Différents types de batteries
Aperçu des différents types de batteries au plomb
A savoir ... avant l'achat d'une batterie
Vous désirez augmenter la capacité de stockage d'énergie embarquée dans votre véhicule ou tout simplement remplacer la batterie de cellule défectueuse, alors sachez faire le tri parmi toutes les batteries existantes et choisissez celle qui vous convient .
Vous trouverez sur le marché une multitude de produits mais souvent conçus pour des utilisations bien distinctes .
Les principaux types de batterie sont :
- les batteries de démarrage,
- les batteries de traction,
- les batteries stationnaires,
- les batteries solaires,
- les batteries à décharge lente .
Ces batteries ont des caractéristiques intrinsèques physique et chimique différentes les unes des autres et faites pour des applications spécifiques : une batterie de démarrage ne conviendra pas du tout pour une application photovoltaïque et vice-versa .
Au-delà de cette variété de types de batterie vous aurez encore à faire un choix parmi les technologies suivantes :
- batterie ouverte à électrolyte liquide,
- batterie étanche, à électrolyte ou pas,
- batterie AGM,
- batterie gel ou à électrolyte gélifié, ...
On passera sous silence toutes les autres batteries qui ne concernent pas nos applications telles que .............................................
Pour ce qui nous concerne, les batteries au plomb sont les plus répandues pour le stockage de grande quantité d'énergie.
Les batteries de démarrage
Il existe deux types de batterie de démarrage : standard ou sans entretien .
Les batteries standards sont des batteries plomb/acide utilisant un électrolyte liquide, on les appelle aussi batterie "ouverte " .
Les batteries sans entretien fonctionnent sur le même principe que les standards mais les bouchons sont scellés (voir plus loin) .
Dans tous les cas, une batterie de démarrage est conçue pour fournir un courant important dans un temps très court, ce qui lui permet de démarrer un moteur ou un groupe électrogène et ne convient pas pour d'autres utilisations .
L'utilisation d'une batterie de démarrage à la place d'une batterie auxiliaire dite à "décharge lente" dans un véhicule de loisir, est inconcevable et conduirait à la dégradation de la batterie de démarrage .
La technologie employée dans ces batteries, au niveau des plaques internes, est spécifique à son type d'utilisation : prévue pour le démarrage des moteurs à combustion tels que voiture, camion, groupe électrogène, ... Elle est constituée d'une grande quantité de plaques fines, car celles-ci proposent une grande surface active pour que la réaction électrochimique puisse se faire .
Les batteries de traction
Le nom de ces batteries vient de leur première utilisation : l'alimentation du moteur de véhicules électriques comme les chariots élévateurs., les transpalettes, les gerbeurs, les voitures électriques, les chariots de golf ...
Les plaques sont généralement constituées d'un alliage Plomb-Antimoine, plus épaisses que dans les batteries standards, conçues pour se recharger rapidement et supportant des décharges profondes (jusqu'à 80 %).
Ces batteries possèdent aussi un bon rapport capacité/poids et capacité/volume .
Les batteries stationnaires
La batterie stationnaire est une batterie Plomb/acide dont les plaques sont plus épaisses ; la batterie est plus lourde et dispose de moins de puissance . Elle est généralement utilisée dans les installations de secours (central téléphonique, systèmes informatiques ...) .
En revanche, sa durée de vie est beaucoup plus longue car très peu mise à contribution et rechargée en permanence, son auto-décharge restant très faible : elle se rapproche des batteries solaires ou des batteries auxiliaires de nos camping-cars mais avec un nombre réduit de cycles .
Les batteries solaires
La batterie solaire est prévue pour une utilisation spécifique aux installations photovoltaïques. Contrairement à la batterie stationnaire, la batterie solaire est conçue pour supporter un nombre élevé de cycles supportant des décharges profondes : comme son nom l'indique, la batterie solaire est chargée le jour et déchargée la nuit par manque de lumière . De ce fait, elle est spécialement étudiée pour supporter des cycles successifs de charge et de décharge sur une longue période contrairement à la batterie de démarrage (batterie automobile) .
Les batteries pour camping-car
La batterie de cellule utilisée dans nos véhicules de loisir est dite "à décharge lente" et se rapproche de la batterie solaire . Le nombre de cycles est moins élevé que pour une batterie solaire, du moins dans les produits courants ; le prix des batteries varie en fonction des performances recherchées .
