Avec les experts de topRik, et basés sur leur expérience pratique, nous découvrons comment charger correctement différents types de batteries de bateau à basse température. En même temps, nous verrons si la température ambiante affecte les performances des batteries, quelle capacité de batterie est nécessaire à basse température, quel système ou schéma de charge choisir, et couvrirons d'autres sujets liés à l'utilisation des batteries marines en conditions froides.
La marketplace topRik propose une variété de modèles de chargeurs de batteries pour tous types, y compris des chargeurs à plusieurs étapes, ainsi que des modèles parfaitement adaptés à toutes les conditions de température, quelle que soit la saison.
Pour commencer, rappelons-nous comment démarre une voiture. La clé de contact connecte une batterie 12 volts au démarreur pendant 3-5 secondes, ce qui fait tourner le vilebrequin. À une certaine vitesse, le moteur démarre, fonctionne de manière autonome et entraîne le générateur. Le démarreur consomme beaucoup d'énergie, mais il ne tourne que pendant quelques secondes, déchargeant ainsi peu la batterie. Le générateur compense cette consommation en quelques minutes. En mode normal, les batteries de voiture restent donc toujours chargées et ne travaillent pas.
Les batteries des bateaux et voiliers fonctionnent différemment des batteries automobiles. Un yacht passe la majeure partie de son temps amarré au port. Une fois par semaine ou moins, le propriétaire démarre le moteur, quitte le port, puis navigue à la voile. Sauf lorsque le moteur fonctionne, tous les équipements électriques du yacht sont alimentés par les batteries. Ainsi, les batteries se déchargent davantage que dans une voiture et, en raison du temps de fonctionnement court du générateur, elles ne se rechargent pas bien non plus.
Sur un bateau ou un yacht à moteur, le moteur fonctionne plus longtemps que sur un voilier, de sorte que le mode de fonctionnement des batteries ressemble davantage à celui d'une voiture. Cependant, lorsque le moteur est éteint, les batteries deviennent également la seule source d'énergie.
Sur les petites embarcations dotées d'un certain équipement électrique, il existe deux types de batteries marines selon leur usage : batteries de démarrage et batteries de service, ou de traction.
Batteries de démarrage
Le courant de démarrage des moteurs de bateau atteint 1000 A. La force du courant dépend de la quantité de charge traversant la surface par unité de temps. Plus la charge circule rapidement et plus la surface de contact est grande, plus la force du courant est élevée. Une batterie avec une large surface de contact entre l'électrolyte et le plomb et une réaction chimique rapide fournira le courant maximal. Par conséquent, le boîtier de la batterie doit contenir de nombreuses plaques fines avec un matériau actif poreux.
Cependant, les plaques fines et les matériaux actifs poreux ne supportent pas une utilisation cyclique - décharge profonde et recharge. À chaque cycle, une partie du matériau actif se détache des grilles des plaques et s'accumule au fond du boîtier. Après un certain temps, ces dépôts provoquent un court-circuit des plaques et la batterie tombe en panne. Cela arrive si la batterie de démarrage est utilisée pour alimenter les équipements électriques du yacht.
Lorsque la batterie de démarrage est utilisée correctement, elle se décharge rarement de plus de quelques pourcents, et la quantité de matériau actif qui tombe est minime.
Batteries de service
Dans le système électrique d'un bateau, les batteries de service servent de tampon entre la source d'énergie - générateur, chargeur ou panneaux solaires - et les consommateurs (équipements de navigation et appareils électroménagers).
Ces batteries sont régulièrement déchargées profondément puis rechargées. Les plaques des batteries de service, conçues pour supporter des charges cycliques, sont plus épaisses que celles des batteries de démarrage. Un matériau actif dense est pressé dans des grilles solides, réduisant les risques de dégradation pendant les cycles de charge et de décharge.
L'utilisation cyclique des batteries marines est irrégulière, contrairement aux batteries de traction dans des engins comme les chariots élévateurs, où la charge est prévisible et planifiée. En revanche, les batteries de traction sur les bateaux restent souvent inutilisées pendant de longues périodes.
