Pourquoi un simple remplacement de batterie suffit rarement
« On enlève le plomb, on met du lithium » fonctionne dans la mesure où la batterie fournit ensuite du courant et peut être rechargée. Ce n'est pourtant pas optimal, et dans certaines configurations, c'est même dangereux. La raison ne vient pas de la batterie, mais du reste de l'installation : un parc de batteries composé de cellules LiFePO4 se comporte fondamentalement différemment du plomb lors de la charge et en cas de défaillance, alors que l'infrastructure de charge existante est conçue pour le plomb.
RemarqueSi vous choisissez une batterie BullTron compatible P-Bus, vous pouvez vous passer du shunt de gestion de batterie : la batterie transmet elle-même ses valeurs à l'unité de contrôle PCU. Pour savoir ce que cela implique, consultez l'article Intégration directe d'une batterie BullTron sur le P-Bus.
Trois différences sont déterminantes.
Premièrement, la fin de charge. Une batterie au plomb doit être maintenue en charge de maintien après une charge complète, sous peine de sulfater. Une cellule LiFePO4 veut exactement le contraire : le courant de charge doit être coupé dès que l'état de pleine charge est atteint. Un chargeur pour plomb qui maintient ensuite une tension de 13,6 à 13,8 volts fait fonctionner le parc de batteries au lithium en permanence à sa limite supérieure.
Deuxièmement, la résistance interne. Le LiFePO4 fournit et absorbe des courants nettement plus élevés qu'un parc de batteries au plomb de même taille. Les sections de câbles et les fusibles qui étaient corrects pendant des années avec l'AGM peuvent alors être sous-dimensionnés — non pas en fonctionnement normal, mais en cas de court-circuit.
Troisièmement, le BMS. Une batterie au plomb ne peut pas se déconnecter elle-même du réseau de bord. Une batterie au lithium le peut, et elle le fera si une cellule sort de sa plage de sécurité. Tout ce qui est branché au réseau à cet instant doit pouvoir le supporter — surtout l'alternateur.
| Paramètre (12 V) | AGM / Plomb | LiFePO4 |
|---|---|---|
| Tension de charge | 14,4–14,8 V | 14,2–14,6 V |
| Charge de maintien | 13,6–13,8 V, nécessaire | non nécessaire, sinon env. 13,2 V |
| Fin de charge | basée sur la tension avec baisse de courant | basée sur la tension, stricte |
| Température de charge inférieure | limitée à partir d'env. −10 °C | selon le fabricant −5 à +5 °C |
| Courant de charge recommandé | 0,1–0,2 C | 0,2–0,5 C, jusqu'à 1 C selon la cellule |
| Profondeur de décharge utilisable | 50 % | 80–90 % |
Valeurs typiques. Les indications de votre fabricant de cellules prévalent. La norme DIN EN IEC 62619 sert de référence de sécurité pour les cellules lithium dans les applications industrielles et maritimes — un bon point de comparaison pour évaluer la documentation de sécurité d'un fournisseur.
Calcul : quelle quantité de lithium remplace votre parc de batteries AGM
C'est ici que survient l'erreur de planification la plus coûteuse, et elle va presque toujours dans le même sens : on achète trop gros. Le calcul doit se faire sur la capacité utilisable, et non sur la capacité nominale figurant sur l'étiquette.
FormuleNouvelle capacité nominale = (ancienne capacité nominale × ancienne profondeur de décharge) ÷ nouvelle profondeur de décharge
Exemple : vous avez 400 Ah d'AGM. Avec une profondeur de décharge autorisée de 50 pour cent, 200 Ah étaient utilisables. Ces mêmes 200 Ah utilisables sont fournis par un parc de batteries LiFePO4 avec 200 ÷ 0,8 = 250 Ah de capacité nominale. 400 Ah de plomb deviennent donc 250 Ah de lithium, pas 400, et encore moins 800.
