Entretien des batteries : l'utilisation du pèse-acide

L'objectif de cet article est de vous expliquer comment utiliser un pèse-acide pour mesurer la concentration d'acide dans une batterie ouverte.

En effet, à l'inverse des batteries étanches (de type gel, AGM ou OPzV), avec une batterie ouverte, il est possible d'accéder à l'électrolyte (le liquide contenu dans la batterie). Mesurer la concentration d'acide dans l'électrolyte peut aider à prolonger la durée de vie de la batterie, cela permet par exemple de :

• Connaitre précisément l'état de charge de la batterie sans appareillage,
• Dans un environnement chaud, vérifier que l'acide n'est pas trop concentré pour éviter une corrosion précoce,
• Détecter des problèmes (notamment la sulfatation des électrodes) avant qu'ils ne mettent la batterie définitivement hors-service.

Ouvrir une batterie : d'abord, se protéger

L'électrolyte est constitué d'acide sulfurique concentré. Avant d'ouvrir la batterie, assurez-vous que vous êtes correctement protégé contre les projections d'acide : gants, lunettes, manches longues...

N'ouvrez pas une batterie qui vient d'être rechargée (elle risque d'être très chaude) ou qui est en train d'être chargée (le liquide peut bouillir). Le pèse-acide ne donnera de toute façon une indication fiable que sur une batterie au repos. Il est donc préférable d'attendre 2h environ après une recharge avant de faire une mesure.

Comment utiliser une pèse-acide ?

Un  pèse-acide est constitué d'une pipette dans laquelle se trouve un flotteur lesté et gradué. On peut en acheter dans certains garages automobiles (ils peuvent aussi servir pour des batteries de voiture ou de camion).

L'utilisation du pèse-acide est très simple, procédez de la façon suivante :

1. Ouvrez les bouchons de la batterie,

2. Plongez le tube du pèse-acide dans l'électrolyte et aspirez autant de liquide que possible dans la pipette

3. Le niveau du liquide sur le flotteur gradué indique la concentration d'acide (par exemple si la surface se trouve sur la graduation 1180g/L, la densité de l’électrolyte est de 1180g/L) :

Lecture de la concentration d'acide grâce au niveau de l'electrolyte.

Comprendre la concentration en acide de l'électrolyte

Dans le cadre d'un fonctionnement normal de la batterie, deux facteurs expliquent la concentration en acide dans la batterie : l'état de charge et la température. Les variations de la densité de l'électrolyte en fonction de ces deux paramètres dépendent de la batterie, néanmoins le tableaux suivant donne des ordres de grandeurs :

Charge	Densité de l'électrolyte (g/L)
	17°C	27°C	37°C	47°C
100%	1260	1255	1250	1245
75%	1220	1215	1210	1205
50%	1185	1180	1175	1170
25%	1160	1155	1150	1145

Il est intéressant de comparer les mesures obtenues avec le pèse-acide à celles données par un voltmètre ou un contrôleur de batterie. Si ces deux valeurs ne concordent pas, c'est qu'il y a un problème. Les explications peuvent être les suivantes :

• Si la densité est plus forte qu'attendue (par exemple, le contrôleur de batterie indique que les batteries sont déchargées mais que la densité de l'électrolyte se trouve autour de 1250g/L), cela signifie sans doute qu'une partie de l'eau contenue dans l'électrolyte s'est évaporée, il faut contrôler les niveaux et les compléter avec de l'eau distillée si nécessaire.
• Si la densité est plus faible qu'attendue (par exemple, le contrôleur de batterie indique que les batteries sont complétement chargée mais que la densité de l'électrolyte reste autour de 1200g/L), les explications peuvent être multiples. Il peut s'agir :
• d'une stratification : l'acide est plus lourd et a tendance à se concentrer au fond des batteries. Vous pouvez effectuer une charge d'égalisation (c'est-à-dire une légère surcharge qui va faire bouillir, et donc mélanger, l'électrolyte) et recommencer la mesure.
• d'un début de sulfatation : la réaction chimique de la batterie ne s'effectue plus entièrement. Ce phénomène n'est pas toujours réversible mais il peut parfois être résolu en effectuant une charge d'entretien. Il s'agit alors d'effectuer une recharge longue avec un courant de charge aussi faible que possible et une tension de charge plus élevée que la normale jusqu'à ce que la densité de l'électrolyte augmente jusqu'à une niveau normal (ce que vous vérifierez grâce au pèse-acide),
• Enfin, il peut y avoir eu des fuites sur les batteries qui auront peu à peu perdu une partie de leur acide.

