Résistez à la tempête grâce à l’alimentation de secours. Un moniteur de batterie à shunt permet de suivre l’historique de la charge, l’égalisation et l’état de la batterie.
(Suite de la partie 1.)
Vue d’ensemble du chargement
À un niveau élevé, les étapes de la charge d’une batterie comprennent : la charge de base, l’absorption et la charge d’équilibre. Pour les batteries qui ont été profondément déchargées, une charge d’égalisation est également nécessaire.
La charge de masse nécessite un courant élevé. La charge d’absorption nécessite moins de courant mais une tension légèrement plus élevée. La charge flottante est votre charge de maintien qui a un faible courant à environ un volt au-dessus de la tension de stase d’une batterie chargée.
Comme indiqué dans un article récent du SurvivalBlog, les niveaux de charge des batteries inondées peuvent être déterminés avec précision à l’aide d’un hydromètre. Chaque cellule doit avoir le même niveau de charge. Si les niveaux diffèrent, il est temps de les égaliser. La charge d’égalisation nécessite une tension supérieure d’environ 10 % à la tension standard utilisée pour l’absorption. Le temps d’égalisation varie légèrement, mais il est généralement d’une à deux heures. Avec l’expérience, vous saurez si l’égalisation doit être effectuée tous les mois ou plus fréquemment. Dans le cas de cycles de décharge peu fréquents, il peut même être suffisant d’effectuer l’égalisation une fois par an.
Les batteries plomb-acide inondées émettent de l’hydrogène gazeux lorsqu’elles sont chargées. Les fabricants recommandent que les espaces clos contenant de telles batteries soient correctement ventilés vers l’extérieur et que vous ne provoquiez pas d’étincelles à proximité.
J’ai connu des explosions en chargeant une batterie négligée – ne soyez pas imprudent. Si vous êtes également un expérimentateur compulsif dans l’âme, vous serez peut-être intéressé par l’observation suivante : je place ma cuisinière à bois très utilisée dans la même pièce de 14 pieds par 16 pieds que mes batteries à décharge profonde inondées. Cependant, je n’égalise pas les batteries lorsqu’il y a un feu. Mes batteries se trouvent dans une boîte bien ventilée conçue pour éviter les accidents.
Si vous êtes préoccupé par le dégagement gazeux, vous devriez lire attentivement ce qui concerne les batteries plomb-acide scellées, qui sont de plus en plus répandues. Les batteries AGM (absorbed glass mat) ont des caractéristiques de charge similaires à celles des batteries plomb-acide inondées, ce qui signifie que la plupart des chargeurs conçus pour les batteries inondées fonctionneront correctement avec les batteries AGM. Les chargeurs les plus sophistiqués ont en outre la capacité de modifier légèrement le régime de charge pour tenir compte des différences subtiles. Les différences peuvent être subtiles, mais leur prise en compte peut prolonger la durée de vie utile de vos dispositifs de stockage.
L’un des principaux avantages de l’AGM est qu’en tant qu’unité scellée, il peut être placé sur le côté sans compromettre son efficacité. Les AGM peuvent également être utilisés sans tenir compte de la ventilation. Ils sont généralement vendus comme dispositifs de stockage de 12 volts et, bien qu’ils tolèrent des cycles modérément profonds, ils sont également raisonnables pour fournir le courant instantané élevé requis par les exigences de démarrage des véhicules. De nombreuses voitures modernes haut de gamme utilisent désormais des AGM à la place des batteries noyées. Les batteries AGM sont nettement plus chères qu’une batterie à cycle profond inondée standard.
Il existe d’autres batteries à base de plomb, comme les batteries à électrolyte gélifié, mais elles ont généralement été remplacées par les batteries AGM, légèrement plus robustes. Sachez que les piles à gel peuvent être détruites par une charge à haute tension. Suivez les instructions du fabricant de la batterie pour vous en assurer.
Il existe également des batteries vendues sous le nom de « Marine/RV deep cycle ». Elles ne sont pas vraiment à décharge profonde et ne sont pas vraiment des batteries de démarrage, mais elles peuvent fonctionner correctement comme l’une ou l’autre.
Certains pourraient encore affirmer que les batteries au lithium sont plus efficaces, mais est-ce que cela revient à dire que la Lincoln est une meilleure voiture que celle que vous conduisez actuellement ?
La plupart des fabricants évaluent l’efficacité des batteries AGM et des batteries à décharge profonde à plus de 90 %. Si vous prenez soin des batteries, elles continueront à fonctionner avec un rendement supérieur à 70 % pendant plus d’une décennie. Si vous en abusez, bien sûr, leur durée de vie pourrait être beaucoup plus courte.