Les batteries en fonction de leur technologie
Les batteries 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. En cas de casse, l'acide peut s'échapper ce qui représente un danger pour l'homme et l'environnement.
Les performances des batteries à électrolyte liquide varient très fortement d'un modèle à l'autre. 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 présente quand même un risque en cas de casse (fuite d'acide).
Ces batteries sont aussi appelées batteries scellées, batteries à valve, batteries à recombinaison de gaz, batteries VLRA, batteries "zéro maintenance" ou "maintenance free".
A noter : en anglais on distingue deux types de batteries étanches "non-spillable battery" qui sont acceptées dans les avions et "sealed battery" qui ne le sont pas.
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 profondeurs de décharge élevées. Elles ont une bonne résistance au froid.
Certaines différences existent néanmoins entre les deux technologies AGM/Gel
Les batteries AGM* sont adaptées à des recharges et décharges fréquentes, elles peuvent
être rechargées rapidement et sont également appropriées au démarrage de moteur.
Les batteries GEL ont une capacité moins importante à intensité élevée mais leur durée de
vie ainsi que leur capacité de cyclage sont meilleures que les AGM.
Vous trouverez dans les tableaux et courbes ci-après les informations techniques sur nos
batteries AGM et Gel.
N’oubliez pas que malgré les capacités de résistance exceptionnelles de nos batteries aux
décharges profondes ou prolongées, celles-ci n’échappent pas au vieillissement prématuré
qu’occasionnerait une utilisation extrême (décharge à 100% par ex.).
Par ailleurs, nous vous conseillons de prêter attention à la source servant à la recharge des
batteries (chargeur de batterie, régulateur solaire/éolien, alternateur…) et d’investir dans un
contrôleur de batterie (à led ou lcd) qui vous permettra de visualiser la recharge/décharge
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 profondeur 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.
(document Energie & Développement)
Liens :
Caractéristiques des batteries au plomb
Lorsque vous achetez une batterie, il faut tenir compte de nombreuses caractéristiques dont certaines ne sont en général pas mentionnées clairement sur la batterie.
Capacité de la batterie
Une batterie stocke de l'énergie pour la restituer lorsque vous en avait besoin. L'énergie stockée s'exprime en Watt-heure. Cependant les fabricants indiquent souvent la capacité des batteries en Ampère-heure, pour obtenir une équivalence avec le besoin que vous avez calculé en Watt-heure, il faut multiplier la capacité par la tension aux bornes de la batterie :
E(Wh) = C(Ah) x U(V)
................. La capacité d'une batterie est la quantité d'énergie électrique qu'elle est capable de restituer après avoir reçu une charge complète, pour un régime de courant de décharge donné, une tension d'arrêt et une température définies. Elle s'exprime usuellement en ampères-heures (Ah)..................
.........................Unité de la capacité : Ah
L'unité usuelle de l'énergie est le Wh (Watt-heure). Il est d'usage d'assimiler l'unité Ah à une unité d'énergie. En effet, le passage de l'unité Ah à l'unité Wh s'effectue simplement en multipliant par la tension U de la batterie. Comme celle-ci est constante, l'unité Ah est équivalente à l'unité Wh, à une constante près.....................
........................La capacité des batteries est un indicateur permettant de quantifier sa capacité à délivrer un courant maximum pendant un certain temps. La capacité d’une batterie se note CTd où Td représente une durée en heures.
Ainsi CTd = X signifie que la batterie peut délivrer un courant d’intensité X/Td (en ampère) pendant une durée Td (en heure). Autrement dit, en maintenant un tel courant, la décharge sera atteinte au bout de la durée Td.
Ainsi, à partir de cette définition de la capacité d'une batterie, et en notant :
- Td : le temps de décharge de la batterie.
- CTd : la capacité de la batterie associée à l’autonomie Td.
- ITd : le courant de décharge de la batterie associée à l’autonomie Td.
nous pouvons tirer la relation suivante liant ces trois grandeurs : ........................ Itd = Ctd / Td
L'énergie que peut restituer une batterie dépend de la durée : une même batterie peut fournir moins d'énergie en 2 heures qu'en 10. En général la valeur indiquée sur la batterie correspond à l'énergie restituée en 20 heures. Si plusieurs capacités sont fournies par le fabricant, la durée est notée en indice : la capacité en 20 heures est notée C20, la capacité à 10 heures est notée C10, etc.
