Choisir les batteries rechargeables pour son bateau

Le monde du stockage de l’énergie est en pleine ébullition avec l’arrivée des nouvelles technologies Lithium et l’amélioration technique des vieilles batteries au plomb. Beaucoup de technologies sont émergeantes et n’ont pas encore été éprouvées sur un bateau. On retiendra donc 2 grandes familles : Les batteries au plomb (AGM) et les batteries lithiums (LifePO4 et Lithium ion NMC).

Nous éviterons les batteries GEL sont difficilement rechargeables avec un alternateur moteur ou des panneaux solaires, leur utilisation dans le nautisme est donc très limitée.

Quelques notions à appréhender

• Capacité ou « capacité de stockage »
  C’est la quantité de courant qu’une batterie en parfait état (neuve) est capable de délivrer en étant chargée. Elle est exprimée en Ampère-heure (Ah) ou en KWH
  Par exemple, une batterie de 100 Ah peut débiter un courant de 1 A pendant 100 heures ou un courant de 100 A pendant 1 heure.
  Dans la réalité, comme il est déconseillé d’aller au-delà d’un certain pourcentage de décharge, on ne peut utiliser qu’une partie de la capacité : 40 à 50% pour une batterie plomb, 80 % pour une LITHIUM.

• Le courant de charge et décharge d’une batterie Lithium est exprimé en ampères. Cette capacité représente le courant que la batterie peut potentiellement débiter. L’unité est l’ampère A ou le C (rapport entre le courant de charge ou décharge / la capacité totale).
  Une batterie de 100 Ah ayant un C1 pourra débiter 100 ampères.

• La vitesse de décharge d’une batteries AGM a également un impact sur sa capacité : plus la décharge est rapide, plus la capacité réelle de la batterie devient faible.
  Cette vitesse de décharge est indiquée sous la forme : C10, C20, C100…
  Par exemple, une batterie de 70 Ah en C 100 aura réellement une capacité de 70 Ah si la décharge dure 100 heures sur une intensité de 0,7 A. Si la décharge se fait en 20 heures (donc sur une intensité de 2,75 A), la capacité de cette batterie descendra à 55 Ah, pour passer à seulement 50 Ah en 10 heures avec 5 A.

• La tension de « floating » ou « charge d’entretien »
  C’est la tension à laquelle on doit maintenir en permanence une batterie pour être sûr qu’elle soit chargée de façon optimale.

• La tension d’absorption
  C’est la tension maximum envoyée vers la batterie en opération de charge (14,1 volts pour une AGM par exemple). Ensuite, cette tension est conservée jusqu’à ce que la batterie soit chargée à 100 % avant de passer à la tension de floating.

• Capacité de cyclage des batteries
  Lorsqu’on parle d’un nombre de cycles de « charge-décharge », cela correspond au nombre de cycles à partir duquel la dégradation de la batterie est telle que son utilisation n’est plus possible pour l’usage initial.
  Un cycle correspondant à une décharge et une charge complète d’une batterie.
  
  Les fabricants indiquent le nombre de cycles que la batterie peut réaliser avant de perdre une partie de sa capacité (souvent 80 %)
  • Les très bonnes batteries AGM peuvent atteindre 500 cycles
  • Les très bonnes batteries NMC peuvent atteindre 2000 cycles
  • Les très bonnes batteries LIFEPO peuvent atteindre 3000 cycles

On comprend qu’économiser 20 % sur le prix d’une batterie pour avoir une durée de vie divisée par 2 n’est pas toujours une bonne idée.

De la bonne charge des batteries

Pour recharger une batterie profondément déchargée, il est nécessaire d’appliquer 3 phases de charge aux batteries :
1 – une première charge “Bulk » ou « Boost”, de forte intensité (jusqu’à 25 % de la capacité en Ah de la batterie) avec un voltage relativement faible (13,5 V pour une batteries 12 V),
2 – une seconde phase “Absorption”, de faible intensité, en fort voltage (14,4 V),
3 – une troisième phase “Float”, de faible intensité et faible voltage (13,5 V).

La réalisation enchaînée de ces trois séquences délivre une charge parfaite à 100 % de la batterie.

• Nombre de charge par alternateur moteur
  Un alternateur 12 V équipé d’un régulateur interne standard délivre une tension constante de 14 V ; une tension trop faible pour assurer la phase “Absorption” (14,4 V nécessaires).
  Cela a pour conséquence de ne pas charger les batteries à 100 % de leur capacité.

• Charge par panneaux photovoltaïques
  Il est très important que le régulateur solaire respecte bien les 3 phases de charge préconisées par le fabriquant de batteries sous peine de détérioration rapide.

• Chargeur de quai
  Il en est de même avec le chargeur de quai. Certains modèles anciens ou bon marché ne sont pas compatibles avec toutes les batteries notamment les lithiums.

Les chargeurs modernes de bonne qualité permettent également de choisir le type de batteries.