Ce n'est pas un problème dans les régions à climat stable, mais dans les régions où des températures basses sont possibles en hiver, des problèmes spécifiques liés à la charge peuvent survenir.
Comment choisir un chargeur de batterie pour yacht adapté aux climats froids
Dans nos articles sur les batteries marines, nous avons détaillé les caractéristiques des différents types de batteries en fonction de leur usage et de leur composition chimique. Ces éléments sont également importants pour leur charge, y compris en conditions de basse température. Ce paramètre doit être pris en compte lors du choix d'un chargeur.
Les batteries au plomb, qu'elles soient de démarrage ou de traction, ne doivent jamais être complètement déchargées. Même les batteries à cycle profond coûteuses ne dureront pas longtemps dans ces conditions. Cependant, si la batterie n'est pas complètement déchargée, ses capacités ne sont pas entièrement utilisées, nécessitant une capacité supérieure.
Par exemple, si votre consommation quotidienne est de 100 Ah et que vous prévoyez de décharger la batterie à 50 %, vous aurez besoin d'une batterie de 200 Ah. Les batteries plus grandes durent plus longtemps mais sont également plus lourdes, encombrantes et coûteuses. Pour équilibrer durée de vie et coût, il est recommandé de décharger les batteries de bateau à 50 %, et au maximum à 80 %.
Sous charge, la batterie délivre d'abord du courant depuis la surface des plaques. La batterie de démarrage se recharge immédiatement, et les sections internes de ses plaques n'ont pas le temps de se décharger. Mais avec une batterie de traction partiellement déchargée, la tension s'équilibrera sur l'épaisseur des plaques, les parties internes se déchargeront, et la recharge prendra plus de temps.
Avec un chargeur adapté, les batteries de traction peuvent être restaurées à 70-80 % de leur capacité nominale relativement rapidement. Cependant, dans cet état, seule la partie externe des plaques en contact avec l'électrolyte est entièrement chargée, tandis que les zones internes restent déchargées. Une charge supplémentaire est alors lente, la consommation de courant diminue fortement, et il faut plusieurs heures supplémentaires pour atteindre 100 %. Plus les plaques sont épaisses et le matériau actif dense, plus le temps nécessaire pour une charge complète est long.
Comme en pratique les batteries de traction des bateaux fonctionnent selon trois modes, le bateau doit être équipé de dispositifs de charge adaptés à chacun d'eux. Il est toutefois plus simple et pratique d'utiliser un chargeur multi-étages.
Utilisation cyclique sur l'eau. Les batteries sont déchargées à 50 % ou plus, mais pas complètement rechargées. C'est ainsi que fonctionnent les batteries de service d'un yacht ou les batteries des moteurs électriques de bateau.
Sur l'eau, il est crucial de charger rapidement les batteries, donc le courant de charge doit être aussi élevé que possible. Chaque type de batterie a son propre courant de charge sûr. Pour les batteries au plomb, il est de 0,2-0,4C, et pour les batteries au lithium, de 0,5-1C ou plus. Pour éviter la surchauffe et les émissions de gaz pendant la charge, on utilise des chargeurs DC-DC avec compensation de température ou limitation de courant. Cela accélère la charge par un facteur de 5 à 10 par rapport à une charge directe depuis le générateur.
Mode mixte. La batterie reçoit une tension d'entretien mais est régulièrement déchargée légèrement. Le chargeur détecte la décharge et se met en marche constamment pour recharger rapidement avec un courant élevé. Ce mode comporte le risque de surcharge due aux mises en marche fréquentes du chargeur. Pour éviter cela, le temps de fonctionnement du chargeur doit dépendre de la profondeur de décharge de la batterie.
Les batteries ne sont pas connectées à une charge pendant plusieurs mois et sont en mode d'entretien. La condition de la plupart des batteries au plomb-acide liquide se détériore rapidement si la tension d'entretien est maintenue à 13,8 V trop longtemps. Il est recommandé de réduire cette tension à 12,9 - 13,2 V ou de déconnecter les batteries du chargeur et de les recharger régulièrement. À des températures ambiantes de 20 °C ou moins, rechargez au moins une fois par mois, et plus souvent à des températures plus élevées.
