Chargement du flotteur
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Batteries de secours et charge des flotteurs

Les batteries utilisées pour l’alimentation de secours des équipements de télécommunication, l’alimentation sans interruption (ASI), etc., sont chargées en permanence (ou flottantes) à une tension constante égale à OCV + x mV. La valeur de x dépend de la conception et du fabricant de Standby. Habituellement, la valeur flottante sera de 2,23 à 2,30 V par cellule. Une batterie en service flottant est une batterie soumise à une charge continue et n’est appelée à fonctionner qu’en cas de coupure de courant. Cette valeur de potentiel constant est suffisante pour les maintenir en état de charge complète. En plus de la charge destinée à compenser la décharge précédente, la charge à potentiel constant (CP) compense les processus d’autodécharge qui se produisent lorsque la batterie est inactive.

Comment fonctionne le chargeur à flotteur ?

Un chargeur flottant charge en permanence les batteries à des tensions prédéfinies, quel que soit leur état de charge. L’appareil n’est pas déconnecté du chargeur. Les conditions locales, comme les coupures de courant et la température ambiante, seront prises en compte pour décider d’un réglage plus précis de la tension du flotteur. La capacité est l’aspect le plus important de ce paramètre. Le chargeur peut également être équipé d’un dispositif d’appoint pour préparer la batterie à la prochaine coupure de courant en cas de coupures fréquentes.

Les conditions de charge sont :

  • Type de charge : Potentiel constant de 2,25 à 2,30 V par cellule, avec une compensation de température de – mV à – 3 mV par cellule.
  • Courant initial : Maximum 20 à 40% de la capacité nominale
  • Temps de charge : continu, indépendamment du SOC

Certains fabricants affirment que la charge des batteries au plomb est plus efficace entre 15 et 30°C et qu’aucune compensation de température n’est nécessaire si la température ambiante est comprise entre 0 et 40°C. Sinon, on peut envisager un circuit de compensation de température intégré pour améliorer l’efficacité de la charge. Une compensation de température de moins 2 à moins 3 mV par oCpar cellule sur la base de 20-25°C est souhaitable.

Le tableau suivant est un guide pour la compensation de la température.

Tableau 1. Compensation en température de la tension d’entretien pour une batterie de 12 V

[http:// www. eastpenn-deka.com/assets/base/0139.pdf]

Température, °C

Tension du flotteur, Volts

Optimum

Maximum

≥ 49

12.8

13

44-48

12.9

13.2

38-43

13

13.3

32-37

13.1

13.4

27-31

13.2

13.5

21-26

13.4

13.7

16-20

13.55

13.85

10-15

13.7

14

05-09

13.9

14.2

≤ 4

14.2

14.5

Qu'est-ce que la charge flottante et la charge d'appoint ?

L’équipement de charge peut avoir normalement deux taux de charge. Ils le sont :

  • Charge rapide
  • Chargement progressif

Des dispositifs sont généralement incorporés pour une recharge rapide de la batterie après une décharge d’urgence. La partie booster a invariablement une sortie allant jusqu’à 2,70 V par cellule pour la recharge de la batterie pour un type de batterie inondée et jusqu’à 2,4 à 2,45 pour les batteries VRLA. La sortie de charge de maintien est capable de compenser l’autodécharge et les autres pertes internes de la batterie, à un niveau de tension de 2,25 V par cellule. Les sorties requises, en termes de courant, dépendront de la taille de la batterie.

Station de charge à étagère flottante

Pour les batteries qui ne peuvent pas être expédiées avant plusieurs semaines, il est nécessaire de les garder complètement chargées jusqu’à leur expédition. Pour ce type de batteries, il existe deux options pour la charge de maintien en attendant dans le rayon. Soit plusieurs batteries sont connectées en série et chargées à une densité de courant de 40 à 100 mA/100 Ah de capacité nominale, soit il peut y avoir plusieurs circuits individuels pour charger chaque batterie séparément. Toutes ces batteries sont chargées de manière flottante à un peu plus de leur OCV comme indiqué ci-dessus.

Chargement flottant des batteries AGM VRLA

La charge flottante des batteries AGM n’est pas différente de la charge flottante d’une batterie inondée classique. Mais il y a plusieurs différences dans le fonctionnement du processus de chargement du flotteur qui se produit dans les deux variétés.
Les batteries VRLA ont une faible résistance interne et peuvent donc très bien accepter la charge dans la partie initiale de la période de charge.
Un chargeur à potentiel constant, à tension régulée et à température compensée est le meilleur chargeur pour les batteries VRLA.

La tension de charge du flotteur CP est normalement de 2,25 à 2,30 V par cellule. Il n’y a pas de limite pour le courant de charge flottante. Mais, pour la charge d’appoint à une tension CP de 14,4 à 14,7 pour les batteries VRLA, un courant initial maximal de 30 à 40 % de la capacité nominale en ampères est stipulé par la plupart des fabricants (tant pour les batteries de type noyé que VRLA). Une variation de ± 1 % sur la valeur de la tension d’entretien et de ± 3 % pour la tension de charge d’appoint est prescrite par la plupart des fabricants.