Aller plus loin :

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Choisir la puissance d'un groupe électrogène

Les conditions d'utilisation influent sur le choix de la puissance

Vous souhaitez alimenter une installation électrique avec un groupe électrogène et vous avez calculé la puissance consommée par votre installation. Il vous faut maintenant en déduire la puissance du groupe électrogène que vous allez choisir. Comment faire ?

Vous avez déjà dimensionné votre installation électrique, c'est-à-dire que vous avez calculé la puissance maximum en kiloWatt que votre installation peut consommer. L'essentiel du travail est fait, mais attention, il n'y a pas un lien direct entre la puissance de votre installation et la puissance du groupe électrogène que vous devrez choisir.

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Trouver la meilleure position pour un panneau solaire

Comme on l'a déjà vu, le rendement d'un module photovoltaïque varie avec l'angle d'incidence des rayons solaires. La position que vous allez donner à vos panneaux solaire va donc avoir une influence sur la production. L'objectif de cet article est de vous permettre de déterminer la position optimale des panneaux solaires pour une installation en site isolé.

La position d'un panneau est en fait :

• son orientation, ou azimuth, c'est-à-dire l'angle qu'il fera avec l'axe nord-sud dans le plan horizontal.
• son inclinaison, c'est-à-dire l'angle qu'il fera avec le plan horizontal.

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Etude de marché : combi chargeur-onduleur

Le chargeur-onduleur (charger-inverter en anglais) est un appareil vital dans un système de batteries ou dans une installation solaire hybride. Son rôle est de réguler la charge des batteries et de convertir le courant alternatif du réseau électrique en courant continu – le seul qui puisse être stocké – puis de nouveau en courant alternatif pour alimenter l’installation.
Le choix d'un chargeur-onduleur adapté à chaque situation particulière est donc crucial. Nous avons déjà vu quelles sont les caractéristiques les plus importantes d'un chargeur-onduleur. L'objectif de cet article est de vous aider dans votre choix en recensant les principaux fabricants de ces appareils et les gammes qu'ils proposent.

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Calculer le nombre de batteries pour une installation solaire photovoltaïque

Une installation solaire photovoltaïque comprend généralement des batteries afin de rendre l'électricité disponible la nuit ou lorsque le soleil est voilé. Nous allons maintenant voir comment calculer les nombre de batteries nécessaires dans une installation.

Avant de commencer, vous devez :

• Avoir calculé l'énergie que va consommer chaque jour votre installation,
• Connaitre au moins la tension (en général 12V) et la capacité (souvent 50, 100 ou 200Ah) des batteries que vous allez utiliser. Vous pouvez aussi faire le calcul avec plusieurs types de batteries puis choisir la solution la plus économique.

Exemple :
Pour illustrer cette méthode nous reprendrons l'exemple déjà utilisé pour le calcul des besoins en énergie. Nous avions trouvé un besoin de 4kWh/jour.
Par ailleurs nous avons choisi d'utiliser des batteries 12V de capacité 200Ah.

Déterminer l'autonomie souhaitée
La capacité de stockage dont vous aurez besoin dépend essentiellement de 2 paramètres : l'énergie consommée par jour et l'autonomie de votre système, c'est-à-dire le nombre de jours qu'il devra pouvoir supporter sans soleil.

L'autonomie varie en général entre 3 et 15 jours. Le chiffre retenu dépend de deux facteurs :

• Les conditions météorologiques de la région où vous vous trouvez : existe-t-il des périodes de mauvais temps prolongé ? Si oui, combien de jours peuvent-elles durer ?
• La fiabilité que vous souhaitez pour votre système : Acceptez-vous que l'alimentation puisse être coupée ? Si oui après combien de jours sans soleil ?