Les batteries au plomb à cycle profond vieillissent dans les climats froids à cause des expansions et contractions des plaques positives pendant les cycles de charge et de décharge. Des dépôts bruns ou de la boue s'accumulent au fond du boîtier et peuvent provoquer des courts-circuits.
Dans les climats chauds, d'autres causes de défaillance incluent l'élargissement des plaques positives, la corrosion des grilles, le gonflement des plaques et l'évaporation de l'eau. La décharge profonde, la surchauffe, les vibrations, la surcharge et la sous-charge accélèrent le vieillissement.
Contrairement aux modèles de démarrage, les batteries de traction sont conçues différemment et fonctionnent sur un principe distinct. Au lieu de fournir un courant élevé à court terme pour démarrer un moteur, elles délivrent un courant continu pour alimenter les équipements électriques sur de longues périodes.
Batteries au plomb-acide avec électrolyte liquide
Ces batteries nécessitent un entretien intensif. Un spécialiste formé est nécessaire pour leur maintenance, ainsi qu'une pièce dédiée avec une bonne ventilation respectant les normes de sécurité incendie et sanitaires. Lors de la charge, des gaz nocifs et explosifs sont émis, avec des risques d'éclaboussures d'électrolyte lors du transport. De plus, le niveau d'électrolyte doit être régulièrement surveillé, et de l'eau distillée ajoutée si nécessaire.
Lors de l'utilisation de ces dispositifs de stockage d'énergie, il est important :
- de charger régulièrement et complètement la batterie ;
- de ne jamais laisser la batterie en état déchargé ;
- d'effectuer une charge d'égalisation hebdomadaire.
Batteries au plomb-acide avec électrolyte gel
Ces batteries sont beaucoup plus faciles à utiliser. Elles sont scellées, ne nécessitent pas d'entretien complexe, n'émettent pas de gaz nocifs et peuvent être chargées dans n'importe quelle pièce. Elles ne nécessitent ni ajout d'eau distillée ni autres manipulations tout au long de leur vie. Les utilisateurs doivent simplement surveiller leur état et les recharger en temps opportun.
Batteries au lithium
Ces batteries sont les plus pratiques et efficaces à utiliser. Composées de cellules cylindriques ou prismatiques identiques, elles sont totalement scellées et ne nécessitent aucun entretien spécifique. Chaque batterie est équipée d'une carte BMS (Battery Management System), qui surveille la tension et empêche qu'elle dépasse les limites définies. En cas de surcharge ou de décharge critique, le BMS arrête le processus de charge ou déconnecte la batterie de la charge.
Le BMS agit également en cas de conditions dangereuses comme une surchauffe ou un court-circuit interne. Pour prolonger la durée de vie de ces batteries, il suffit de suivre des recommandations simples, parmi lesquelles les conditions de charge et de décharge occupent une place importante :
- ne pas décharger complètement la batterie à zéro ;
- ne pas laisser la batterie en état déchargé pendant longtemps, sinon une perte irréversible de capacité ou une défaillance complète peut survenir ;
- utiliser des chargeurs adaptés – en suivant le principe de charge correspondant à la batterie spécifique en termes de tension et de courant de charge ;
- charger à des températures comprises entre +5 et +20 °C (idéalement) ou entre +1 et +40 °C avec des courants de 1C à 5C ;
- ne pas couvrir la batterie ou le chargeur pendant la charge ;
- laisser une batterie froide (après un séjour au froid) revenir à température ambiante pendant quelques heures avant de la charger ;
- maintenir un régime de température optimal – bien que les batteries Li-ion fonctionnent entre -20 et +50 °C, leurs meilleures performances se situent à +20 (±10) °C ;
- stocker les batteries à moitié chargées à une température comprise entre 0 et +10 °C dans un endroit sec, loin des sources de feu et de chaleur.
Les batteries de traction utilisant la chimie LiFePO4 sont les plus résistantes aux conditions d'exploitation difficiles. Grâce à leur structure stable, elles résistent au gel, aux décharges profondes et aux charges de courant élevées. Ces batteries sont même utilisées efficacement dans des congélateurs.