[1. https://www.thebatteryshop.co.uk/ekmps/shops/thebatteryshop/resources/Other/tbs-np65-12i-datasheet.pdf 2. https://www.sbsbattery.com/media/pdf/Battery-STT12V100.pdf 3. https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]

Effets de la température sur la durée de vie des batteries VRLA

La température a une influence considérable sur la durée de vie des batteries plomb-acide à soupape. Pour chaque augmentation de 10°C de la température de fonctionnement, l’espérance de vie est réduite de moitié. Les chiffres donnés ci-dessous confirment ce fait. La durée de vie du flotteur à 20°C est d’environ 10 ans pour un produit particulier de Panasonic. Mais à 30°C, la durée de vie est d’environ 5 ans. De même, la durée de vie à 40°C est d’environ 2 ans et 6 mois [Figure 10 in https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf].

Page 6 dans http:// news.yuasa. co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf].

Par conséquent, si un consommateur souhaite acheter une nouvelle batterie, il doit prendre en considération la température ambiante moyenne et la durée de vie à cette température. S’il veut qu’une batterie dure 5 ans à 30 ou 35oC, il doit opter pour une batterie conçue pour une durée de vie de 10 ans à 20oC.

Durée de vie de la charge du flotteur à différentes températures

Fig 1 Durée de vie du flotteur à différentes températures des produits Panasonic VR
https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf

Float life at different temperatures

Fig 2 Durée de vie du flotteur à différentes températures des produits VR de Yuasa (UK)

http://news.yuasa.co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf

La norme britannique 6240-4:1997, donne la dépendance de la durée de vie par rapport à la température entre 20 et 40°C.

Durée de vie cyclique des batteries VRLA

Par rapport à la durée de vie flottante, la durée de vie cyclique des batteries VR sera plus courte en raison de la quantité de matériaux actifs utilisés par cycle. En mode flottant, les batteries sont appelées à fournir de l’énergie uniquement en cas de coupure de courant. En revanche, en mode cyclique, la batterie est déchargée à chaque fois jusqu’à la profondeur de décharge requise(DOD) et rechargée immédiatement. Cette décharge suivie d’une charge est appelée un « cycle ». La durée de vie du cycle dépend de la quantité de matériaux convertis par cycle, c’est-à-dire de la DOD. Plus la conversion est faible, plus la vie est élevée. Le tableau suivant montre la durée de vie des produits VRLA de Panasonic jusqu’à 60 % et 80 % de la capacité de fin de vie DOD pour trois niveaux de DOD.

Tableau 2. Cycles de vie approximatifs des produits VRLA de Panasonic à 60 % et 80 % de la fin de vie pour trois DOD à une température ambiante de 25oC. [Adapté de https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf Figure à la page 22]

DOD à la fin de la vie

Cycles de vie à 100 % de DOD

Cycles de vie à 50 % de DOD

Cycles de vie à 30 % de DOD

Vie à 60 % DOD

300

550

1250

Vie à 80 % DOD

250

450

950

  • Température et courant de flotteur

Tableau 3. Courant de flottement à 2,3 V par cellule pour trois types de cellules plomb-acide à différentes températures

[[Adapté de C&D Technologies https://www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf

Figure 19, page 22]

Température, °C

Courant approximatif, mA par Ah20

Des cellules calciques inondées

25

0.25

30

0.35

40

0.6

50

0.9

60

1.4

Cellules VR gélifiées

25

0.6

30

0.75

40

1.5

50

3

60

6

Cellules VR AGM

25

1.5

30

2

40

3.5

50

8

60

15

  • Essai d’aptitude au fonctionnement avec flotteur [IEC 60896-21 et 22:2004].

LaCEI donne une procédure d’essai pour vérifier l’aptitude des cellules VR à fonctionner en mode flottant. Les piles ou batteries doivent être soumises à une tension flottante de VFloat qui doit être spécifiée par le fabricant dans la gamme typique de 2,23 à 2,30 VOLTS PAR PILE. La tension initiale de chaque cellule ou batterie monobloc doit être mesurée et notée. Après 3 mois, la tension de chaque cellule ou batterie monobloc est mesurée et notée. Après 6 mois de fonctionnement flottant, les cellules ou monoblocs sont soumis à l’essai de capacité. La capacité réelle à la décharge doit être supérieure ou égale à la capacité nominale.

  • Variation de la tension de flottaison d’une cellule à l’autre

En raison des variables inhérentes au processus, les tensions des cellules ou des batteries individuelles sont amenées à varier sur une plage de tension de fonctionnement du flotteur. Des différences minimes dans les paramètres internes des plaques comme le poids des matériaux actifs, la porosité des matériaux actifs, et les différences dans la compression des plaques et la compression des AGM, la variation du volume de l’électrolyte, etc. provoquent cette variation. Même avec des étapes de contrôle de qualité strictes (à la fois dans les matériaux et les contrôles de processus dans les opérations unitaires), les produits VR montrent des variations de cellule à cellule résultant en une distribution « bimodale » des tensions de cellule pendant l’opération de flottement.