Quelles batteries choisir ?

LES BATTERIES AGM (Absorbed Glass Mat)

Usage conseillé

Batteries de servitude à recharge solaire ou éolienne, mais également adaptées au démarrage, si capacité suffisante.

Utilisation possible pour la motorisation électrique de petite puissance ou sur des grosses unités ou l’on ne manque pas de place et où le facteur poids n’est pas important.

Fabrication et sécurité

Malgré leur étanchéité, les batteries AGM sont pressurisées et donc équipées d’une soupape de sécurité : lorsque la pression devient trop importante (surcharge, température élevée…), les gaz s’en échappent.
Elles n’aiment pas la chaleur, directement liée à une diminution de leur durée de vie.

Avantages des batteries AGM

• Fermées sans entretien
  Pas d’entretien, pas d’ajout d’eau distillée ; sécurité renforcée par rapport aux batteries plomb ouvertes.
• Capacité de charge et de décharge élevée jusqu’à 4C
• Un faible taux d’autodécharge (1 à 3 % par mois)
• Une bonne résistance aux chocs et aux vibrations
  Les plaques sont comprimées et solidement attachées les protégeant des chocs et vibrations
• Une bonne réaction à la gite ou à la houle
  Le liquide électrolyte étant enfermé, elles peuvent fonctionner dans toutes les positions.

Inconvénients des batteries étanches AGM

• Une faible durée de vie en cyclage
  La plupart des batteries AGM et notamment les meilleurs marchés ne supportent pas les décharges profondes. Pour une utilisation en mer ou pour une propulsion électrique il faut choisir des batteries du type Super Cycle de Victron.

LES BATTERIES LITHIUM

Un accumulateur Lithium est une technologie de stockage d’énergie de la famille des accumulateurs électrochimiques, dont la réaction est basée sur le lithium et de différents autres matériaux selon la chimie retenue

Intérêt

• Des batteries moins lourdes et plus petites
  Cette technologie offre actuellement la plus forte énergie spécifique (rapport énergie / masse de l’ordre de 100 à 260 W/ kg) ainsi que la plus grande densité d’énergie. Elles sont 70 % plus légères que le plomb.
• Des batteries plus durables
  Les batteries au Lithium peuvent fonctionner jusqu’à 15 ans. (3 fois plus que le plomb)
• Autodécharge très faible (1 à 5 %)
• Pas de maintenance

Inconvénients

• Le prix
• Nécessite un BMS

Mise en garde !
Il existe sur le marché une offre abondante à tous les prix qu’il est difficile de comparer. Pourtant il existe batteries Lithiums et batteries Lithiums. Un trop bas prix sur une marque inconnue doit susciter la méfiance. Les batteries étant fermées, il est assez facile d’y placer des cellules de mauvaise qualité, une électronique ou des composants bas de gamme.

La technologie Lithium est maintenant bien maitrisée mais elle nécessite beaucoup de précautions sous réserve de mauvaises surprises. Par ailleurs, une batterie Lithium bas de gamme reste toujours un investissement important et un amortissement sur 5 ou 15 ans change beaucoup l’analyse.

Les batteries Lithium commencent à s’imposer dans le nautisme pour la servitude et sont incontournables pour la motorisation électrique en raison de leur poids, de leur capacité de charge et décharge rapide.

Il existe 2 principaux types de batteries Lithium sur le marché : les lithium Ion NMC et les Lithium Fer Phosphate

Focus sur les batteries Lithium

Les Lithium ion NMC

Avantages

• Ce sont les plus légères avec une densité énergétique souvent supérieure à 170 W / Kg
• Moins chère que d’autres chimies

Inconvénients

• Courant de charge et de décharge relativement faible (0,3 à 1 C)
• Nécessite un BMS (batterie management système) sophistiqué qui prenne en charge entre autres les informations des cellules.

Usage conseillé

Etant très légères, elles sont conseillées notamment pour la motorisation électrique des voiliers souhaitant embarquer une forte capacité d’énergie

Elles peuvent être rechargées par un groupe via un chargeur qui respectera précisément le C de charge.

Les batteries Lithium « LiFePO4 »

Avantages

• Une décharge totale possible sans dommages,
• Une recharge rapide sans dommages,
• Un excellent rapport poids/capacité par rapport aux AGM
• Une longue durée de vie (3000 à 4000 cycles),
• Des décharges de forte intensité sans dommages,

Inconvénients

• Un prix encore très élevé : 10 à 15 €/Ah
• Plus lourdes et encombrantes que les Lithium Ion NMC (…)

Usage conseillé

Acceptant des charges et décharges importantes, elles peuvent être utilisées sur un bateau pour le parc de servitude (guindeau, groupe de plongée..) et pour la motorisation électrique.

Elles sont idéales pour une propulsion hybride (Groupe électrogène 48 V + batteries)

Elles sont recommandées pour les usages professionnels.

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