de renouvellement de votre parc de stockage d'énergie.
- la régénération de batterie garantie 12 mois se facture à 40 % du tarif de la batterie neuve,
- la régénération de batterie garantie 24 mois se facture à 55 % du tarif de la batterie neuve.
Vous avez également la possibilité d'acheter ces équipements, mais ce n'est pas donné * (417 € pour le testeur, 1799 € pour le désulfateur, 5889 € pour le régénérateur pro).
* il s'agit de prix indicatifs.
Les petits régénérateurs / désulfateurs de batteries
Compte-tenu d'une demande en augmentation et des prix dissuasifs constatés tant des appareils que des traitements professionnels, quelques firmes se sont lancées dans l'étude et la commercialisation de petits montages électroniques sensés obtenir le même résultat.
Principe
Ces appareils proposent d'augmenter la durée de vie des batteries solaires, stationnaires, marines... en émettant des impulsions électrique réglées sur la fréquence de résonance du sulfate de plomb pendant un certain nombre d'heures (en fonction de l'état et de la puissance de la batterie).
L'effet de ce traitement va dissoudre les cristaux qui sont déposés sur les plaques intérieures de la batterie.
En d'autres termes, le "pulseur" éviterait la cristallisation du sulfate tout en "détruisant" les cristaux qui auraient tendance à se reformer à la décharge.
Pour compléter cette désulfatation, il est prévu d'ajouter à l'électrolyte un agent de nettoyage chimique (SULFASODIUM) par exemple.
Particularité
L'originalité de ce dispositif est d'être branché et installé à demeure (avec un adhésif double face fourni) sur la batterie en cours d'usage ; ainsi, plutôt que de désulfater la batterie lorsqu'elle est à genoux, cette opération est réalisée régulièrement pendant le temps où la batterie n'est pas sollicitée électriquement.
La régénération est donc entièrement automatisée et sans intervention particulière.
Caractéristiques techniques
- Entrée voltage : 11,5 – 17 V
- Plage de courant de sortie : 1,6 A (pk)
- Plage de fonctionnement : 12,5 V
- Indicateur de fonctionnement : LED verte
- Indicateur de faible voltage : LED rouge
- Dimensions : 25 mm x 78 mm x 60 mm
- Protection inversion polarité
- Protection court-circuit : 3 A autoreset
- Type connexion : cosses UL1015.
Limites
Les limites indiquées par le fabricant sont les suivantes :
- pour batterie de moins de 10 ans,
- inefficace pour les batteries ayant des cellules "court-circuitées" (définitivement HS),
- inefficace pour les batteries dont le voltage ne dépasse plus 10,5 Volts après recharge,
- déconseillé fortement sur des batteries dont le boîtier est endommagé (fissures, bombage), ou avec des batteries dont l’électrolyte a gelé.
Prix
Sur Internet : environ 40 €.
Notre avis
Au prix du remplacement des batteries ou de leur régénération professionnelle, l'appareil a l'air intéressant et économique, mais comme nous n'avons pas encore eu l'occasion de le tester, il est difficile d'émettre un avis sur la réalité des résultats avancés, ainsi que sur leur durée dans le temps.
Il nous semble cependant, présenter une puissance de choc d'impulsion un peu faible avec les batteries utilisées en marine (souvent de capacité supérieure à 100 Ah) et demanderait de multiplier l'achat lorsqu'on est équipé d'un parc de plusieurs batteries en servitude (installation photovoltaïque par exemple).
Enfin, ne vous attendez pas à des miracles, car lorsque les dépôts de fond de cuve sont importants, les plaques sont définitivement en court-circuit !
Retour des internautes
De manière générale, la majorité des retours d'expérience consultés sur les forums indiqueraient une efficacité "toute relative".
Astuces
On voit parfois sur certains fils de forum évoquée une méthode pour récupérer une batterie sulfatée (si évidemment elle n'est pas en court circuit !) ; elle consiste à :
- la vider de son electrolyte,
- de le remplacer par de l'eau distillée,
- de la charger lentement.
