Batteries dans le réseau de bord : types, dimensionnement, charge

La batterie est le composant individuel le plus coûteux du réseau de bord et celui pour lequel les erreurs de décision sont les plus lourdes de conséquences à long terme. Cette section vous guide, de la question de savoir quelle technologie correspond à votre profil d'utilisation jusqu'à la conception complète d'un parc de batteries et de son infrastructure de charge. Vous pouvez intervenir à chaque étape.

Quelle technologie pour quel usage

Le choix entre LiFePO4 et plomb ne se fait que rarement sur la base du prix par ampère-heure. Il repose sur trois caractéristiques qui diffèrent considérablement dans les fiches techniques : la profondeur de décharge utilisable, l'acceptation de charge et le poids.

Une batterie au plomb peut être déchargée à environ 50 % en fonctionnement continu avant que sa durée de vie n'en souffre sensiblement. Pour une capacité nominale de 200 Ah, il reste donc environ 100 Ah utilisables. Une cellule LiFePO4 tolère une profondeur de décharge de 80 à 90 % sans perte notable. Sur 200 Ah, on obtient ainsi environ 170 Ah. Pour la même réserve utilisable, vous avez donc besoin avec le plomb d'environ deux fois plus de capacité nominale, d'environ quatre fois plus de poids et de nettement plus d'espace de stockage.

La deuxième différence réside dans l'acceptation de charge. Le plomb n'accepte le courant de charge que de manière limitée et passe les 20 derniers pour cent dans une longue phase d'absorption. Si vous utilisez votre moteur deux heures par jour, vous ne parviendrez pratiquement jamais à charger complètement un parc de batteries au plomb. Le LiFePO4 charge à plein courant jusqu'à la fin et est prêt à recevoir de l'énergie en une fraction du temps. Pour une navigation avec de courtes phases moteur, c'est souvent l'argument décisif.

Les points qui continuent de parler en faveur du plomb sont le prix d'achat, le comportement peu critique par temps froid et le fait qu'une infrastructure de charge existante puisse continuer à fonctionner sans modifications. Pour un bateau à quai permanent avec prise de quai, une faible consommation et un budget limité, l'AGM reste un choix raisonnable.

Dimensionner correctement la capacité

Le dimensionnement suit toujours le même ordre. Sauter une étape conduit régulièrement à un parc de batteries sous-dimensionné.

1. Établir la liste des consommateurs. Chaque consommateur avec sa consommation en ampères et sa durée de fonctionnement quotidienne en heures. Le produit donne la consommation quotidienne en ampère-heures.
2. Ne pas oublier la consommation en veille. Les détecteurs de gaz, systèmes d'alarme, ordinateurs de bord en veille et écrans fonctionnent 24h/24. En pratique, cela représente souvent 10 à 15 Ah par jour, soit plus que l'ensemble de l'éclairage.
3. Définir les jours d'autonomie. Combien de temps le bateau doit-il rester sans prise de quai et sans moteur ? Deux à trois jours est une approche classique.
4. Convertir en capacité utile. Le besoin divisé par la profondeur de décharge autorisée de la technologie choisie donne la capacité nominale.
5. Ajouter une réserve. 10 à 20 % pour le vieillissement, le froid et les consommateurs ajoutés ultérieurement.

Exemple de calcul : plaisancier, 12 V

Valeurs typiques pour un bateau de 38 pieds en navigation estivale. Le réfrigérateur représente environ la moitié — c'est le cas normal, pas l'exception.

Pour trois jours d'autonomie, cela donne 270 Ah de besoin. Avec 10 % de réserve, il faut compter environ 300 Ah de capacité utile. D'où :

• LiFePO4 à 80 % de profondeur de décharge : 300 / 0,8 = 375 Ah de capacité nominale, environ 45 kg
• AGM à 50 % de profondeur de décharge : 300 / 0,5 = 600 Ah de capacité nominale, environ 180 kg

NoteLes 180 kg d'AGM ne sont pas seulement un problème de poids. Ils nécessitent également de la place, une fixation conforme aux normes et un alternateur capable de remplir un tel parc de batteries dans un temps acceptable.

Comparaison directe des technologies

Plages typiques pour les applications embarquées à 25 °C. Le nombre de cycles est valable jusqu'à 80 % de capacité résiduelle et toujours lié à la profondeur de décharge à laquelle il se réfère — une indication de cycle sans profondeur de décharge ne constitue pas une information. Les données du fabricant prévalent dans chaque cas individuel.