Dans une cellule classique avec un excès d’électrolyte noyé, les deux plaques se chargent indépendamment l’une de l’autre. Les gaz oxygène et hydrogène ont de faibles taux de diffusion dans les solutions d’acide sulfurique. Les gaz dégagés pendant la charge sortent des cellules car ils n’ont pas le temps d’interagir avec les plaques.

Dans les cellules VRLA, le phénomène du cycle de l’oxygène rend cette image complexe. Comme dans le cas des cellules inondées, la décomposition de l’eau se produit sur la plaque positive ; la corrosion de la grille se produit également. Bien qu’une certaine quantité d’oxygène s’échappe des cellules VR dans les premiers stades de la charge flottante (en raison des conditions de non-alimentation), la création de trajets de gaz se produit après que le niveau de saturation soit passé des 90 à 95 % initiaux à des niveaux inférieurs.

Maintenant, la réaction inverse de décomposition de l’eau qui s’est produite sur la plaque positive commence à se produire sur la plaque négative :

Décomposition de l’eau sur le PP : 2H2O → 4H+ + O2 ↑ + 4e-………………………. (1)

Réduction de l’O2 (= recombinaison de l’O2) sur le NP : O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O + (Chaleur) …………. (2)

[2Pb + O2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O+ Chaleur] …….. (3)

Les points suivants peuvent être notés à partir des réactions ci-dessus :

  • On constate que le résultat net est la conversion de l’énergie électrique en chaleur.
  • Ainsi, lorsqu’une batterie VR entre dans la phase de cycle d’oxygène, les batteries deviennent plus chaudes.
  • L’oxygène n’est pas perdu dans l’atmosphère
  • Le plomb présent dans le NAM se transforme en sulfate de plomb et le potentiel du NP devient donc plus positif, ce qui permet d’éviter le dégagement d’hydrogène.
  • Pour compenser la diminution de la tension NP, les plaques positives deviennent plus positives et il se produit un dégagement d’oxygène et une corrosion plus importants (de sorte que la tension appliquée au flotteur ne soit pas modifiée). L’oxygène ainsi produit sera réduit sur le NP, qui subit une polarisation supplémentaire, ce qui entraîne un potentiel plus positif pour le NP.

En raison de l’appel de courant pour la recombinaison de l’oxygène, les courants de flottement sont environ trois fois plus élevés pour les batteries VRLA que pour les produits noyés, comme l’a souligné Berndt [D.]. Berndt, 5th ERA Battery Seminar and Exhibition, Londres, UK, avril 1988, Session 1, Paper 4. 2. R.F. Nelson dans Rand, D.A.J ; Moseley, P.T ; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 258 et seq.].

Tableau 4. Chargement par flotteur : Comparaison des courants de flottement, du dégagement de chaleur et de l'élimination de la chaleur pour une batterie ventilée et une batterie VRLA.

Détails

Cellule inondée

Cellules VR

Remarques

Tension du flotteur par cellule, Volts

2.25

2.25

Même tension de flotteur

Courant de flotteur à l’équilibre, mA/100 Ah

14

45

Environ 3 fois plus dans les batteries VR

Entrée d’énergie équivalente, mW

31,5 mW (2,25 V X 14 mA).

101,25 mW (2,25 V X 45 mA).

Environ 3 fois plus dans les batteries VR

La chaleur évacuée par le gazage, mW

20,72 mW (1,48 V X 14 mA). (20.7/31.5 – 66 %)

5,9 (1,48 V x 4 mA)

(5.9/101.25 = 5.8 %)

Un dixième des cellules inondées

Bilan thermique, mW

31.5-20.72 = 10.78

101.25 – 5.9= 95.35

Conversion du courant de charge du flotteur en chaleur, en pourcentage

10.8

95

Environ 9 fois dans les batteries VR

  • Tension de gazage et de charge

Normalement, l’efficacité du cycle de l’oxygène à la tension de flottaison recommandée recombine tout l’oxygène généré sur la plaque positive en eau sur la plaque négative, ce qui fait que la perte d’eau est nulle ou négligeable et que le dégagement d’hydrogène est inhibé.

Mais si la tension ou le courant recommandés sont dépassés, un dégagement gazeux commence à se produire. C’est-à-dire que la production d’oxygène dépasse la capacité de la cellule à recombiner le gaz. Dans les cas extrêmes, de l’hydrogène et de l’oxygène sont dégagés, et une perte d’eau se produit, accompagnée d’une plus grande production de chaleur.

Tableau 5. Émission de gaz et courant de flottement à différentes tensions de flottement d’une cellule VR à électrolyte gélifié, 170 Ah

[Adapté de C&D Technologies www. cdtechno .com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf

Figure 17, page 21]

Tension de charge, Volts

Génération approximative de gaz, ml par minute

Génération approximative de gaz, ml par Ah par minuteº

Courant approximatif, Ampères

Courant approximatif, milliampères par Ahº.