La quantité d'énergie consommée par votre installation pendant cette période est :

Besoin quotidien x autonomie

Exemple :
Notre installation se trouve en région équatoriale, pendant la saison des pluies, il arrive que le temps soit couvert 3-4 jours à la suite. Des périodes de mauvais temps plus longue existent mais sont rares. Comme il s'agit d'alimenter une maison, l'alimentation peut être coupée de temps en temps : le confort sera dégradé mais cela ne pose pas de problème de sécurité. On choisit donc une autonomie faible : 3 jours. On arrive à :

4kWh x 3jours = 12kWh

Si le bâtiment à alimenter était, par exemple, un dispensaire ou une entreprise. Il aurait fallu choisir une autonomie plus élevée pour assurer la continuité de l'activité : entre 5 et 7 jours.

     

Ajouter les pertes
L'électricité qui sort des batteries n'arrive pas entièrement à vos appareils électriques : une partie est perdue dans les fils et lors de la conversion continu-alternatif par l'onduleur. La quantité d'énergie que devront restituer vos batteries est donc en fait :

Energie consommée / (rendement de l'onduleur x (1 - pertes en ligne))

Si vous n'utilisez pas d'onduleur (c'est-à-dire si votre installation est en courant continu), la quantité d'énergie que devront restituer vos batteries est :

Énergie consommée / (1 - pertes en ligne)

Si vous ne connaissez pas les valeurs des pertes, vous pouvez utiliser ces valeurs moyennes : 

rendement de l'onduleur = 0.9

(1 - pertes en ligne) = 0.97

Exemple :
Notre installation doit alimenter des appareils fonctionnant en courant alternatif, elle utilise donc un onduleur. La quantité d'énergie à restituer est :

4 / (0.9 x 0.97) = 4.58kWh

Tenir compte de la profondeur maximale de décharge des batteries
Pour que vos batteries aient une meilleure durée de vie, vous ne devez pas les décharger complétement : Il faut fixer une profondeur maximale de décharge. En générale cette profondeur varie de 30 à 80%. Une bonne valeur intermédiaire est 50%, c'est-à-dire que vous n'utiliserez en fait que la moitié de la capacité de vos batteries.
Pour en savoir plus à ce sujet voir : Optimiser la durée de vie des batteries

La capacité de vos batteries devra donc être :

Énergie à restituer / profondeur max de décharge

Exemple :
Pour notre installation on prend une profondeur maximale de décharge de 50%, la capacité des batteries doit donc être :

4.58kWh / 0.5 = 9.16kWh

En déduire le nombre de batteries
Pour passer d'un chiffre en kWh à un nombre de batteries, il faut multiplier par 1000 (pour convertir les kWh en Wh) diviser par la tension aux bornes de batteries (pour convertir les Wh en Ah) puis par la capacité des batteries (en Ah) et arrondir au chiffre supérieur.

Exemple :
On utilise des batteries dont la tension est 12V et la capacité 200Ah :

9.16kWh x 1000 = 9160Wh
9160 / 12 = 763Ah
763Ah / 200Ah = 3.81

Il nous faut donc 4 batteries

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Caractéristiques dimensionnantes d'un chargeur-onduleur : tension, puissance, courant de charge

Si vous voulez utiliser des batteries rechargées par le réseau électrique ou par un groupe électrogène, par exemple dans un système solaire hybride ou dans un système anti-délestage, le combi chargeur-convertisseur va être le cerveau de votre système :

• il va assurer l'interface entre les batteries (utilisant du courant continu) et le reste de l'installation (qui fonction avec du courant alternatif),
• il va réguler la charge et la décharge des batteries afin d'optimiser leur durée de vie,
• il peut offrir de nombreuses options ou fonctions complémentaires, parfois essentielles pour le bon fonctionnement de votre système.

Le choix du chargeur-convertisseur est donc crucial pour la réussite de votre projet. Avant de parler des performances ou des options, les caractéristiques du chargeur-onduleur que vous devez absolument dimensionner sont :

• La puissance maximale en sortie du convertisseur, c’est-à-dire la puissance maximale qu’il pourra fournir à votre installation. Notez que de nombreux modèles de chargeur-onduleur ont une fonction « boost » qui leur permet de dépasser ce maximum pendant une durée limitée,
• L’intensité maximale que le chargeur peut délivrer aux batterie, 
• La tension avec laquelle chargeur alimente les batteries.

