Dernière modification le 11/08/2022
Difficulté
Moyen
Durée
14 jour(s)
Coût
0 EUR (€)
Description
Les batteries sont des éléments centraux et chers dans les installations autonomes. Pourtant, leur fonctionnement et leur entretien sont très mal connus par le grand public. Ce tutoriel a donc plusieurs objectifs : - Expliquer les différents types de batteries au plomb et leur fonctionnement. - Présenter les causes majeures de dégradation des batteries au plomb. - Présenter les règles d'utilisations et d'entretien des batteries au plomb. - Introduire le procédé de désulfatation (ou régénération) des batteries au plomb.
Introduction
Les batteries sont souvent les constituants les plus chers et les plus fragiles d’un système électrique de conversion. Aussi, il est important d’en prendre soin par une bonne utilisation et une bonne surveillance !
Les batteries au Plomb Acide sont très fragiles. Elles sont sensibles aux surcharges, aux charges partielles, aux décharges profondes, aux charges trop rapides et aux températures au-dessus 20°C. Tous ces facteurs de vieillissement prématuré, adviennent facilement et peuvent se combiner, ceci étant dû au manque de connaissance technique, à des systèmes mal dimensionnés ou à une utilisation erronée de la part de l’utilisateur. Si vous ne maîtrisez pas ces facteurs, les batteries seront rapidement endommagées.
Ces dommages amèneront à une durée de vie des batteries et à une disponibilité moindre et dans certains cas, une détérioration irrémédiable des batteries peut survenir. Les batteries dureront plus longtemps en les utilisant selon les règles de l’art, et donc leur remplacement sera moins fréquent. A long terme, vous ferez de sérieuses économies. Un autre intérêt est que le système de conversion sera bien plus performant si les batteries sont en bon état. Plus les batteries seront en bon état et plus l’installation sera performante !
Étape 1 - Constitution d'une batterie au plomb
- Une batterie au plomb est constituée par un ensemble d'accumulateurs. La tension nominale d'un accumulateur étant d'environ 2.1 V, une batterie de 12 V est constituée de 6 accumulateurs montés en série et reliés par des connexions en plomb soudées. Ces accumulateurs sont logés dans un bac en plastique, fermé par un couvercle scellé.
- Chaque accumulateur est composé d'un ensemble de couples d'électrodes positives et négatives montés en parallèle. Au milieu de chaque couple est placé un séparateur.
- Des séparateurs sont généralement des feuilles rectangulaires, intercalées entre les plaques positives et les plaques négatives, et possèdent des qualités remarquables:
- isolant électrique parfait
- très grande perméabilité aux ions porteurs de charges électriques
- excellente tenue à l'acide sulfurique
- Les électrodes sont composées d'une grille sur laquelle est déposée une matière active poreuse: du plomb (Pb) sur l'électrode négative et du dioxyde de plomb (PbO2) sur l'électrode positive. La grille collecte le courant et sert aussi de support mécanique de la matière active.
- L'électrolyte est une solution diluée d'acide sulfurique dans laquelle baigne les électrodes. Il peut être sous forme liquide, de gel ou absorbée dans des feutres en fibre de verre en fonction du type de batterie.
Étape 2 - Fonctionnement d'une batterie au plomb
Pour comprendre les causes de défaillance d'une batterie, il est important de bien comprendre les réactions chimiques à l’œuvre à l'intérieur de celle-ci.
- A la décharge: Lors de la décharge, il se passe la réaction chimique suivante:
PbO2 sol + Pb sol + 2 HSO4−aq + 2 H+aq ⟶ 2 PbSO4 sol + 2 H2O liq
- L'électrode positive (+) qui était du dioxyde de plomb va devenir du sulfate de plomb, sous forme de cristaux.
- L'électrode négative (-) qui était en plomb va aussi devenir du sulfate de plomb, sous forme de cristaux.
- Le bain dans lequel baigne tout ça (l'électrolyte) se transforme en grande partie en eau (H2O).
- A la charge : Lors de la charge, on force la réaction chimique inverse :
2PbSO4 sol + 2 H2O liq ⟶ Pb sol + PbO2 sol + 2 HSO4−aq + 2 H+aq.
- Les cristaux de sulfate de plomb se redissolvent. On retrouve une électrode (+) en dioxyde plomb et une électrode (-) en plomb.
- L'électrolyte redevient de l'acide sulfurique dilué.