Au fur et à mesure que le sulfate se réduit, le taux d'acide remonte et l'électolyte se recrée.
il est peut-être nécessaire de refaire cette opération plusieurs fois.
Notre avis
Nous avons tenté l'expérience sur une batterie de 90 A.
Au bout de plusieurs jours de charge (à 5 A car au delà, le chargeur se mettait en sécurité) selon cette méthode, le maximum obtenu a été 8,5 V et 15 A.
Le fait de rajouter de l'acide à concentration normale dans une batterie sulfatée dont le taux d'acide a baissé aboutit au résultat inverse ; en ce cas vous l'achevez irrémédiablement.
Autre corolaire de cet effet : on peut augmenter la durée de vie d'une grosse batterie utilisée à faible puissance en remplaçant une partie de l'électrolyte par de l'eau distillée pour diminuer sa concentration en acide.
Prolongement des batteries AGM
De même, il est paraît-il, possible de doubler la durée de vie des batteries AGM, en les rechargeant en électrolyte, après avoir démonté leur couvercle.
Voici en détail la procédure sur des batteries Effecta de 100 Ah, après 7 ans de service.
Au moment de l'opération, la batterie titre encore 12 V, mais ne tient plus la charge :
1) dessertissage de la bande plastique de protection des cellules.
2) ouverture des capuchons caoutchouc bouchant les évents des cellules. Un "pschitt" caractéristique de l'équilibrage de la pression, se fait entendre.
3) recharge en eau distillée du niveau d'électrolyte de chaque cellule, à l'aide d'un petit entonnoir.
4) pesage éventuel de l'électrolyte pour vérifier sa concentration et ajout d'acide, si nécessaire.
5) rebouchage des events des cellules,
6) remise d'une bande de protection,
7) charge de la batterie.
Malheureusement, le résultat n'est pas au rendez-vous !
Mais peut-être n'avons-nous pas réalisé les opérations dans les règles de l'art...
L'HIVERNAGE des BATTERIES
Autant les propriétaires de bateaux n'oublieront pas d'hiverner leur moteur et leur circuit d'eau sanitaire, autant beaucoup d'entre eux ne savent pas précisément comment s'occuper de leurs batteries hors saison.
Certains les enlèvent et leur font passer l'hiver dans une pièce tempérée.
Lorsqu'il s'agit de batteries plomb de 60 kg, c'est généralement vite vu !
Est-ce vraiment mieux que de les laisser à bord ? Ce n'est pas forcément le cas.
Ce qui intervient plus, c'est de les recharger environ tous les mois pendant une quinzaine d'heures, et bien sûr avec un chargeur adapté et réglé sur le type de batterie et à sa capacité.
A savoir
- Une batterie déchargée risque plus facilement d'avoir son électrolyte qui gèle.
pour repère, l'électrolyte d'une batterie plomb déchargée gèle à partir de -7°, alors que cette limite passe à - 50° lorsqu'elle est bien chargée.
- Par contre, une batterie Lithium, ne doit pas être hivernée avec une charge supérieure à 40 à 60 %.
Attention
La recharge d'une batterie au plomb dégage une quantité importante d'hydrogène ; il faut donc ne pas l'effectuer dans un local sans ventilation et ne pas engager d'activité susceptible de provoquer des étincelles avant une aération complète.
Quelques généralités à connaître
1 - Ne pas hésiter à regarder la date de fabrication (généralement codée et cachée au milieu du numéro de lot) de la batterie que vous achetez ; en effet, elle se décharge (autodécharge) même si l'on ne s'en sert pas ! Si elle traîne depuis un moment chez votre revendeur, elle risque de ne plus être très en forme :
* en dessous de 12,6 V, elle perdra en efficacité et en durée.
* en dessous de 12,45 V, (plus que 60 % de sa capacité d'usage) elle ne retrouvera jamais sa pleine capacité.