Importance du choix d'un chargeur de batterie avec compensation de température
Presque toutes les batteries sont des sources de courant chimique. De nombreuses réactions chimiques dépendent de la température. En général : plus la température ambiante et celle de la substance sont élevées, plus les réactions chimiques sont rapides, et vice versa, elles ralentissent à basse température. Un type de batterie populaire - les batteries au plomb-acide - est un exemple classique de source de courant chimique. Leur charge est une réaction électrochimique, et donc dépend de la température. Plus la batterie est chaude, plus sa résistance interne diminue ; à basse température, la résistance interne augmente. Il est donc conseillé d'ajuster la tension de charge en fonction de la température de la batterie.
Cette adaptation de tension est appelée compensation thermique de charge, qui garantit que la batterie ne sera ni sous-chargée ni surchargée à une tension de charge nominale dans des conditions de température déviant de la normale. En même temps, la charge sera réalisée dans un mode doux pour la batterie, prolongeant ainsi sa durée de vie et réduisant les coûts d'entretien.
Lors de l'entretien des batteries, il convient de suivre les recommandations des fabricants et la documentation technique. La plage normale pour charger les batteries au plomb-acide est de +20…+25°C, où la compensation thermique n'est pas nécessaire. Cependant, en hiver ou en cas d'incapacité à maintenir un régime optimal, la fonction intégrée de compensation thermique devient essentielle.
Elle fonctionne automatiquement grâce à un capteur de température - un thermistor à coefficient de température négatif (NTC) - connecté à un connecteur spécial sur le chargeur. Lorsque la température de la batterie varie, la tension de charge s'ajuste proportionnellement à la différence de température selon un coefficient spécifique au type de batterie.
Caractéristiques des chargeurs multi-étapes pour conditions froides
Les experts de topRik ont constaté en pratique l'indispensabilité des chargeurs universels avec capacité de charge multi-étapes pour différents types de batteries. Par exemple, le chargeur universel Blue Smart IP22 Charger est conçu pour charger tous types de batteries avec une tension de 12 ou 24 volts, y compris les batteries au plomb et les batteries lithium LiFePO4. Le chargeur multi-étapes Phoenix Smart est également adapté aux batteries de traction et de démarrage.
La plupart des modèles multi-étapes de Victron Energy, disponibles sur la marketplace topRik, possèdent plusieurs sorties pour connecter plusieurs batteries. Toutes les sorties peuvent fournir le courant nominal total.
Ces modèles intègrent une fonction de compensation automatique de la tension, protégeant ainsi les batteries, même dans des conditions de basse température. Les chargeurs intelligents compensent les baisses de tension dans les câbles CC en augmentant légèrement la tension de sortie en fonction de l'augmentation du courant CC.
Algorithme de charge adaptatif en 5 étapes : charge – absorption – récupération – recharge – stockage.
Le Phoenix Smart Charger est équipé d'un système de contrôle adaptatif pouvant être préconfiguré pour différents types de batteries. Cette fonction optimise automatiquement le processus de charge selon l'utilisation de la batterie, prenant également en compte la température ambiante.
Lorsque seules des décharges légères se produisent (par exemple, un yacht connecté à terre), le temps d'absorption est réduit pour éviter une surcharge. Après une décharge profonde, le temps d'absorption est automatiquement augmenté pour garantir une charge complète de la batterie.
Si un courant de charge élevé combiné à une tension d'absorption élevée est sélectionné pour charger rapidement la batterie, le chargeur prévient tout dommage dû à un dégagement gazeux excessif en limitant automatiquement l'augmentation de la tension après le point de dégagement gazeux.
Le mode de stockage est activé lorsque la batterie n'a pas été déchargée pendant 24 heures. Dans ce mode, la tension de maintien est réduite à 2,2 V par cellule (13,2 V pour une batterie 12 V) afin de minimiser les émissions de gaz et la corrosion des plaques positives. Une fois par semaine, la tension est augmentée au niveau d'absorption pour "égaliser" la batterie. Cette fonction prévient la stratification de l'électrolyte et la sulfatation, principales causes des défaillances précoces des batteries.
Caractéristiques des chargeurs protégeant vos batteries en conditions froides
Pour résumer, voici les paramètres des chargeurs à privilégier si vous prévoyez de les utiliser en conditions de basse température.