Deux raisons justifient tout de même de viser un peu plus large. Premièrement, l'ancien parc était peut-être déjà trop petit — si vous déchargiez régulièrement au-delà de 50 pour cent, ce n'était pas du confort, mais de l'usure. Deuxièmement, un parc de batteries plus grand prolonge la durée de vie pour une même consommation, car chaque cycle est moins profond. Cependant, ce surplus doit être une décision réfléchie et non un doublement par habitude.
Les trois variantes de conversion
Variante 1 : Remplacement de la batterie, adaptation des sources de charge
Le parc de batteries AGM est remplacé, toutes les sources de charge existantes sont réglées sur une courbe de charge lithium ou remplacées. La condition préalable est que chacune d'entre elles puisse être réglée : chargeur de quai sur 14,2 à 14,6 volts sans floating permanent, régulateur solaire sur un profil LiFePO4 ou une tension de fin de charge adaptée.
Cette variante est la plus économique et convient aux installations qui chargent principalement à quai et ont peu d'heures moteur. Son point faible est l'alternateur : un alternateur de série avec régulateur interne charge certes le parc de batteries au lithium, mais sans protection contre la décharge brusque si le BMS se déconnecte.
Variante 2 : Convertisseur de charge entre l'alternateur et les batteries de service
Un chargeur batterie-à-batterie prélève du courant sur le circuit de démarrage pour générer une charge lithium régulée spécifique pour le parc de service. Ainsi, l'alternateur ne voit que la batterie de démarrage — il travaille toujours contre une charge, même si le BMS du parc de service se déconnecte. En même temps, il est possible de limiter le courant sollicité sur l'alternateur.
Pour la plupart des conversions avec un alternateur de série et un parc de batteries mixte — démarrage AGM, service LiFePO4 — c'est le choix approprié. Il est également facile à installer sur des systèmes existants, car aucune modification n'est nécessaire sur le moteur.
Variante 3 : Alternateur haute performance avec régulateur externe
L'alternateur de série est remplacé par une machine haute performance, pilotée par un régulateur externe avec des sondes de température sur l'alternateur et la batterie. Le régulateur suit une véritable courbe de charge lithium, limite l'excitation si la température de l'alternateur est trop élevée et reçoit le signal d'autorisation de charge du BMS avant que ce dernier ne doive couper brutalement.
C'est la variante la plus performante et la seule qui fournit des courants de charge élevés même à bas régime. Elle est rentable pour les navigations au long cours et partout où les heures moteur sont comptées. Pour des puissances d'alternateur supérieures à environ 100 A, il faut également vérifier la transmission par courroie — une simple courroie trapézoïdale ne transmet pas cette puissance de manière fiable.
Ce qu'il faut vérifier avant la conversion
Chaque source de charge individuellement
Parcourez la liste complète, y compris les sources auxquelles on pense rarement : chargeur de quai, régulateur solaire, alternateur, éolienne, pile à combustible, générateur. Chacune d'entre elles a besoin d'une courbe de charge lithium et du signal d'autorisation de charge du BMS. Une seule source oubliée suffit pour que l'installation passe régulièrement en coupure d'urgence.
Sections de câbles et connexions
Le limiteur de courant du BMS protège les cellules, pas les câbles. Vérifiez les sections entre la batterie, la distribution, le chargeur et le convertisseur de charge par rapport aux courants désormais possibles — et non par rapport à ceux qui circulaient jusqu'à présent. Vérifiez toutes les connexions pour détecter l'oxydation et les résistances de contact : ce qui chauffait imperceptiblement à 50 A devient brûlant à 200 A.
Protection (fusibles)
Le fusible principal doit être placé aussi près que possible de la borne positive et avoir un pouvoir de coupure adapté au courant de court-circuit du nouveau parc de batteries. Pour les parcs de batteries au lithium plus importants, cela conduit régulièrement à utiliser des fusibles de type Class T. Un fusible qui ne peut pas couper le courant de court-circuit en toute sécurité ne fond pas en cas de défaillance, mais se soude ou provoque un arc électrique.
Que se passe-t-il si le BMS coupe ?