< 2.35

Néant

Néant

2.35 Le gazage commence

0.4

2.35

2.4

1.5

0.0088

0.45

2.65

2.46

3.5

0.0206

0.6

3.53

2.51

10

0.0588

1.4

8.24

2.56

24

0.1412

3

17.65

º Valeurs calculées

  • Tension et courant de charge

Tableau 6. Tension de flottement en fonction du courant de flottement pour les batteries VRLA gélifiées et AGM

[Adapté de C&D Technologies www. cdtechno.com /pdf/ref/41_2128_0212.pdf

Figure 18, page 22]

Tension du flotteur (Volts)

Courant, mA par Ah

Batterie VR gélifiée

Batterie AGM VR

2.20

0.005

0.02

2.225

3

9

2.25

6

15

2.275

9.5

22

2.30

12

29

2.325

15

39

2.35

25

46

2.375

30

53

2.40

38

62

2.425

45

70

2.45

52

79

Tableau 7. Courant de flottaison pour les batteries VRLA en calcium, gélifiées et AGM à différentes températures pour une charge de flottaison de 2,3 volts par cellule.

[Adapté de C&D Technologies www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf

Figure 19, page 22]

Température de la cellule, °C

Courant, mA par Ah20

Batterie au calcium inondée

Batterie VR gélifiée

Batterie AGM VR

25

0.25

0.65

1.5

30

0.375

0.9

2

35

0.425

1.25

3

40

0.55

1.6

4.1

45

0.7

2

6

50

0.875

3.5

7.5

55

1.15

3.75

11.1

60

1.4

6

15

  • Tension du flotteur, température de fonctionnement et durée de vie

Une surcharge à une tension supérieure à la tension d’entretien recommandée réduira considérablement la durée de vie des batteries. Ce tableau montre l’effet sur la durée de vie d’une surcharge d’une batterie au gel.

Tableau 8. Pourcentage de durée de vie des cellules de gel en fonction de la tension de recharge (Tension recommandée pour la charge 2,3 à 2,35 V par cellule)

www. eastpenn-deka. com/assets/base/0139.pdf

Tension de recharge

Pourcentage de durée de vie des cellules de gel

Recommandé

100

0,3 V de plus

90

0,5 de plus

80

0,7 de plus

40

Ron D. Brost [Ron D. Brost, Proc. Treizième conférence annuelle sur les batteries. Applications and Advances, California Univ., Long Beach, 1998, pp. 25-29]. a rapporté les résultats d’un cyclage sur 12V

VRLA (Delphi) à 80% de DOD à 30, 40 et 50 oC. Les batteries ont été soumises à une décharge de 100% à 2 heures tous les 25 cycles à 25pC pour déterminer la capacité. Les résultats montrent que la durée de vie du cycle à 30oC est d’environ 475, alors qu’elle descend à 360 et 135, environ, à 40 et 50oC respectivement.

La relation entre la tension du flotteur, sa température et sa durée de vie.

Figure 3. La dépendance de la durée de vie du flotteur à la tension et à la température du flotteur

[Malcolm Winter,3rd ERA Battery Seminar, 14 janvier 1982, Londres, (ERA Report No. 81-102, pp. 3.3.1. à

Durée de vie du flotteur en fonction de la tension du flotteur
  • Volume de l’électrolyte et élévation de la température pendant la charge flottante

L’augmentation de la température pendant la charge est la plus faible dans les cellules inondées et la plus forte dans les cellules AGM VR. La raison réside dans le volume de l’électrolyte que possèdent les différents types de cellules. Le tableau suivant illustre ce fait. En raison du volume plus important d’électrolyte par rapport aux cellules AGM, les cellules gel peuvent supporter des décharges plus profondes.

Tableau 9. Type de batterie et volumes relatifs des électrolytes

sv-zanshin .com/r/manuels/sonnenschein _gel_handbook_part1.pdf]

Cellules inondées, OPzS

Cellules gélatinisées, cellules A600 de Sonnenschein

Cellules AGM, Absolyte IIP

Cellules gélifiées, cellules Sonnenschein A400

Cellules AGM, Marathon M, FT

1

0,85 à 0,99

0,55 à 0,64

1

0,61 à 0,68

1

0,56 à 0,73

1,5 à 1,7

1

1,4 à 1,8

1

  • L’écart de tension sur la charge flottante

L’écart de tension dans un chapelet de batteries VR à charge flottante varie à différentes périodes après le début de la charge flottante. Au départ, lorsque les cellules contiennent plus d’électrolyte que dans les conditions de privation, les cellules présentent des tensions plus élevées et celles qui ont une bonne recombinaison présentent des tensions de cellule plus faibles (en raison de la diminution des potentiels des plaques négatives) ; les cellules avec un volume d’acide plus élevé auront des plaques négatives polarisées qui présenteront des tensions de cellule plus élevées conduisant à un dégagement d’hydrogène.

