Passage de l'AGM au lithium : ce qui doit être remplacé

Ce guide s'adresse aux propriétaires de bateaux, de camping-cars et de véhicules tout-terrain qui font passer leur batterie de service du plomb ou de l'AGM au LiFePO4. À vérifier et le plus souvent à adapter : le chargeur, l'alternateur avec son régulateur ou un booster de charge, le régulateur solaire, le moniteur de batterie avec shunt, les sections de câbles et le fusible principal, ainsi que la charge par temps froid. La batterie de démarrage reste généralement au plomb.

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.

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.

À vérifier avant le changement

Passez ces points en revue avant d'acheter la batterie. Les explications pour chaque point suivent ci-dessous.

• Chargeur de quai. Courbe de charge lithium de 14,2 à 14,6 volts, charge de maintien désactivable ou réglable à environ 13,2 volts. Si aucune des deux options n'est possible, le chargeur doit être remplacé.
• Alternateur et régulateur. Un alternateur de série avec régulateur interne n'est pas protégé contre la décharge brusque lorsque le BMS se déconnecte. Il faut un booster de charge ou un régulateur externe avec courbe de charge lithium.
• Booster de charge. S'il y en a déjà un, réglez sa courbe sur lithium et limitez le courant de charge à ce que l'alternateur et les sections de câbles supportent en continu.
• Régulateur solaire. Profil LiFePO4 ou tension de fin de charge réglable. Tous les régulateurs ne le permettent pas : selon sa fiche technique, le régulateur PWM SCM40 de la gamme Solar ChargeMaster est prévu uniquement pour les batteries AGM, gel et à électrolyte liquide.
• Autres sources de charge. Éolienne, pile à combustible et générateur ont également besoin d'une courbe de charge lithium et du signal d'autorisation de charge du BMS.
• Moniteur de batterie et shunt. Avec le LiFePO4, la tension n'indique pas d'état de charge exploitable. Un compteur d'ampères-heures avec shunt sur le conducteur négatif commun fait partie de l'équipement de base ; la capacité est à régler de nouveau après le remplacement.
• Sections de câbles et fusible principal. Vérifiez les sections par rapport aux courants désormais possibles. Le fusible principal se place aussi près que possible de la borne positive et doit avoir un pouvoir de coupure adapté au courant de court-circuit du nouveau parc de batteries.
• Charge par temps froid. Selon le fabricant, la température de charge minimale se situe entre −5 et +5 °C ; en dessous, le BMS bloque la charge. Sur les batteries BullTron avec chauffage intégré de 150 W, celui-ci s'active en mode charge jusqu'à ce que 0 °C soit atteint ; la charge démarre ensuite.
• Consommateurs derrière le BMS. Les consommateurs critiques pour la sécurité, comme la pompe de cale, le feu de mouillage et la radio, doivent être alimentés par la batterie de démarrage, et non placés derrière le BMS du parc de service.

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.

Calculer la section et le fusible principal : avec le configurateur de câbles philippi, vous déterminez la section du câble et le fusible adapté en une seule étape, selon l'intensité admissible et la chute de tension. Choisissez « Lithium » comme technologie de batterie : à la borne de la batterie, le calculateur ne propose alors que des fusibles ayant un pouvoir de coupure suffisant, c'est-à-dire des fusibles à boulon SHB ou de type Class T. Un disjoncteur n'a pas sa place sur la borne. Exemple : 150 A en continu sur 3 m de câble avec conducteur positif et négatif, 12 V et une chute de tension de 3 % au maximum donnent 50 mm² ; le calculateur indique directement le fusible adapté.

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 mouillage 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.

Trois façons de convertir

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.

Les composants en un coup d'œil

Le tableau indique pour chaque composant ce qu'il doit assurer dans une installation lithium et cite les produits adaptés de la gamme. Les lignes dont vous avez besoin dépendent de la variante choisie.

Données issues des descriptions de produits chez philippi. Pour le dimensionnement, les indications du fabricant concerné prévalent.

Ce dont vous avez besoin selon la variante se trouve chez philippi dans ces catégories :

• Batteries LiFePO4, par exemple BullTron avec interface P-Bus
• Chargeurs avec courbe de charge lithium pour le courant de quai
• Boosters de charge pour la variante 2
• Alternateurs haute performance et régulateurs externes pour la variante 3
• Moniteurs de batterie avec shunt pour l'indication de l'état de charge
• Fusibles principaux pour la borne de la batterie

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.

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

1. Recenser l'existant. Lister toutes les sources de charge, sections de câbles, fusibles et consommateurs. Prendre des photos de l'état actuel.
2. Calculer la capacité. Sur la base de la capacité utilisable, en fonction de la liste des consommateurs et des jours d'autonomie.
3. Définir la variante. Selon le temps de fonctionnement moteur et l'alternateur présent, pas uniquement selon le budget.
4. 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.
5. Adapter la protection et les sections de câbles. Fusible principal sur la borne positive, vérifier et remplacer les câbles.
6. Installer le monitoring. Shunt sur le conducteur négatif commun, connecter le moniteur et régler la capacité.
7. Remplacer la batterie. Seulement maintenant.
8. Vérifier les autorisations de charge. Tester chaque source individuellement, provoquer consciemment la coupure d'urgence et observer ce qui se passe.
9. 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.