Analysez le cas de défaillance : le BMS se coupe pendant que le moteur tourne et que le guindeau fonctionne. Quels appareils perdent de la tension ? Que fait l'alternateur ? La pompe de cale, les feux de route et la radio restent-ils alimentés ? Les consommateurs critiques pour la sécurité ne doivent pas être placés derrière le BMS du parc de service, mais sur la batterie de démarrage.
Indicateur de niveau de charge
La courbe de décharge du LiFePO4 est presque plate — entre 90 et 20 pour cent, il y a souvent moins de 0,3 volt de différence. Un affichage de tension est donc inutilisable comme indicateur d'état de charge. Un compteur d'ampères-heures avec shunt sur le conducteur négatif commun n'est pas un luxe pour le lithium, mais un équipement de base.
Exceptions et limites
Utilisation hivernale. Si le navire reste en service pendant l'hiver et qu'il ne peut pas être maintenu au-dessus de la température de charge minimale, la conversion sans cellules chauffées n'est pas une bonne idée. Le BMS bloquera alors correctement la charge — mais l'installation se retrouvera sans recharge.
Batterie de démarrage. Elle reste au plomb. Pour les courants brefs très élevés et la charge permanente par l'alternateur, c'est la technologie appropriée.
Chargeurs sans charge de maintien désactivable. Si le floating ne peut être ni désactivé ni abaissé à environ 13,2 volts, aucun réglage ne pourra aider — l'appareil doit être remplacé.
Installations sans documentation. Si personne ne sait quel câble va où, la conversion n'est pas le bon moment pour le découvrir. Recensez d'abord, transformez ensuite.
Erreurs typiques
- Capacité doublée au lieu d'être divisée par deux. Le calcul doit porter sur la capacité utilisable.
- Chargeur non adapté. La charge de maintien continue, chaque charge se termine par une coupure d'urgence du BMS.
- Alternateur non protégé. Sans convertisseur de charge ou régulateur externe, la décharge brusque lors de la coupure du BMS détruit le redresseur.
- Seule la source de charge principale est câblée avec autorisation de charge. Le régulateur solaire rajouté continue de charger.
- Fusible non adapté. Le pouvoir de coupure et le courant de court-circuit ne correspondent plus.
- Pas de moniteur à shunt. L'état de charge n'est pas lisible via la tension.
- Consommateurs de sécurité derrière le BMS. Ils se coupent aussi au moment où ils sont le plus nécessaires.
L'ordre à suivre pour la conversion
- Recenser l'existant. Lister toutes les sources de charge, sections de câbles, fusibles et consommateurs. Prendre des photos de l'état actuel.
- Calculer la capacité. Sur la base de la capacité utilisable, en fonction de la liste des consommateurs et des jours d'autonomie.
- Définir la variante. Selon le temps de fonctionnement moteur et l'alternateur présent, pas uniquement selon le budget.
- Convertir d'abord la technique de charge. Chargeur, régulateur solaire, convertisseur de charge ou régulateur externe — tout avant le changement de batterie, tant que l'ancien parc de batteries tolère encore les erreurs.
- Adapter la protection et les sections de câbles. Fusible principal sur la borne positive, vérifier et remplacer les câbles.
- Installer le monitoring. Shunt sur le conducteur négatif commun, connecter le moniteur et régler la capacité.
- Remplacer la batterie. Seulement maintenant.
- Vérifier les autorisations de charge. Tester chaque source individuellement, provoquer consciemment la coupure d'urgence et observer ce qui se passe.
- Charger à bloc et synchroniser. Charger une fois complètement pour que l'équilibrage et le compteur d'ampères-heures atteignent un point de référence défini.
Le point 4 est celui qui est le plus souvent sauté parce que la nouvelle batterie est déjà livrée et gêne. Ceux qui s'occupent de la technique de charge après coup font fonctionner la nouvelle batterie sur une infrastructure qui ne lui convient pas — et les premiers cycles de charge sont précisément ceux qu'il ne faut pas gâcher.