- Réglage du courant de charge. Bien que cela semble naturel, certains chargeurs n'offrent pas cette possibilité. Pour maximiser la durée de vie d'une batterie au plomb-acide, un courant de charge égal à 10 % de sa capacité nominale est recommandé. Un courant inférieur prolonge le temps de charge sans endommager la batterie. En revanche, un courant supérieur réduit sa durée de vie.
- Sélection du type de batterie. La plupart des chargeurs sont conçus pour les batteries au plomb-acide liquide. Ces chargeurs ne doivent jamais être utilisés avec des batteries gel ou AGM, en raison des différences de tension finale de charge. Une surcharge des batteries AGM ou gel entraîne une ébullition irréversible de l'électrolyte et une réduction significative de leur durée de vie.
- Compensation thermique. Les batteries chauffent pendant la charge, et dans les pièces non maintenues à température stable (+20 °C), leur tension de charge doit être ajustée en conséquence. Par exemple, pour une batterie AGM, une tension de 14,0 V (au lieu de 14,3 V) est recommandée si la température augmente. Un chargeur sans compensation thermique peut entraîner une surcharge et réduire la durée de vie des batteries. Un capteur thermique déporté est idéal pour une mesure précise.
- Charge multi-étapes. Pour une charge optimale des batteries au plomb-acide, un chargeur à 3 ou 5 étapes est nécessaire. Les étapes incluent : courant constant (tension augmentée), tension constante (courant réduit), et maintien à tension réduite. Une charge multi-étapes évite la sulfatation et optimise la durée de vie.
- Tension correcte en mode de maintien. De nombreux chargeurs proposent une tension de 13,8 V en mode de maintien, ce qui est incorrect pour les batteries AGM (13,3 V à +25 °C). Une tension incorrecte peut réduire la durée de vie de moitié. Après 48 heures en mode de maintien, les émissions de gaz devraient cesser presque complètement.
- Plage de température de fonctionnement. La plupart des modèles domestiques fonctionnent entre +5 et +40 °C. Une plage plus large indique souvent une utilisation professionnelle et une meilleure qualité. Si vous chargez des batteries dans des pièces non chauffées, choisissez un modèle avec une plage étendue.
En fonction de ces critères, choisissez un modèle de chargeur adapté au type de batterie et capable de fonctionner efficacement à basse température.
Comment charger correctement les batteries à basse température
À basse température ambiante, les batteries n'acceptent pas facilement la charge. Une batterie déchargée doit d'abord être réchauffée dans une pièce tempérée avant d'être rechargée. Voici quelques conseils simples pour préparer les batteries en hiver (réchauffement, isolation).
Stratégie de charge optimale en conditions froides : lente et régulière
Lorsque la température descend à 0°C, la charge de la batterie peut diminuer de 30 %. Pour éviter cette décharge, stockez les batteries entièrement chargées.
Même à -30 °C, une batterie accepte une charge, bien que très lentement. Si le temps n'est pas un facteur limitant, connectez la batterie au chargeur et patientez. Avec une diminution du courant de charge par un facteur de 10 ou 20, le temps de charge augmentera en conséquence.
En cas d'urgence (!) nécessitant une charge rapide, placez la batterie dans une pièce chaude ou dans une cuvette d'eau tiède (pas chaude !) sans immerger les bornes, et attendez que la batterie se réchauffe à l'intérieur comme à l'extérieur. Cela accélérera légèrement la charge.
Conseils pour préparer les batteries à la charge
Utilisez un chargeur SMART - il maintient la batterie constamment chargée. Une autodécharge peut se produire dans n'importe quelle batterie, donc si vous n'utilisez pas un chargeur "intelligent" pendant l'immobilisation, pensez à déconnecter le câble négatif de la batterie (ou déconnectez la "masse").
N'oubliez pas la pompe de cale connectée en mode automatique, souvent raccordée en contournant l'interrupteur de masse.
À basse température, les processus chimiques dans la batterie ralentissent, et avant de démarrer le moteur, il est nécessaire de "réchauffer" la batterie, par exemple en allumant le projecteur ou la radio pendant quelques minutes.
