Batteries - Bilan électrique

1 Batteries - Bilan lectrique Voil un chapitre un peu plus ardu, sur un sujet moins amusant et pourtant fondamental. Le stockage de l lectricit volue sous l impulsion du grand march des voitures lectriques ou hybrides. C'est aussi un sujet de s curit : pompes de cale, instruments de navigation, pilote automatique, feux de navigation, .. L'objet de tous nos d sirs est devenu un grand gourmand en nergie. On veut toujours plus : grand frigo, cong lateur, cran de navigation, PC, clairage agr able, pilote automatique costaud, puis faire des toasts, r chauffer sa barquette congel e aux micro-ondes, faire sa lessive, Comme la maison ! C'est possible, agr able quand on vit demeure sur son bateau, mais il faut calculer son coup pour que ce soit fiable et que l'ensemble tienne la route.

2 Quelques d finitions simplifi es avant de continuer : Amp re (A): c est l unit de l intensit instantan e du courant lectrique (mon feu de mouillage consomme un amp re et non un amp re-heure). Amp re-heure (Ah): c est l unit de volume lectrique d une batterie (ma batterie peut d biter 100 Amp res en une heure = 100 Ah ou 50 A en 2 heures = 100 Ah). C est th orique et ne pas faire sinon, la batterie est morte .. Ou inversement la quantit de courant absorb e par un consommateur lectrique nergie bord - Batteries - page 2 sur 22 (mon feu de mouillage a consomm 12Ah cette nuit car il tait allum de 18:00 06:00). Sur les Batteries , cette caract ristique est exprim e en capacit lectrique sur 20 heures. Ex. ci-dessus pour une batterie de moto, on peut lire : Tension : 12V - Capacit lectrique en 20h : 8Ah Courant de d marrage (EN) : 10A Volt (V): c est l unit de tension qui produit le flux lectrique entre deux conducteurs.

3 Je mesure avec un voltm tre une tension de 12,6 Volts entre les bornes de ma batterie. Watt (W): c est l unit de puissance lectrique produite par une intensit de 1 Amp re sous une tension de 1 Volt soit P=Ui ou en unit s cela donne : 1 Watt = 1 Volt x 1 Amp re. En pratique mon frigo qui consomme 4 A sous 12 V absorbe une puissance lectrique de 4 x 12 = 48 W. Inversement, mon feu tricolore qui consomme 24W sous 12 V n cessite un courant de 24W/12V = 2 A. Cycle : d charge de la batterie 50% suivi d une recharge 100%. Ex. : je consomme 50 Ah de ma batterie Delphi de 105 Ah et je la recharge 100% = 1 cycle. CCA : Cold Crank Amps = Courant de D marrage Froid. Amp rage disponible en 30 secondes -18 Celsius. C est en g n ral marqu sur la batterie ou dans ses sp cifications. Ex. : CCA = 780 A. NB : il existe plusieurs normes CCA (DIN, BCI, IEC.)

4 Comparer 2 Batteries sous la m me norme. Sulfatation : action de d p t de cristaux de sulfate de plomb sur les grilles internes de la batterie, emp chant la bonne recharge de la batterie et donc limitant sa capacit . L image ci-contre montre 6 grilles des degr s progressifs de sulfatation. Le plomb n appara t finalement plus. nergie bord - Batteries - page 3 sur 22 Bilan ELECTRIQUE Pour que l installation lectrique de son bateau soit coh rente, il faut d abord faire un inventaire exhaustif de son quipement lectrique actuel (dans un joli tableau Excel), puis y rajouter les quipements compl mentaires que l'on souhaite installer dans le futur. La r gle est simple : faire l'estimation de ses besoins lectriques quotidiens pour calculer un Bilan lectrique.

5 Il faut en r alit calculer plusieurs bilans, car la consommation durant une travers e est diff rente de celle au mouillage. Aligner pour chaque consommateur : son besoin en courant en Amp res (A) et sa dur e de fonctionnement pr vue par 24 heures (en heures). La formule P=Ui (puissance (Watts) = tension (Volts) x courant (Amp res) permet de trouver l'intensit en Amp res si les caract ristiques du consommateur sont donn es en puissance (Watts). On retourne ais ment la formule : P/U= i pour avoir l'intensit (A). Ensuite pour chaque ligne calculer le volume total d'Amp res-heures n cessaire en 24 heures. Exemples : 1) le feu de mouillage de 10 Watts (soit 10W/12V = 0,83 A), br lera en une nuit de 8 heures : 8 x 0,83A = 6,64 Ah 2) la pompe de cale consomme 10 A, quatre fois par jour durant 30 secondes (soit 2 minutes ou 0,033 heure) >> 0,033 x 10A = 0,33 Ah (en effet, une forte puissance pendant peu de temps donne une consommation presque n gligeable) Parfois il faut extrapoler le temps de fonctionnement : frigo, cong lateur fonctionneront plus sous les tropiques qu'au Spitzberg m me en plein t , et ce sont les plus gros consommateurs avec les PC.

