La batterie comme source d’alimentation
Il y a différents types de batteries rechargeables. La plus courante est la batterie plomb acide. Une autre un peu moins courante est la batterie cadmium-nickel (NiCad), qui est toujours trouvée dans de vieux systèmes d’alimentation de secours. Le haut niveau de tension de charge requis par les batteries NiCad, et le fait qu’elles soient particulièrement néfastes pour l’environnement font que ces batteries ne sont pas adaptées à une utilisation sur un navire, une automobile ou un camion.
Le principe de la batterie plomb acide
Une batterie est un équipement qui stocke l’électricité sous une forme d’énergie chimique. L’énergie est libérée à la demande sous forme de courant continu pour alimenter des équipements tels que l’éclairage ou le démarreur du moteur. Une batterie est constituée de plusieurs cellules galvaniques avec une tension de 2 V chacune. Six cellules sont liées en série pour une batterie de 12 V, et adaptées dans un seul boîtier. Pour obtenir du 24 V, deux batteries de 12 V sont connectées en série. Chaque cellule a des plaques de plomb oxydé positives et des plaques négatives en plomb, et un électrolyte se composant d’eau et d’acide sulfurique. Pendant la décharge, le plomb oxydé sur les plaques de plomb est converti en sulfate de plomb. Le niveau d’acide diminue parce que l’acide sulfurique est exigé pour ce processus.
Pour recharger la batterie, une source d’énergie externe (telle qu’un chargeur de batterie, un alternateur ou un panneau solaire) avec une tension d’environ 2,4 V par cellule doit être connecté. Le sulfate de plomb sera alors converti de nouveau en plomb et oxyde de plomb, et la quantité d’acide augmentera. Il y a des limites pour que la tension de charge empêche le dégagement d’une quantité excessive d’hydrogène. Une tension de charge de plus de 2,4 V par cellule, par exemple, libère beaucoup de gaz d’hydrogène, ce qui peut provoquer un mélange hautement explosif avec l’oxygène contenu dans l’air.
La limite supérieure sur la tension de charge pour une batterie 12 V est de 14,4 V, et la valeur correspondante pour des batteries 24 V est de 28,8 V, tous les deux à 20 °C. Le rapport entre la capacité restante de la batterie et la densité du mélange eau/acide sulfurique est comme suit :
Les différents types de batterie - en termes d’épaisseur et nombre de plaques par cellule - correspondent à différentes applications. Le courant maximum qui peut être fourni est déterminé par toute la surface de plaque. Le nombre de fois qu’une batterie peut être déchargée et rechargée - le nombre de cycles - dépend de l’épaisseur des plaques. Une batterie peut présenter de nombreuses plaques fines ou plus épaisses et en nombre moins important.
La batterie de démarrage
Une batterie de démarrage a beaucoup de plaques minces par cellule, créant une grande surface de plaques. Ce type de batterie est donc adapté à fournir un courant important sur une courte période. Le nombre de fois qu’une batterie de démarrage peut être fortement déchargée est limité environ à 50-80. Cependant, comme la mise en route du moteur n’utilise que très peu de l’énergie stockée (environ 0,01 %), la batterie dure des années. Ce type de batterie n’est pas adapté à une utilisation cyclique de batterie de service.
La batterie Lithium Ion
Jusqu’à récemment, les batteries rechargeables Lithium Ion n’étaient disponibles qu’avec de petites capacités, qui les a rendues populaires pour l’usage dans les téléphones et les ordinateurs portables. Maintenant Mastervolt propose des batteries Lithium Ion en grandes capacités. Nos batteries Lithium Ion ont une densité de haute énergie et sont parfaites pour des applications cycliques. Comparé aux batteries plomb acide traditionnelles, les batteries Lithium Ion permettent un gain de place et de poids de 70 %, alors que le nombre de cycles de charge est trois fois plus élevé, comparé à celui des batteries semi-traction au plomb. Un avantage supplémentaire est que les batteries Lithium Ion peuvent assurer une capacité constante, indépendamment de la charge connectée. La capacité d’une batterie au plomb est réduite en cas de fort courant de décharge. Des batteries Lithium Ion peuvent être déchargées à 80 % sans affecter leur durée de vie, tandis que des batteries plomb acide sont davantage affectées par la décharge profonde.
Plus longue durée de vie
Comparativement aux batteries au plomb ou ouvertes traditionnelles, les batteries Lithium Ion offrent bien plus d’avantages, tel qu’une plus grande densité de puissance et une plus longue durée de vie. Et parce que le lithium est le métal le plus léger, les batteries Lithium Ion sont également plus légères. Elles peuvent également être chargées à tout moment, alors qu’une batterie cadmium-nickel exige une décharge complète pour un rendement optimal et pour empêcher l’effet de mémoire. En outre, les batteries Lithium Ion peuvent être chargées avec un courant très fort, jusqu’à 100 % de la capacité, ayant pour résultat temps de charge très court et aucun effet de mémoire.
Battery Management System
Les batteries Lithium Ion Mastervolt disposent d’un système de gestion des batteries (Battery Management System). Ce système garde le parfait équilibrage des cellules, ce qui accroît la capacité et la durée de vie.
La batterie semi-traction
Une batterie semi-traction a moins de plaques, mais plus épaisses dans chaque cellule. Ces batteries fournissent un courant de démarrage inférieur, mais peuvent être déchargées plus souvent et dans une large mesure (200 à 600 cycles pleins). Ce genre de batterie est tout à fait adapté pour la fonction combinée de batterie démarrage/service.
Batterie de traction humide
(Mastervolt ne possède pas ce type de batteries dans la gamme)
Ce type de batterie a encore moins de plaques, qui sont très épaisses ou cylindriques. Elle peut donc être déchargée de nombreuses fois et assez profondément (1000-1500 cycles pleins). C’est pourquoi les batteries de traction humides sont souvent utilisées sur les chariots élévateurs et les petits équipement électriques tels que les machines de nettoyage industriel. Mais les batteries de traction humides requièrent une méthode de charge particulière. Ces batteries étant généralement hautes, elles sont sensibles à l’accumulation d’acide sulfurique au fond du boîtier. Ce phénomène s’appelle la stratification et se produit parce que l’acide sulfurique est plus dense que l’eau. La teneur en acide augmente dans la partie inférieure de la batterie, aggravant la corrosion des plaques à cet endroit, et diminue dans la partie supérieure, réduisant la capacité.
La batterie est déchargée inégalement, réduisant de manière significative sa durée de vie. Afin de répartir à nouveau l’acide de façon homogène, la batterie doit être à bon escient surchargée en utilisant une tension excessive. Ceci produit beaucoup de gaz d’hydrogène, qui forme un mélange dangereux avec l’oxygène contenu dans l’air. La tension exigée pour recharger ces batteries est environ 2,7 V par cellule, ou de 16,2 V pour un système en 12 V et de 32,4 V pour des systèmes en 24 V. Ces hauts niveaux de tension sont extrêmement dangereux pour les équipements connectés et la grande quantité de gaz dégagée rend ces batteries inadaptées à une utilisation sur un navire ou un véhicule, sauf pour la propulsion.