Bien que la somme de toutes les tensions des cellules individuelles soit égale à la tension de chaîne appliquée, les tensions des cellules individuelles ne seront pas les mêmes pour toutes ; certaines auront des tensions plus élevées (en raison de l’absence de famine et du dégagement d’hydrogène) que la tension par cellule appliquée et d’autres auront des tensions plus faibles (en raison du cycle de l’oxygène). Un exemple

de ce phénomène est donnée par Nelson [1. R.F. Nelson dans Rand, D.A.J ; Moseley, P.T ; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 266 et seq. 2. R.F. Nelson, Proceedings of the 4th International Lead-Acid Battery Seminar, San Francisco, CA, USA, 25-27 avril 1990, pp. 31-60].

Tableau 10. Les données relatives à l’écart de tension des cellules individuelles pour les cellules VR prismatiques de 300 Ah dans une matrice 48-V/600-Ah flottaient à 2,28 volts par cellule.

[R.F. Nelson dans Rand, D.A.J ; Moseley, P.T ; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 266 et seq].

Tension d’origine

Après 30 jours de charge flottante

Après 78 jours de charge flottante

Après106 jours de charge flottante

Plage de tension, V

Écart, mV

Plage de tension, V

Écart, mV

Plage de tension, v

Écart, mV

Plage de tension, V

Écart, mV

2.23 à 2.31

80

2,21 à 2,37

160

2,14 à 2,42

280

2.15 à 2.40

250

On constate que certaines cellules peuvent atteindre le stade du gazage (2,42 V) et que d’autres sont inférieures à la tension imposée de 2,28 V par cellule.

Certains auteurs estiment que les tensions des cellules se stabilisent dans les six mois de fonctionnement du flotteur et que la variation des tensions des cellules se situe à ±2,5 % de la valeur moyenne. Cela signifie que pour la valeur moyenne de 2,3

VOLTS PAR CELLULE, la variation sera de l’ordre de 2,24 – 2,36 (c’est-à-dire 60mV de moins ou de plus pour un fonctionnement à 2,3V). [Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61].

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Figure 4. Variation de la tension de cellule à cellule d’une nouvelle batterie UPS de 370V chargée par flottement avec une tension de flottement = 2.23 Vpc

[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61].

Variation de la cellule à une tension de cellule
  • La charge flottante et l’importance de contrôler les tensions des cellules :

Il est très important de contrôler les tensions des cellules pendant les périodes de charge flottante. Expériences menées sur une batterie VR de télécommunication de 48V/100Ah illustrent ce fait.

Les cellules ont été flottées à 2,3 V par cellule avec un courant de 0,4 – 0 ,6mA/Ah et la température de l’extrémité

cellules, la cellule centrale et les environs étaient égaux). La tension d’entretien de la chaîne est de 2,3 V x 24 cellules = 55,2 V.

Tableau 11. 2,3 V Charge flottante des batteries de télécommunication 48 V, 100 Ah, avec un courant de 0,4 – 0 ,6mA/Ah.

[Matthews, K ; Papp, B, R.F. Nelson, in Power Sources 12, Keily, T ; Baxter, B.W.(eds) International Power Sources Symp. Comité, Leatherhead, Angleterre, 1989, pp. 1 – 31].

Non. de cellules court-circuitées

La tension des cellules s’élève à, Volts.

Le courant du flotteur augmente à (mA par Ah)

Température de la cellule augmentée de, °C

Durée de l’augmentation de ladite température, heures

Remarques

Un

2.4 (55.2 ÷ 23)

2.5

1

24

Pas d’augmentation de la température

Deux

2.51 (55.2 ÷ 22)

11

5

24

Élévation minimale de la température

Trois

2.63 (55.2 ÷ 21)

50

12

24

Commence à entrer dans l’emballement thermique

Quatre

2.76 (55.2 ÷ 20)

180

22

1

Il entre dans une condition d’emballement thermique.

GazH2Sgénéré

Les données ci-dessus indiquent que le court-circuitage de 1 ou 2 cellules ne serait pas désastreux d’un point de vue thermique.

A condition que les cellules VR ne soient pas utilisées dans des conditions abusives (par ex, > 60°C et des courants de charge élevés ou des tensions d’amorçage supérieures à 2,4 V par cellule), ils n’émettent pas de gaz H2S ou SO2. Si ces gaz sont produits, les composants en cuivre et en laiton environnants et les autres pièces électroniques seront contaminés et ternis. Il est donc essentiel de surveiller la tension des cellules des batteries du flotteur.

  • Emballement thermique

Des tensions et des courants de flottement élevés entraînent des températures de cellule plus élevées. Une bonne ventilation est donc indispensable pour tous les types de batteries. Lorsque la température produite à l’intérieur d’une cellule VR (en raison du cycle de l’oxygène et d’autres facteurs), ne peut être dissipée par le système cellulaire, la température augmente. Lorsque cette condition persiste pendant une longue période, l’assèchement de l’électrolyte et l’augmentation de la température due à la génération de gaz (O2 etH2) entraîneront des dommages au bocal de la cellule et un éclatement peut se produire.