Lorsque vous faites vos calculs, il faut choisir la capacité correspondant le mieux à votre utilisation. Si vos batteries sont destinées à une système de secours en cas de coupure du réseau électrique et que ces coupures ont une durée moyenne d'une heure, vous choisirez C1, si vos batteries sont rechargées grâce à l'énergie solaire et destinées à alimenter des lampadaires allumés toute la nuit vous devrez prendre plutôt C10.
Nombre de cycle
Une batterie ne peut supporter qu'un nombre limité de cycle charge-décharge. Vous devrez choisir votre batterie de façon à ce que cette valeur soit cohérente avec votre projet. S'il s'agit d'une système de secours utilisé exceptionnellement un nombre de cycle réduit n'est pas gênant. S'il s'agit d'un système solaire rechargé chaque jour et déchargé chaque nuit, il vous faudra le plus grand nombre de cycles possible.
Le nombre de cycles dépend fortement de la profondeur de décharge que vous utilisez.
Profondeur de décharge
Il n'est pas possible d'utiliser toute l'énergie stockée dans une batterie sans l'endommager gravement. Une batterie complétement vide a une espérance de vie très limitée.
La profondeur maximale de décharge est le pourcentage maximal de l'énergie de la batterie que vous allez utiliser. En général il est conseillé de ne pas dépasser une profondeur de 50% (sur une batterie de 100Ah, vous ne pourrez donc utiliser que 50Ah) mais des valeurs plus faibles peuvent être fixées pour obtenir un plus grand nombre de cycles.
Durée de vie
Indépendamment du nombre de cycle la durée de vie d'une batterie est limitée par l'oxydation des électrodes et des bornes. Ce phénomène peut être relativement rapide si la batterie est utilisée à une température élevée, dans ce cas il sera inutile de choisir une batterie possédant un très grand nombre de cycle.
Tenue au froid
Les batteries à électrolyte liquide supportent mal le froid. Leur capacité baisse rapidement avec la température et si l'électrolyte gèle, elles sont détruites. Si votre batterie peut être exposée à des températures négative, il faudra que vous en teniez compte dans vos calcul et que vous choisissiez un point de congélation assez bas pour que vos batteries ne gèlent pas.
Auto-décharge
Une batterie non-utilisée se décharge d'elle même. Pour une batterie au plomb, le taux d'auto-décharge est en générale limité (de l'ordre de 5% par mois) mais il peut augmenter rapidement avec la température.
(document Energie & Développement)
I.3.3. DENSITÉ ET ÉTAT DE CHARGE
L'électrolyte est caractérisé le plus souvent par sa concentration en acide sulfurique (mol/l)
ou sa densité (rapport de la masse volumique à la masse d'une unité de volume d'eau, en kg/l ou
g/cm3). Puisque l'électrolyte participe aux réactions, sa concentration évoluera au cours d'une
charge ou d'une décharge. Il est donc possible d'évaluer l'état de charge (cf. I.4.1.2) d'une
batterie par la connaissance de la densité de son électrolyte au repos.
Par exemple, initialement de 1,250g.cm-3 lorsque l'accumulateur est chargé, la densité peut
atteindre 1,100g.cm-3 en fin de décharge. Les correspondances entre densités et concentrations
(voire degrés Baumé) sont reportées dans des tables [10].
Un paramètre capital pour une bonne mesure de la densité, est la connaissance précise de la
température de l'électrolyte au moment de la lecture. D'autres précautions seront à prendre si
l'électrolyte présente un risque d'hétérogénéité.
La densité de l'électrolyte est fonction de la concentration initiale d'acide sulfurique, de
l'état de charge et de la température. Aussi elle peut varier pour un état de charge donné, selon
le type de batterie et le fabricant. D'ailleurs pour une batterie ouverte chargée, il existe selon les
domaines d'application, des plages de densité :
• 1,220 à 1,250 g.cm-3 pour le stationnaire
• 1,260 à 1,280 g.cm-3 pour la traction
• 1,270 à 1,300 g.cm-3 pour le démarrage
Toutefois, malgré quelques contraintes et risques d'erreurs, la densité reste certainement le
moyen le plus simple pour définir approximativement l'état de charge d'un élément.