La dernière ligne est souvent sous-estimée : la courbe de décharge plate du LiFePO4 rend un indicateur de tension pratiquement inutile. Sans compteur d'ampères-heures avec shunt, vous ne savez pas où vous en êtes avec le lithium.

Charge et infrastructure

L'erreur la plus fréquente lors d'un changement de technologie est de ne remplacer que la batterie. Un parc de batteries LiFePO4 impose des exigences différentes à chaque source de charge et se comporte radicalement différemment en cas de défaut : lorsque le BMS se coupe, la batterie disparaît soudainement du réseau de bord.

Cela affecte principalement l'alternateur. Un parc de LiFePO4 accepte le courant jusqu'à ce que le régulateur le limite — un alternateur standard tourne alors en permanence à pleine charge et surchauffe. Et si le BMS se déconnecte sous charge, il en résulte une coupure de charge dont la pointe de tension peut détruire le redresseur. Les deux sont maîtrisables avec un régulateur externe, une sonde de température d'alternateur et une batterie tampon ou un convertisseur de charge, mais cela doit être planifié.

AvertissementNe chargez pas le LiFePO4 en cas de gel sans chauffage de cellule activé. En dessous d'environ 0 °C, le lithium se dépose de manière métallique sur l'anode au lieu de s'intercaler. La perte de capacité est permanente et non détectable de l'extérieur. Les données constructeur pour la limite inférieure de charge vont de -5 à +5 °C — respectez la valeur de votre fabricant de cellules. Le déchargement par températures négatives est en revanche autorisé.

Ce qu'il faut généralement remplacer ou compléter lors du passage : chargeur avec courbe lithium, régulateur externe pour l'alternateur ou convertisseur de charge, régulateur solaire avec tension de fin de charge adaptée, moniteur de batterie avec shunt ainsi que les fusibles, qui doivent être dimensionnés pour des courants de court-circuit nettement plus élevés.

Erreurs typiques

• Capacité à l'intuition. Sans liste de consommateurs, le réfrigérateur est presque toujours sous-estimé et la consommation en veille totalement oubliée.
• Batteries anciennes et neuves en parallèle. La plus faible tire la plus forte à son niveau. Un parc de batteries se remplace toujours entièrement.
• Technologies différentes dans un même parc. Différentes tensions de charge et résistances internes font que l'une des deux est traitée de manière incorrecte en permanence.
• Shunt dans la mauvaise branche. S'il n'est pas placé de telle sorte que chaque courant le traverse, le moniteur affiche des mesures faussées.
• Protection par fusibles non adaptée. Le LiFePO4 délivre des courants de court-circuit nettement plus élevés que le plomb. Le fusible et l'interrupteur principal doivent être adaptés.
• Longueurs de câbles inégales en cas de montage parallèle. La batterie avec le chemin le plus court est plus sollicitée et vieillit plus vite.

Normes et réglementations

La norme ISO 13297:2020 fait autorité pour les installations électriques sur les bateaux de plaisance. Depuis cette édition, elle couvre à la fois les installations à courant continu jusqu'à 50 V et les installations à courant alternatif monophasé jusqu'à 250 V. La norme ISO 10133, autrefois responsable du côté courant continu, a été retirée fin 2020 et intégrée à l'ISO 13297 — se référer encore à l'ISO 10133 revient à travailler avec un document obsolète.

Pour l'installation des batteries, les points principaux sont : fixation sécurisée contre le glissement et le renversement, protection des pôles contre tout contact accidentel et court-circuit par outil, ventilation du compartiment batterie en cas de batteries au plomb dégageant des gaz, ainsi qu'une protection contre les surintensités aussi proche que possible de la borne positive.

Le fusible principal doit se trouver sur la batterie, pas sur le tableau électrique. Il protège le câble entre la batterie et la distribution — et c'est précisément ce câble qui pose problème en cas de court-circuit. Pour les systèmes lithium, les spécifications du fabricant de cellules et du BMS s'ajoutent, étant souvent plus strictes que la norme. Dans l'espace nord-américain, la norme ABYC E-13 réglemente en outre les exigences pour les systèmes lithium et exige expressément un BMS qui maintient la batterie dans sa plage de fonctionnement sûre et la déconnecte dans le cas contraire.