Étape 3 - Différents types de batteries pour différents usages
Les batteries en fonction de leur usage :
- Batterie de démarrage:
Une batterie de démarrage est destinée à fournir un courant élevé pendant une très courte période. Elle est conçue pour démarrer un moteur (par exemple un véhicule ou un groupe électrogène) et n’est pas adaptée pour une autre utilisation. Une batterie de ce type se dégradera très rapidement si elle est utilisée pour alimenter un appareil électrique. Les batteries de démarrage sont parfois appelées “batterie de voiture”, “batterie de camion” ou “batterie à plaques minces”. Voir l'intérieur d'une batterie de démarrage.
- Batterie de traction
Le nom de ces batteries vient de leur première utilisation : l’alimentation du moteur de véhicules électriques comme les chariots élévateurs. Ces batteries possèdent donc généralement un bon rapport capacité/poids et capacité/volume. Elles sont conçues pour se recharger rapidement et résister à des décharges assez profondes. Elles sont bien adaptées pour une utilisation en solaire photovoltaïque.
- Batterie stationnaire
Ces batteries sont celles utilisées dans les alimentations de secours notamment pour des systèmes informatiques ou de télécommunication. Elles sont conçues pour être rechargées en permanence et n’être déchargées que rarement, elle ne sont donc prévues que pour un nombre réduit de cycles. La profondeur de décharge autorisées peut varier fortement d’un fabricant à l’autre.
- Batterie solaire / à décharge lente
Ces batteries sont prévues pour être utilisées dans des installations solaires photovoltaïques. Elles sont conçues pour supporter un nombre élevé de cycle (puisqu’elles seront déchargées toutes les nuits et rechargées tous les matins), leur profondeur de décharge est généralement bonne mais peut varier fortement d’un modèle à l’autre. Les batteries de servitudes présentent à peu près les mêmes caractéristiques que les batteries solaires.
Voir l'intérieur d'une batterie à décharge lente / solaire
Les batteries en fonction de leur technologie
- Batterie à électrolyte liquide
Une batterie à électrolyte liquide est une batterie contenant de l'acide à l'état liquide. Ces batteries ne peuvent fonctionner correctement que si elles sont posées à plat, elles sont par exemple mal adaptées pour un bateau soumis au roulis. Les batteries à électrolyte liquide craignent particulièrement le froid : si l'électrolyte gèle, la batterie ne pourra plus être utilisée.
- Batterie ouverte
Une batterie ouverte est une batterie à électrolyte liquide dotée de bouchons permettant de la remplir. Les batteries ouvertes ne sont pas étanches : le liquide qui est à l'intérieur s'évapore peu à peu, il faut donc contrôler régulièrement son niveau et compléter si nécessaire avec de l'eau distillée. Une batterie ouverte peut être soit :
- Sèche, une batterie sèche ne contient pas encore de liquide, il faudra la remplir d'acide sulfurique avant de pouvoir l'utiliser. Les batteries sèches présentent l'avantage de pouvoir être transportée sans danger. En particulier les batteries sèches sont acceptées dans les avions.
- Humide, une batterie humide contient déjà le liquide. On trouve rarement des batteries humides dans le commerce parce qu'elles sont dangereuses à transporter et ne peuvent pas être stockées longtemps.
- Batterie étanche
Une batterie étanche est une batterie à électrolyte liquide ou non dotée d'un système permettant d’empêcher l'évaporation. Ces batteries n'ont pas besoin d'être remplies avant utilisation et ne nécessitent pas de maintenance. Elles sont acceptées dans les transports aérien mais présentent quand même un risque de fuite d'acide en cas de casse. Ces batteries sont aussi appelées batteries scellées, batteries à valve, batteries à recombinaison de gaz, batteries VLRA, batteries "zéro maintenance" ou "maintenance free".
- Batterie AGM
Les batteries AGM sont un type de batterie étanche. Dans une batterie AGM, l'électrolyte est liquide mais maintenu en place par des fibres. Il n'y a donc pas de risque de fuite et la batterie peut fonctionner sans être parfaitement à plat. Les batteries AGM peuvent en général supporter un grand nombre de cycle et des profondeur de décharge élevées. Elles ont une bonne résistance au froid.
- Batterie gel
Les batteries gel sont un type de batterie étanche. Dans une batterie gel, l'électrolyte est gélifié. Cela permet d'éliminer le risque de fuite d'acide en cas de casse et de faire fonctionner la batterie dans toutes les positions. Les batteries gel peuvent en général supporter un grand nombre de cycle et des profondeurs de décharge élevées. Elles résistent mieux au froid que les batteries classiques mais moins bien que les batteries AGM, elles ont souvent une bonne tenue à la chaleur et un taux d’auto-décharge faible
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