2 - un des ennemis des batteries est leur augmentation de température :
* stockée à 30° C, elle se déchargera 2 fois plus vite qu'à 20° C,
* chaque augmentation de 10° C multiplie par 2 l'auto-décharge.
3 - le bon état des éléments électriques du bateau (alternateur, chargeur, câblerie, démarreur ...) va bien entendu participer à la longévité et au maintien des performances de vos batteries.
Une proposition
Un avenir durable amènerait à fabriquer et distribuer des batteries démontables.
En effet, dans une batterie, il n'y a qu'une partie des plaques qui s'use, l'autre étant comme neuve.
Ainsi, lorsqu'une batterie aurait perdu un peu de sa matière active, on pourrait :
- la vider de son électrolyte, en le réservant,
- la nettoyer de l'intérieur en enlevant la boue de sulfate de plomb accumulée au fond,
- remplacer la ou les plaques les plus "rongées" par l'acide,
- réintroduire l'électrolyte.
Une batterie ainsi traitée retrouverait un nouvel usage, même si sa capacité diminuerait un peu.
Une anticipation d'un circuit de réemploi plus élaboré permettrait dès la conception de pouvoir changer les plaques de plomb en échange standard.
Forum
Vos dossiers sont intelligents et documentés et je dois commencer par vous en féliciter. J'ai particulièrement apprécié votre mise au point sur les "Terres Rares" qui font grande polémique actuellement pour culpabiliser les utilisateurs de batteries Lithium.
La véritable rareté c’est celle des énergies fossiles dont les réserves seront épuisées avant la fin du siècle. Ce sont elles qui posent les vrais problèmes environnementaux, sanitaires, climatiques, et géopolitiques, tuent des centaines de milliers de personnes par les émissions de particules fines et de gaz à effets de serre qui provoquent, déjà aujourd’hui, cyclones, ouragans, inondations ou sécheresses catastrophiques partout dans le monde.
Les marées noires et les forages en eaux profondes ou dans les zones polaires ravagent les écosystèmes littoraux et maritimes. L’extraction de pétrole dans les schistes et sables bitumineux est une aberration énergétique et provoque des catastrophes écologiques.
Les forages pour produire des gaz et pétroles de schiste consomment massivement de l’eau douce, polluent les sols, provoquent des tremblements de terre et dévastent les paysages…
A qui profite le crime en "fake-news" et manipulation reste la bonne question à se poser et la réponse s'impose : aux compagnies pétrolières. Fin du débat !
B.D
Votre approche des batteries et de leurs différentes technologies est intelligente, documentée et pragmatique.
J'ajoute pour les anti-lithium (et tout en général !) qui présentent l'extraction du Lithium comme une catastrophe socio-écologique que par exemple, en Bolivie, le Lithium est un déchet de l’extraction du potassium qui était auparavant renvoyé dans le sol après exploitation de la saumure, potassium utilisé massivement pour l’agriculture intensive ; ne se trompent-ils pas de cible et de combat ?
M.M
En 10 ans, l’évolution des batteries de traction a été phénoménale, passant de 60 à 200-250 Wh par kilo de capacité.
La même batterie a besoin de 4 fois moins de ressources minières 10 ans après, et donc 4 fois moins d’impact de production qu’à ce moment-là ; les batteries actuelles permettent de parcourir aujourd’hui 300.000 km et même bien plus, contre 100.000 seulement en 2010.
A.P
J'ai un copain plaisancier qui vit sur son bateau à l'année. Ses batteries AGM sensées durer plusieurs années, commencent à perdre leur capacité de charge au bout de 2 saisons d'été. Evidemment il n'est pas content et pense avoir été floué par le vendeur !
Après avoir inspecté son installation électrique, j'ai tout de suite observé que ses batteries étaient dans un coffre métallique (peint en bleu foncé) à l'arrière du bateau et en plein soleil en été. Lui-même m'a dit que dans son secteur (sud de la France) ces 2 derniers étés furent caniculaires et que la température de la tôle est montée régulièrement et de façon persistante au dessus de 50°.