Un autre critère essentiel est la forme du signal délivré par l'onduleur.

Puissance maximale de l'onduleur

La puissance maximale délivrée en sortie du chargeur-inverter par l'onduleur doit être supérieure à la puissance maximale consommée par votre installation. 

Courant de charge du chargeur

Le chargeur pourra délivrer à vos batterie un courant de charge limité. Plus le courant est élevé plus la recharge sera rapide.

Exemple :
Un chargeur 12V avec un courant de charge de 10A délivre 10Ah par heure. Si vous voulez recharger une batterie 200Ah,12V qui est à moitié déchargée, il vous faudra 100Ah/10A=10 heures.
Si vous voulez recharger la même batterie en moins de 4 heures, il faudra choisir un chargeur avec un courant de charge de 100Ah/4h = 25A au minimum.

!	Attention quand même : vous ne pouvez pas utiliser un courant de charge supérieur au quart de la capacité de vos batteries sinon vous risquez de les dégrader rapidement. Pour en savoir plus : Optimiser la durée de vie des batteries : mode d'emploi

Le courant de charge est en général réglable.

Tension du chargeur

La tension du chargeur est en général de 12, 24 ou 48 volt.
La puissance du chargeur augmente et les pertes diminues quand la tension augmente. En contrepartie, le choix d'une tension supérieure à celle des batteries oblige à mettre celle-ci en série et vous oblige à en utiliser un nombre pair (pour un chargeur 24V avec des batteries 12V) ou un multiple de 4 (pour un chargeur 48V avec des batteries 12V).

Exemple :
Un cas réel auquel j'ai été confronté. Il s'agissait d'un système de batterie avec un chargeur 24V et des batteries 6V, 500Ah. Un premier dimensionnement avait montré que 4 batteries suffisaient à couvrir l'ensemble des besoins. Lors de l'installation du système, l'utilisateur a voulu ajouter un système d'éclairage extérieur. Une batterie supplémentaire aurait suffi à couvrir ce nouveau besoin mais pour arriver à 24V, il fallait relier au chargeur des blocs de 24/6=4 batteries. Il aurait donc fallu passer de 4 à 8 batteries ce qui aurait pratiquement doublé le coût du matériel utilisé.

Le choix de la tension sera parfois imposé par la puissance voulue pour le chargeur-inverter : pour des systèmes importants ou pour des durées de recharge courtes, un chargeur 12V sera rapidement insuffisant.

Forme du signal délivré par l'onduleur

L'onduleur transforme le courant continu stocké dans les batteries en courant alternatif. La qualité de cette transformation varie d'un onduleur à l'autre.
Si la forme du signal délivré par l'onduleur est tout-à-fait semblable à celle d'un groupe électrogène ou du réseau électrique public, on dit que l'onduleur est pur-sinus. Sinon, il s'agit d'un onduleur pseudo-sinus ou à onde sinusoïdale modifiée.

Différence entre un signal sinusoïdal (à gauche) et un pseudo-sinus (à droite)

Les appareils électriques sont conçus pour fonctionner avec un signal pur-sinus. Certains peuvent accepter sans problème un pseudo-sinus (lampe, chauffage, four...), d'autres verront leurs performances et leur durée de vie dégradées ou auront tendance à chauffer mais pourront tout de même fonctionner (moteur, télévision...) mais certains ne pourront fonctionner qu'avec un pur-sinus (radio...).

!	A noter : un haut-parleur alimenté avec un pseudo sinus émettra un bourdonnement, à éviter donc si possible pour les télévision, la hifi... D'une manière générale, préférez un pur-sinus si vous avez à alimenter des appareils électroniques.

Par ailleurs, les onduleurs pur-sinus ont un meilleurs rendement que les onduleurs pseudo-sinus.
Revers de la médaille : les onduleur pseudo-sinus sont moins chers à puissance égale que les pur-sinus.

Pour aller plus loin : Les principaux fabricants de chargeur-onduleurs et leurs gammes

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