Les figures ci-dessous montrent quelques exemples de résultats du phénomène d’emballement thermique :

Incendie dû à l'emballement thermique
Incendie dû à l'emballement thermique
Court-circuit dû à l'emballement thermique
Court-circuit dû à l'emballement thermique
Destruction des conteneurs due à l'emballement thermique
Destruction des conteneurs due à l'emballement thermique
Explosion due à l'emballement thermique
Explosion due à l'emballement thermique

Figure 5. Effets d’emballement thermique

[https://www. cpsiwa. com/wp-content/uploads/2017/08/14.-VRLA-Battery-White-Paper-Final-1.pdf]

  • Tension de charge du flotteur et facteur d’accélération de la corrosion de la plaque positive

La tension de charge a une grande influence sur la durée de vie des VRLA, tout comme la température. La vitesse de corrosion de la gaine positive dépend du potentiel auquel la plaque est maintenue. Figure[Piyali Som et

Joe Szymborski, Proc. 13ème conférence annuelle sur les batteries. Applications & Advances, Jan 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290] montre que le taux de corrosion de la grille a une plage de valeurs minimales qui correspond au niveau optimal de polarisation de la plaque (c’est-à-dire de 40 à 120 mV). Ce niveau de polarisation de la plaque correspond à un réglage optimal de la tension du flotteur. Si le niveau de polarisation positive de la plaque (PPP) est inférieur ou supérieur au niveau optimal, le taux de corrosion de la grille augmente rapidement.

Figure 6. Accélération de la corrosion de la grille positive par rapport à la polarisation de la plaque positive

[Piyali Som et Joe Szymborski, Proc. 13ème conférence annuelle sur les batteries. Applications et progrès, janvier

1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290]

Polarisation positive de la plaque
Accélération de la corrosion de la grille positive par rapport à la polarisation de la plaque positive
  • Potentiel de plaque et polarisation

La relation entre la tension du flotteur et la polarisation positive de la plaque (PPP) est très importante. La figure 7 montre un exemple de niveaux de polarisation positive de la plaque (PPP) pour différentes tensions de flotteur à quatre températures différentes. La polarisation est la déviation de la tension en circuit ouvert (OCV) ou du potentiel d’équilibre. Ainsi, lorsqu’une cellule plomb-acide ayant un OCV de 2,14 V (l’OCV dépend de la densité de l’acide utilisé pour remplir la batterie (OCV = gravité spécifique + 0,84 V) est mise à flot à une tension de 2,21 V, elle est polarisée de 2210-2140 = 70 mV. Les niveaux optimaux de polarisation des plaques se situent entre 40 et 120 millivolts. La tension d’entretien recommandée est de 2,30 V par cellule.

Figure 7. Exemple des effets de la tension du flotteur sur la polarisation positive de la plaque [Piyali Som et Joe Szymborski, Proc. 13th Conférence annuelle sur les batteries. Applications & Advances, Jan 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290].

Exemple d'effets de la tension du flotteur sur la polarisation de la plaque positive
  • Chargement flottant d’une batterie de voiture

Si l’on veut charger une batterie de voiture (ou une batterie de démarrage automobile ou une batterie SLI) de manière flottante, il faut opter pour un chargeur à potentiel constant qui peut également régler la limite de courant. Le système automobile embarqué est conçu pour charger la batterie de la voiture dans un mode de charge à potentiel constant modifié. Ce mode ne permettra jamais à la batterie de dépasser la limite de tension fixée et il est donc sûr.

La durée de la charge complète de la batterie de la voiture dépend de son état de charge, c’est-à-dire si la batterie est entièrement déchargée ou à moitié déchargée ou entièrement déchargée et laissée pendant quelques mois sans recharge.

Selon l’intensité du courant (ampérage) du chargeur et la capacité de la batterie, quelques heures ou plus de 24 heures.

Par exemple, une batterie de voiture de 12 V, d’une capacité de 60 Ah, si elle est entièrement déchargée, peut être rechargée en 25 à 30 heures, à condition que le chargeur soit capable de charger la batterie à 2 ou 3 ampères.

Si vous ne connaissez pas la capacité Ah, vous pouvez la découvrir par plusieurs méthodes :

  1. D’après l’étiquette de la batterie
  2. Demandez au concessionnaire le modèle de la batterie pour cette voiture particulière.
  3. De la capacité de réserve (RC) si elle est indiquée sur la batterie.
  4. De l’indice CCA (ampères de démarrage à froid) s’il est indiqué sur la batterie (se référer à la norme indienne ou à toute norme de batterie de démarrage qui donne les indices RC et CCA. Exemple IS 14257).

En conséquence, nous pouvons ajuster le temps de charge.

Il est toujours conseillé de déconnecter la batterie du chargeur lorsqu’elle est complètement chargée. La tension reste constante si la batterie est complètement chargée. De plus, l’ampèremètre du chargeur indiquera un courant très faible de l’ordre de 0,2 à 0,4 ampère constant pendant deux à trois heures.