Il a d'ailleurs été obligé de recharger en eau distillée les cellules de ses batteries.
Je lui ai dit que ses batteries avaient souffert à cause de la chaleur et que cela expliquait leur état dégradé.
Qu'en pensez-vous?
D.T
Tout d'abord permettez-moi de vous remerciez pour votre site. Il est très bien fait. C'est aussi grâce à des gens comme vous que la plaisance reste accessible à tous.
Je me permets de vous poser une question concernant les batteries au Lithium Polymère.
Comment alimenter des moteurs électriques 12 V avec des batteries dont les éléments font chacun 3,7 V ? On est soit en sous-tension (avec 3 éléments 11,1 V) ou en surtension (avec 4 éléments 14,8).
M.C
Réponse
Toute batterie a une tension nominale, dans votre cas c'est 12 V, et une tension réelle qui varie entre 11,5 et 15 V, selon les technologies de cellule employées, leur niveau de charge, et leur état physico-chimique.
Un moteur de 12 V devra donc bien être alimenté par une combinaison de 4 cellules en série et c'est le contrôleur qui ajustera la tension, si nécessaire.
Bravo pour votre démarche et la qualité de vos dossiers. Je me pose et vous pose une question : J'avais jusqu'à présent un parc de batteries AGM qui donnait entière satisfaction mais qui est maintenant à bout de souffle. Dois-je reprendre cette technologie ou passer aux batteries Lithium dont les prix ont pas mal baissé ?
A.G
Réponse
Votre question est totalement d'actualité, car aujourd'hui, le prix des batteries Lithium est encore largement supérieur à celui des batteries AGM, à capacité égale.
Sauf qu'on peut mobiliser chaque Ah d'une batterie LiPo4 alors que seulement la moitié d'une batterie plomb, même dernière génération ! Dans les faits, cela signifie que si vous aviez un parc de 400 Ah, par exemple, un parc de 200 Ah en Lithium, vous offrira le même service...
Autre avantage du Lithium, le poids et l'encombrement sont divisés au moins par 2 et leur durée de vie est doublée.
Pour nous, c'est tout vu !
Par contre, pour plus de sécurité, rester dans la gamme des LiPO4, et sur des modèles équipés de BMS.
Super votre page et votre site en général, ça change des forums ou blogs nautiques où dans le meilleur des cas, c'est du radio-ponton approximatif et dans le pire où vous vous faites insulter copieusement, si vous ne faites pas partie de la bande...
Pour en revenir aux batteries, vaut-il mieux (par exemple) mettre une grosse de 200 Ah ou 2 petites de 100 Ah, que vous couplez ?
M.B
Réponse
Indéniablement, le couplage des 2 petites de préférence à une grosse.
Plusieurs raisons :
- moins de poids, lorsqu'il s'agit de les débarquer ou de les remettre à bord,
- plus facilement logeables,
- une batterie étant déjà un assemblage de plusieurs accus de 2 V nominal (pour les batteries plomb), il n'y a aucune contre-indication à rajouter des éléments dans la chaine, sauf à avoir des câbles et cosses de connexions de mauvaise qualité.
Pour l'exemple, les batteries plomb tubulaires les plus performantes (et les plus chères) du marché sont des unités de 2 volts de forte puissance, que l'on relie en série et/ou parallèle pour obtenir les 12 ou 24 volts prévus pour l'alimentation des servitudes de bord.
Impeccable votre site, c'est devenu ma bible nautique !
Justement, à mon tour de vous poser une question sur les batteries : quelle est la différence entre un montage "série" et un montage "parallèle" ? Et lequel est préférable ?
G.G
Réponse
Pour reprendre les explications déjà évoquées sur cette page, les batteries telles qu'elles vous sont livrées, c'est à dire à l'intérieur d'un coffret étanche (généralement en bakélite), sont déjà un montage en série d'unités de 2 V nominal pour obtenir les 12 ou 24 Volts nécessaires.