Avant de démarrer, purgez le système de carburant pour éviter d'avoir à faire tourner le démarreur trop longtemps. Actionnez le démarreur par cycles courts de 10 secondes maximum, avec des pauses d'environ une minute.
Comment éviter la surchauffe et la surcharge des batteries par temps froid
La plage de température acceptable pour la recharge de la batterie est de -15 à 40 °C. En cas de recharge par temps froid, la tension doit être plus élevée pour réchauffer la batterie plus rapidement. Pour éviter la surchauffe et la surcharge, la valeur de compensation doit être de 0,03 V/degré. Cependant, il ne faut jamais dépasser les tensions maximales recommandées, sous peine d'endommager la batterie.
Stockage des batteries en hiver : maintien de la charge
Beaucoup dépend du fait que le yacht passe l'hiver dans un hangar fermé ou à l'air libre. Dans tous les cas, il est nécessaire de supprimer les fuites d'électrolyte, l'oxydation des bornes et de nettoyer les surfaces du boîtier de toute poussière conductrice.
Comment préparer les batteries pour le stockage hivernal sur un yacht
Si le yacht doit passer l'hiver à l'extérieur, il faudra démonter les batteries avant de l'envoyer en hivernage. Après retrait, placez-les dans une pièce sèche et chaude. Si elles sont alcalines, il est préférable de les décharger, et si elles sont acides, chargez-les à fond.
Si le yacht est stocké dans un hangar, il n'est pas nécessaire de retirer les batteries. La préparation pour l'hivernage comprend la surveillance de leur état, ce qui est plus facile avec un chargeur doté d'un mode Float.
Utilisation des modes Float en hiver
Après une charge complète, le chargeur réduit la tension et passe en mode de maintenance, qui compense l'autodécharge de la batterie. Pendant un stockage prolongé, la tension de maintenance doit respecter les recommandations du fabricant de la batterie.
Une tension de maintenance élevée accélère la corrosion des plaques positives et entraîne un vieillissement rapide de la batterie. Dans une batterie 12 volts, la corrosion double avec une augmentation de tension de 0,6 V. Une tension trop basse, à l'inverse, empêche la batterie de rester chargée, provoquant une sulfatation des plaques.
La tension de maintenance varie selon les batteries. Pour les batteries à électrolyte liquide, elle se situe entre 12,9 et 13,9 V. Cependant, ces batteries ne doivent pas être maintenues sous tension pendant plusieurs mois. Le meilleur stockage consiste à les recharger périodiquement, au moins une fois par mois. Les batteries gel et AGM n'ont pas ces restrictions.
Les dangers de la charge par temps froid et comment les éviter
Différents types de batteries présentent des risques significatifs lorsqu'elles sont chargées de manière incorrecte à basse température. Voici un récapitulatif des dommages possibles :
Risques de gel de l'électrolyte dans les batteries au plomb-acide
Augmentation de la viscosité de l'électrolyte. Par temps très froid, l'électrolyte gélifié peut devenir plus visqueux, rendant l'échange ionique difficile. Solution : évitez d'utiliser ou de charger la batterie dans des conditions de froid extrême.
Risque de gel de l'électrolyte à des températures très basses. Bien que les batteries gel soient plus résistantes au gel que les batteries humides, il existe toujours un risque à des températures extrêmement basses. Solution : assurez-vous d'un environnement ambiant aussi chaud que possible et évitez une exposition prolongée au froid sévère.
Dommages possibles dus à une charge incorrecte par temps froid
Diminution de la capacité de la batterie par temps froid. Le froid peut réduire la capacité de la batterie à fournir une charge. Solution : stockez la batterie dans un endroit relativement chaud avant utilisation, ou réchauffez-la avant de démarrer l'appareil.
Difficulté à charger la batterie. À basse température, la batterie peut se charger plus lentement ou de manière incomplète. Solution : chargez la batterie à des températures supérieures à 0°C, idéalement à température ambiante.
Usure accélérée en raison d'une utilisation fréquente par temps froid. Une utilisation régulière dans le froid peut accélérer le vieillissement de la batterie. Solution : maintenez la batterie chargée et évitez de la décharger complètement, surtout par temps froid.
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