  • Chargement flottant des batteries LiFePO4

La charge des batteries VR et des batteries LiFePO4 est similaire dans les aspects :

  1. Phase 1 : les deux peuvent démarrer la charge en mode courant constant (CC) (jusqu’à 80 % d’entrée).
  2. Étape 2 : Passage en mode CP une fois que la tension de consigne est atteinte (charge complète).
  3. Étape 3 : La troisième étape est la charge lente (facultative dans le cas des cellules VR et inutile dans le cas des cellules LiFePO4 en raison du risque de surcharge et des réactions délétères qui l’accompagnent aux deux électrodes).

La différence dans la première étape pour les deux types de batteries est le courant de charge. Dans le cas des cellules LiFePO4, le courant peut atteindre 1 C ampères. Mais dans le cas des batteries VR, un maximum de 0,4 C A est recommandé. Par conséquent, la durée de la première phase sera très courte dans le cas des batteries LiFePO4, aussi peu qu’une heure. Mais dans le cas des batteries VR, cette étape prendra 2 heures à 0,4 C A et 9 heures à 0,1 C A.

Comme pour la première étape, la deuxième étape prend également moins de temps dans le cas des cellules LiFePO4 (aussi peu que 15 minutes), alors qu’elle prend 4 heures (0,4 C A) à 2 heures (0,1 C A).

Ainsi, dans l’ensemble, les cellules LiFePO4 prennent environ 3 à 4 heures tandis que les cellules VR prennent 6 heures (à 0,4 C A et 2,45 V de charge CP) à 11 heures (à 0,1 C A et 2,30 V de charge CP).

Figure 8. Charge à tension constante des cellules VR de Panasonic à 2,45 V et 2,3 V par cellule pour différents courants initiaux [https://eu.industrial. panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_f.pdf].

Charge à tension constante des cellules Panasonic VR à 2,45 V et 2,3 V par cellule à différents courants initiaux

Notes :

Conditions d’essai :

Décharge : 0,05 C A décharge à courant constant (taux de 20 h)

Tension de coupure : 1,75 V par cellule

Charge : 2,45 V par cellule —————–

2,30 V par cellule ___________

Température : 20°C

Figure 9. Profil de charge des batteries VRLA

[https://www. power-sonic. com/blog/how-to-charge-lithium-iron- phosphate-lifepo4-batteries/]

Figure 9. Profil de charge des batteries VRLA

Figure 10. Profil de charge de la batterie LiFePO4

[https://www. power-sonic.com/blog/how-to-charge-lithium-iron-phosphate -lifepo4-batteries/]

Figure 10. Profil de charge de la batterie LiFePO4

Comme mentionné au début, l’étape de charge lente n’est pas nécessaire pour les cellules LiFePO4. Elle peut être nécessaire pour les cellules VR après une période de stockage de quelques mois. Mais si l’on envisage une utilisation à long terme, les cellules VR peuvent être mises en charge de maintien à 2,25 à 2,3 V par cellule.

Les cellules LiFePO4 ne doivent pas être stockées à 100 % SOC et il suffit qu’elles soient déchargées et chargées à 70 % SOC une fois tous les 180 jours à 365 jours de stockage.

La tension de charge (par exemple 4,2 V par cellule au maximum) doit être contrôlée à ± 25 à 50 mV par cellule, en fonction de la chimie des cellules, de leur taille et du fabricant. Un courant de 1C ampères est appliqué initialement jusqu’à ce que la limite de tension de la cellule soit atteinte. Ensuite, le mode CP est activé. À l’approche de la tension maximale, le courant diminue à un rythme régulier jusqu’à la fin de la charge à un courant d’environ 0,03 C, selon l’impédance de la cellule. Avec un courant initial de 1 C ampères, une cellule lithium-ion atteint la charge complète en 2,5 à 3 heures.

Certains fabricants permettent d’augmenter le courant initial à 1,5 C ampères. Mais un courant initial de 2,0 C ampères n’est généralement pas autorisé par les fabricants, car les courants plus élevés ne diminuent pas sensiblement le temps de charge. [Walter A. van Schalkwijk dans Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk et Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 463 et suivantes.]

Bien que des recharges de très courte durée soient revendiquées pour les cellules LiFePO4, il faut noter que l’investissement sera très élevé pour un tel chargeur compte tenu de la puissance du chargeur.

En termes pratiques, nous pouvons charger une batterie Li-ion de 100 Ah à 100 ampères (1C ampères) alors qu’une batterie VR équivalente peut être chargée à un maximum de 40 ampères (0,4 C ampères). Le courant de fin de charge pour les cellules Li serait pour cette batterie de 3 ampères, tandis que pour la batterie VR le courant de flottement de fin de charge serait d’environ 50 mA. La durée totale de la charge sera de 3 à 4 heures pour une cellule Li et pour une cellule VR, elle sera d’environ 10 heures.

Il n’est pas nécessaire d’effectuer une charge de maintien pour les cellules Li, tandis que pour les cellules VRLA, une charge de maintien peut être nécessaire après 3 à 4 mois. Les cellules VR peuvent être stockées à 100 % du SOC, tandis que les cellules Lithium doivent être stockées à moins de 100 % du SOC.