Cela signifie que chacun des (+) est relié à chacun des (-) dans ce montage, les voltages de chaque élément s'additionnent, mais la puissance (capacité) reste celle de l'élément, même s'il y en a plusieurs !.
Le montage en parallèle se fait plutôt pour jumeler des batteries de même voltage pour augmenter la puissance (capacité) totale disponible ; en ce cas, le voltage reste celui de chaque batterie mais les puissances s'additionnent.
On peut donc faire des montages à la fois "parrallèle" et "série" si l'on veut augmenter la puissance tout en augmentant le voltage de son pack batteries.
Génial et très didactique votre site, sincères félicitations !
A mon tour de vous poser une petite question quitte à passer pour un ignare, mais je sais qu'ici on ne m'enfoncera pas...
Quel intérêt d'avoir un circuit de batteries en 12 V ou en 24 V ?
Maxime G.
Réponse
L'intérêt de monter en voltage (24 V plutôt que 12 V) est qu'à puissance égale, l'intensité transportée par le circuit est plus faible (dans ce cas divisée par 2) ; cela limite les pertes en ligne par effet joule (*) lorsqu'on distribue l'électricité sur des longueurs signifiantes, ce qui n'est pas rare sur un bateau.
Son inconvénient est qu'il existe moins d'équipements électriques grand public (donc plus onéreux en prix) en 24 V qu'en 12 V.
(*) L'effet Joule est la manifestation thermique de la résistance électrique lors lors du passage d'un courant électrique dans un matériau conducteur.
Il est mis en valeur par la formule W = R x I ² x t
où :
W est la puissance dissipée sous forme de chaleur en Joules (J)
R est la résistance électrique du conducteur en Ohm
I est l'intensité en Ampères (A)
t est le temps en seconde (s).
L'auto-combustion des batteries Lithium a t-elle été maîtrisée ? Parce que je me vois mal avec un feu à bord.
S.L
Que faites-vous avec vos batteries en hiver, parce que le LiPO4 ne supporte pas le froid (-20°C) ? Plus d'une fois, après coup elles sont mortes.
L.S
Pouvez-vous mettre le lien des batteries LiPO4 que vous avez choisies ?
N.G
Réponses groupées
1) La génération LiPO4, ne présente plus les mêmes risques que les premières Lithium-ion concernant l'auto-combustion.
2) Pour des températures très froides, qu'aucune batterie n'apprécie, et les batteries plomb, pas plus que les Lithium des températures en dessous de -20°. Une différence de poids, cependant : il est plus facile de manipuler pour les hiverner à bonne température, des batteries qui - à capacité utile égale - sont presque 4 fois moins lourdes, que des batteries au plomb...
3) Pour les prix, modèles, etc. nous nous gardons bien de conseiller l'un ou l'autre car ces nouvelles générations sont trop récentes pour prendre la responsabilité de conseiller une marque ou une filière commerciale, sur lesquelles nous n'avons pas suffisamment de recul...
Pour calmer le débat là-dessus, et au delà de ce qu'avancent les commerciaux voulant vous vendre leur "matos" en débinant la concurrence... quasiment toutes les cellules sont importées de Chine, puis quelquefois assemblées en Europe ou ailleurs. Quelques BMS sont fabriqués ailleurs, mais cela reste marginal.
Alors, étudiez, comparez les notices... le risque n'est pas plus important que celui de prendre la mer !
Quelle est la garantie offerte par les distributeurs de batteries, selon leur type ?
J.B
Réponse
Les batteries sont des produits sur lesquels il y a beaucoup de problèmes de garantie ; en effet, on peut vous offrir une garantie à l'achat et ensuite vous déclarer (de bonne ou de mauvaise fois) que la batterie est devenue non opérationnelle suite à l'inobservation de règles de bonne utilisation et conservation (charge, taux de décharge profonde, nombre de cycles, température et temps d'hivernage...).
Faute de mouchard électronique sophistiqué qui doublerait le prix desdites batteries, il est impossible de prouver tout cela... alors cela reste un domaine d'appréciation.