Durée de vie utile d’une pile
Les abus les plus courants d’une batterie plomb-acide sont dus à la négligence.
Toutes les batteries se déchargent avec le temps. Si vous laissez la batterie reposer pendant des semaines sans la recharger, la batterie au plomb se sulfatera et raccourcira sa durée de vie. Pour les batteries de véhicules, nous avons recours à des chargeurs de secours, à des dispositifs d’entretien de la batterie, pour les véhicules dont l’utilisation est saisonnière. Certains de ces chargeurs de secours sont de petits panneaux solaires placés sur le tableau de bord. Bien qu’ils aient fait fureur à une époque, ces panneaux solaires étaient souvent trop petits et inadéquats pour être d’une grande utilité pratique.
Un deuxième abus consiste à laisser le niveau d’électrolyte dans les batteries au plomb inondées descendre en dessous du niveau des plaques. L’entretien périodique des niveaux d’électrolyte est essentiel. Si vous ne pouvez pas vous astreindre à cette routine, vous devriez envisager de dépenser plus d’argent pour des batteries AGM.
Un troisième abus consiste à laisser le cycle de décharge aller trop loin. Contrairement aux systèmes contrôlés par ordinateur requis pour le lithium, la technologie du plomb-acide vous laisse le soin d’éviter les décharges excessives. Un moniteur de batterie à shunt est le moyen le plus pratique de suivre l’état de charge de la batterie et de se prémunir contre les décharges excessives. Sans moniteur, vous devrez vous fier aux lectures régulières de l’hydromètre, à votre intuition et à la tension de la batterie pour estimer l’état de charge.
Un quatrième abus consiste à ne pas fournir une tension de charge suffisante pour une absorption complète. Ces spécifications tendent à varier légèrement en fonction du fabricant de la batterie – les meilleurs contrôleurs de charge permettent d’optimiser ces paramètres.
Un cinquième abus consiste à ne pas ajuster la tension de charge en fonction de la température de la batterie. Les batteries stockent l’énergie par le biais de réactions chimiques. Les réactions chimiques s’accélèrent à mesure que la température augmente. Les batteries situées dans un environnement glacial nécessitent des tensions de charge plus élevées que celles situées dans la chaleur de l’été. Le fait de ne pas réduire la tension de charge en été, alors qu’il fait 25°C, peut raccourcir la durée de vie de la batterie. La plupart des régulateurs de charge modernes ont la capacité d’attacher une sonde de température à la batterie et d’effectuer automatiquement le réglage approprié.
Un sixième abus consiste à ne jamais égaliser une batterie inondée fortement utilisée.
Figure 2 : Un moniteur de batterie basé sur le shunt permet de suivre l’historique de la charge, l’égalisation et l’état de la batterie.
Notez toutefois que certains fabricants d’AGM peuvent recommander une tension d’égalisation différente ou ne pas recommander l’égalisation.
Le fait de maintenir les batteries chargées chaque semaine tend à prolonger leur durée de vie. C’est là qu’une installation solaire photovoltaïque (PV) se révèle particulièrement efficace (si vous me permettez le jeu de mots). Si vos batteries font partie d’un système photovoltaïque, celui-ci veillera automatiquement à ce que les batteries soient complètement chargées chaque fois qu’il y a une journée ensoleillée. Même par temps nuageux, les batteries recevront au moins une petite charge.
Une mise en garde supplémentaire. Ne surestimez pas la production d’énergie solaire. Les panneaux photovoltaïques ne produisent jamais la puissance annoncée. Lorsque les panneaux chauffent, leur efficacité diminue. Dans les mois qui entourent le solstice d’hiver, les jours plus courts et la couverture neigeuse freinent la production. En outre, il faut tenir compte du fait que la production maximale d’énergie ne se produit que lorsque le soleil frappe les panneaux à 90 degrés. Pour la plupart d’entre nous, il n’est pas pratique d’optimiser cet angle. Un système de suivi sophistiqué et coûteux est hors de question pour la plupart des systèmes d’alimentation de secours.
Je connais des installations dans le nord qui modifient l’angle de façon saisonnière, deux fois par an, en fonction des angles d’incidence solaire en mai et juillet, et en hiver. Au premier signe de chute de neige, ils sont réglés pour être complètement verticaux parce que le soleil d’hiver dépasse à peine l’horizon et que l’accumulation de neige peut être un problème majeur. Il s’agit également de panneaux asiatiques modernes qui bénéficient légèrement de la rétrodiffusion de la neige. Ces coûteux réseaux de 32 grands panneaux peuvent produire 100 kilowattheures (KWH) lors d’une longue et lumineuse journée d’été, mais ne peuvent produire que 4 KWH lors d’une journée d’hiver nuageuse.