Les cellules Li-ion entièrement chargées ne doivent pas être rechargées. Tout courant fourni à une batterie Li-ion entièrement chargée endommagera la batterie. Une petite surcharge peut être tolérée, mais les conditions extrêmes conduiront à l’éclatement et à la mise à feu si elles ne sont pas protégées par le système de gestion de la batterie (BMS).

Pour de plus amples informations, veuillez consulter le site https://battlebornbatteries.com/charging-battleborn-lifepo4-batteries/

https://www.electronicsweekly.com/market-sectors/power/float-charging-lithium-ion-cells-2006-02/

Figure 11. Étapes de la charge pour un algorithme de charge Li-ion standard

[Walter A. van Schalkwijk dans Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk et Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 464].

Figure 11. Étapes de la charge pour un algorithme de charge Li-ion standard
  • Chargement flottant des batteries au lithium ion – float voltage lithium ion

La charge flottante n’est pas nécessaire pour les batteries Li-ion. Ils ne doivent pas non plus être stockés à l’état de charge complète. Ils peuvent être déchargés et chargés à 70 % SOC une fois tous les 6 à 12 mois si un stockage de longue durée est envisagé.

charge flottante et charge de maintien

  • Quelle est la différence entre la charge d’entretien et la charge flottante ?

Larecharge lente est une charge d’entretien pour compléter la charge. Une charge d’entretien ne compense que l’autodécharge. Selon l’âge et l’état de la batterie, une densité de courant de 40

à 100 mA/100 Ah de capacité nominale peut être nécessaire pendant la charge d’entretien (charge de maintien). Ces batteries doivent être rechargées après chaque décharge. Une fois que la batterie est complètement chargé, il doit être déconnecté du chargeur. Sinon, la batterie sera endommagée.

La charge flottante est une charge continue à tension constante et la batterie est toujours prête à fournir l’énergie nécessaire car elle est toujours complètement chargée.

Combien de temps peut-on charger une batterie en mode flottant ?

Les tensions de charge flottante sont maintenues à une valeur suffisamment élevée pour compenser l’autodécharge de la batterie et pour maintenir la batterie dans un état de charge complète à tout moment, mais suffisamment basse pour minimiser la corrosion de la grille positive. Le courant de charge dépend dans une large mesure du profil de la charge. Le courant sera plus élevé après un délestage. Les batteries ne sont jamais surchargées dans ce mode. En cas d’inactivité prolongée, le courant de flottement serait de 200 à 400 mA par 100 Ah de capacité.

La batterie n’est jamais déconnectée du chargeur. La batterie flotte sur le bus du chargeur.

  • Comment calculer le courant de charge du flotteur

Le chargeur à flotteur fournit du courant après avoir détecté la tension de la batterie. Il n’est donc pas nécessaire de calculer le courant de charge du flotteur. Seulement, on peut limiter le courant d’appel initial à un maximum de 0,4 C ampères. Comme la charge flottante est un chargeur à potentiel constant, elle réduit automatiquement le courant au niveau requis. Au contraire, la batterie ne recevra que ce qu’elle veut. Normalement, toutes les batteries VR sont flottantes à 2,3 V par cellule. Une batterie entièrement chargée ne recevra que 0,2 à 0,4 A par 100 Ah de capacité.

  • Différence entre la charge d’appoint et la charge flottante

La charge d’appoint est une méthode de charge à courant relativement élevé à laquelle on a recours lorsqu’une batterie déchargée doit être utilisée en cas d’urgence, lorsqu’aucune autre batterie n’est disponible et que le SOC n’est pas suffisant pour que la batterie soit utilisée.

les travaux d’urgence. Ainsi, une batterie au plomb peut être chargée à des courants élevés en fonction du temps disponible et du SOC de la batterie. Comme les chargeurs rapides sont disponibles de nos jours, la charge d’appoint est aujourd’hui familière. Normalement, ces chargeurs d’appoint commencent à charger à 100A et diminuent jusqu’à 80A. La chose la plus importante est que la température ne doit pas dépasser 48-50oC.

La charge flottante est une charge continue à potentiel constant de 2,25 à 2,3 V par cellule VR. La charge d’entretien permet à la batterie d’être prête à fournir du courant à tout moment. La batterie est toujours maintenue à ce niveau et après une coupure de courant, le chargeur fournit un courant élevé, qui diminue jusqu’à environ 0,2 à 0,4 A par 100 Ah de capacité de la batterie lorsque celle-ci est complètement chargée.

  • Charge d’absorption et charge flottante

Le site Lacharge à courant constant dans un mode de charge CC-CP (IU) lorsque la batterie reçoit la plus grande partie de l’apport est appelée la « étape de chargement en vrac » et le La charge dumode à potentiel constant pendant laquelle le courant diminue est appelée la « étape de charge d’absorption » et cette tension de charge en mode CP est appelée la tension d’absorption.

J’espère que cet article vous a été utile. Si vous avez des suggestions ou des questions, n’hésitez pas à nous écrire. Lire la charge flottante en hindi dans le menu des autres langues. Veuillez consulter le lien pour en savoir plus sur la charge flottante.

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