Combien de cycles de recharge garantis, pour les différents type de batteries ?
H.R
Réponse
Chaque batterie est généralement fournie avec une fiche technique qui précise le nombre de cycles théoriques possibles selon le taux de décharge.
La température de la batterie au moment de la charge et de la décharge a également une grande importance et cela fait quelquefois l'objet d'un autre diagramme.
Je suis un peu surpris de voir sur un site qui défend la plaisance écologique la promotion des batteries Lithium. Que faites-vous de l'impact de son extraction, d'une part sur l'environnement et d'autre part, sur les ressources en terres agricoles ?
E.L
Réponse
La source la plus importante de Lithium au monde se trouve en Bolivie sur le lac salé de Salar de Uyuni. Repérez-le sur Google Map et effectuez un zoom sur ce centre de production.
Vous constaterez que ce ne sont que des marais salants servant à l’évaporation de l’eau pour séparer le sel de Lithium et que cela est pris sur la surface salée et inexploitable de cette région.
Pas pris sur des pâturages de moutons ou des terres agricoles ou de la forêt…
Les fake-news des perturbations sur les activités des éleveurs de moutons sont donc évidement non fondées.
La surface utilisée pour ce « gisement » qui représente plus du 1/3 du potentiel mondial, n’est que d’environ 10 km sur 10 km.
Je reconnais volontiers les avantages techniques des batteries Lithium, mais qu'en est-il de leur impact sur les ressources en eau, pour l'obtenir ?
François.
Réponse
C'est évidemment un élément à prendre en compte, dans le bilan du Lithium et nous laissons la réponse à Olivier Bourgeois, Ingénieur Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) électricité 1992, Prix « Homme, Technique et Environnement » de l’EPFL et Membre du parti Vert’libéral Suisse :
" Selon plusieurs études concernant l’extraction du Lithium, le consensus se situe autour de 400 l d’eau « utilisés » par l’extraction de 1 kg de Lithium.
Il faut bien comprendre que comme le Lithium est pompé au fond de lacs salés sous forme de saumure, puis répandu dans d’énormes « marais salants », l’eau s’évapore laissant ensuite le sel de Lithium. Exactement comme pour le sel de cuisine marin.
Cette eau est donc évaporée et retournera à la terre sous forme de pluie…
On peut donc considérer que pour fabriquer une batterie de 64 kWh, il faut 6,66 kg de Lithium et que la « consommation » d’eau est au maximum de 2640 litres (ce qui dépend fortement du lieu et de la méthode d'extraction).
Ce pack batterie permettra de parcourir environ 500.000 km.
Elle sera ensuite recyclée à 96 %, pour son Lithium, qui servira à fabriquer d'autres batteries pour repartir pour 500.000 km, sans cette fois avoir « consommé » cette eau liée à l’extraction…
Maintenant, venons-en à la comparaison :
Selon de nombreuses études, (j’ai retenu celle de « Estimation of U.S. refinery water consumption and allocation to refinery products »), la consommation d’eau liée à la production de l’essence (craquage, extraction du souffre…) se situe entre 0,60–0,71 l d’eau par litre d’essence. Cette eau n’est évidemment pas recyclable et de plus polluée.
Si l’on parcourt 500.000 km avec une voiture essence faisant du 7 litres au 100, cela représente 35.000 litres d’essence et donc 21.000 litres d’eau consommés !
Soit en gros 1000 fois plus que pour des batteries lithium !
Vraiment chouette votre dossier sur les batteries, et très pointu !
Comme je regrette de ne pas avoir été plus attentif pendant mes cours scolaires d'électricité ; Maintenant je dois tout réapprendre, car je me rends compte que ces connaissances sont fondamentales sur un bateau et même dans une maison.
Un énorme merci pour votre travail de vulgarisation.
B.T
Autres liens connexes
- la gestion de l'électricité à bord.
- la propulsion marine électrique.
- la régénération des piles alcalines. |
Consommer moins de carburant