Dimensionnement des batteries
Traditionnellement, les batteries sont évaluées en fonction du nombre d’ampères-heures (AH). L’évaluation typique du plomb-acide pour l’AH est basée sur un test qui détermine les ampères nécessaires sur 20 heures pour décharger une batterie jusqu’au point où la tension produite à la stase n’est plus que de 10,5 VDC. Ainsi, on estime qu’une batterie de 100 AH peut supporter environ 5 ampères par heure de charge sur une période de 20 heures. Dans la pratique, il n’est jamais souhaitable de décharger une batterie à ce point. La bonne nouvelle, c’est que la plupart des appareils n’auront pas besoin d’ampères continus pendant 20 heures – la plupart s’allumeront et s’éteindront à des intervalles de quelques minutes.
Si vous avez l’intention de faire fonctionner un onduleur, vous aurez besoin de beaucoup plus que 100 AH de stockage. J’ai utilisé 235 AH comme point de départ, ce qui, selon mes estimations, me donnera suffisamment de temps pour faire fonctionner le générateur les jours où il n’y a pas beaucoup de lumière du soleil lors d’une panne de courant de plusieurs jours. Je teste mes générateurs tous les deux ans pour m’assurer que le carburant ne vieillit pas et que les souris n’ont pas construit leurs nids dans les prises d’air, comme elles l’ont fait.
Plus récemment, certains blocs-batteries ont été commercialisés avec des valeurs non pas en AH, mais en wattheures. Il est clair que les valeurs AH ne peuvent pas être simplement traduites en wattheures – il s’agit de tests complètement différents.
Chargement des batteries
Les panneaux photovoltaïques non chargés peuvent produire une tension de pointe en circuit ouvert (Pov) de 36 volts en plein soleil. C’est trop pour une connexion directe aux batteries. Un régulateur de charge placé entre votre panneau photovoltaïque et vos batteries ajustera la tension et l’ampérage alimentant les batteries. Les contrôleurs de charge sont généralement classés en deux catégories : PWM (modulation de largeur d’impulsion) et MPPT (suivi du point de puissance maximale). Je n’ai jamais utilisé que des contrôleurs de type MPPT.
Le circuit MPPT convertit la puissance entrante de votre système photovoltaïque pour optimiser soit la tension, soit l’ampérage, en fonction de l’étape du cycle de charge. Une batterie déchargée nécessite une charge de masse, c’est-à-dire qu’elle nécessite plus d’ampères à une tension réduite. La charge de masse d’un système de 12 volts est généralement effectuée entre 13,1 et 13,6 volts, avec un courant maximum basé sur les capacités de production de votre système photovoltaïque et les exigences basées sur la profondeur de décharge de vos batteries.
Une fois le gros de la charge effectué, le reste de la charge nécessite moins d’ampères mais une tension légèrement plus élevée pour compléter la phase d’absorption. L’absorption nécessite généralement 14,4 volts ou plus. Une fois l’absorption terminée, le contrôleur de charge revient à une charge de maintien qui est généralement de 13,6 à 13,8 Vcc, mais qui peut varier légèrement en fonction de la fabrication de la batterie – c’est ce que l’on appelle la tension de maintien.
Les nouvelles batteries au plomb de 12 volts, lorsqu’elles sont retirées du chargeur, affichent généralement une tension de 13,0 volts plusieurs heures plus tard. Pendant la nuit, si la charge est faible ou si les batteries commencent à prendre de l’âge, la tension affichée est généralement comprise entre 12,6 et 12,8 volts. Si vous êtes connecté à un système photovoltaïque, vous déconnectez rarement les batteries du régulateur de charge dans la pratique.
Si vous utilisez des appareils à courant continu, ils peuvent être reliés directement aux batteries à ce stade. Pour ce faire, vous pouvez utiliser un panneau de fusibles de type automobile/marine tel que ceux proposés par Blue Sea. Fusiblez toujours l’alimentation principale entre les batteries et l’onduleur en utilisant une taille de fusible calculée sur la base de l’appel de courant maximum de votre onduleur – ce fusible doit être placé aussi près que possible des batteries elles-mêmes.
(A conclure demain, dans la partie 3.)
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