6 Totaliser verticalement cette derni re colonne pour avoir le besoin journalier en Amp res-heures. Normalement la consommation totale en navigation est sup rieure celle au mouillage. On retiendra pour le calcul des Batteries et des moyens de recharge, le Bilan le plus gourmand. nergie bord - Batteries - page 4 sur 22 Batteries Tous ces Amp res-heures consomm s bord doivent sortir d'une bo te noire appel e batterie . Il faut la dorloter, car elle est pr cieuse et souffre en silence. Constitution d une batterie Une batterie plomb-acide est constitu e d l ments de 2 Volts. Ils ont g n ralement mis en s rie de 6 l ments pour former une batterie de 6 l ments x 2 V = 12 V. On trouve galement des Batteries de 6V compos es de 3 l ments, de 4V et de 2V. Ces deux derni res cat gories sont g n ralement r serv es des installations de tr s grosse capacit (image ci-contre : 2V 832 Ah Tecsup).

7 Chaque l ment est constitu de deux grilles de plomb (aujourd hui am lior avec du calcium). L une est positive, l autre est n gative. Elles plongent toutes les deux dans un bain d lectrolyte acide (35% acide sulfurique et 65% d eau). Voici un clat d une batterie 12 V VARTA Si vous souhaitez en savoir plus sur le ph nom ne lectrochimique qui s op re dans une batterie, cli quez sur le lien Wikipedia Quelle taille de batterie ? Ou quelle capacit ma batterie doit-elle avoir pour faire fonctionner tous les appareils lectriques durant les prochaines 24 heures ? En partant du principe th orique qu on ne recharge cette batterie qu une fois par 24 heures. nergie bord - Batteries - page 5 sur 22 Il faut pr voir une batterie qui peut livrer tous les Amp res-heures n cessaires, sans descendre en dessous du seuil critique li sa technologie (voir les types de Batteries ci-dessous).

8 Par exemple, pour une batterie plomb-acide, avec une consommation du bord de 82Ah par jour, la batterie devrait tre de 205Ah. Ensuite il faut la recharger bloc pour permettre une nouvelle journ e de consommation. Pour la m me consommation avec une AGM spiral e ou une Lithium Phosphate de Fer, on pourrait se contenter d une 110 Ah. Ces valeurs restent th oriques, car au-del des Ah disponibles sans d t riorer la batterie, il faut prendre une marge de s curit . Par exemple, pour une batterie plomb-acide dont on peut utiliser 50% de la capacit , on essayera de ne pas consommer plus de 40%. Au fur et mesure de leur utilisation, les Batteries se rechargeront moins (ph nom ne de vieillissement du aux cyclages, sulfatation des plaques, ). Il y a lieu d en tenir compte et de majorer la capacit de sa batterie de certainement 20%.

9 Par exemple, mon besoin journalier r el est de 160Ah, j ajoute 20%, soit 192 AH pour disposer de mes 160 Ah, m me avec une batterie vieillissante. Nous verrons plus loin que certains types de batterie permettent une d charge plus importante sans risque de vieillir pr matur ment. On adaptera le calcul de la taille de batterie en fonction de ce crit re. A 20 C, on peut se baser sur les valeurs suivantes, pour une batterie non raccord e, r cente et en bon tat (non sulfat e) : 12,80V = 100% de charge 12,55V = 75% de charge 12,32V = 50% de charge 12,18V = 25% de charge < 12V = d charge compl te Lorsque les besoins en Ah sont cons quents, on peut mettre en parall le plusieurs Batteries , dont les capacit s vont alors s'additionner (banc de Batteries ). Il est imp ratif de coupler des Batteries de marque, de type et de capacit identiques et si possible du m me lot de fabrication (grav sur la batterie).

10 Lorsque le bateau poss de un ou plusieurs gros moteurs (winchs ou propulseur d' trave lectrique) et qu'il est long, il est plus logique de travailler en 24 V pour r duire la section des c bles (montage des Batteries en s rie-parall le). Attention, si une batterie dans le banc faiblit ou passe en court-circuit, elle entra ne tout le banc dans la d b cle (voir plus loin : Mort d une batterie). Il peut tre laborieux de d terminer quelle est la mauvaise. Un bon contact entre la borne de la batterie et la cosse est important, il faut la serrer correctement avant de l'enduire de graisse anti-sulfatage. nergie bord - Batteries - page 6 sur 22 Pour vous aider d tecter les d fauts d'une batterie, on trouve sur le march un analyseur de batterie lectronique ( > encoder dans la zone de recherche l'article BCD2112) qui va mesurer une s rie de param tres de la ch re boite noire.