Qu'est-ce qu'une batterie EFB ? Signification de la batterie EFB
Dans le but de réduire les émissions de CO2 des véhicules équipés d’un moteur à combustion interne (MCI), les constructeurs ont de plus en plus recours à ce que l’on appelle désormais la technologie start-stop. En termes simples, il s’agit d’une technologie incorporée dans le système de gestion d’un moteur qui éteint automatiquement le moteur lorsqu’il est à l’arrêt. Le moteur redémarre lorsque l’on appuie sur l’accélérateur et que le conducteur souhaite avancer. L’idée de base est de réduire le temps pendant lequel le moteur consomme inutilement du carburant, par exemple lorsqu’il est arrêté aux feux de signalisation ou aux carrefours pendant un voyage.
Cette méthode est la plus efficace lorsque le trajet est fréquemment interrompu, comme dans une ville ou un village où les pauses sont fréquentes sur le chemin de la destination. Malheureusement, une conséquence imprévue de cette situation a été l’effet sur la batterie SLI (démarrage, éclairage, allumage) du véhicule. En effet, les premières années de production de ces voitures ont donné lieu à des demandes de garantie sans précédent, les batteries SLI flambant neuves tombant en panne après quelques mois de service.
Il y avait plusieurs causes de défaillance : surdécharge, sulfatation et problèmes liés aux PSoC tels que la perte de capacité prématurée (PCL). Le problème de base était que les batteries ne pouvaient pas se recharger suffisamment à partir de l’alternateur pendant le temps disponible lorsque la voiture était conduite entre deux périodes d’arrêt. En termes simples, lorsque la voiture s’arrête, le moteur et donc la charge de la batterie par l’alternateur s’arrêtent.
Cependant, la charge de la batterie continue d’être exercée par divers appareils qui fonctionnent encore, par exemple la radio, la gestion du moteur, les feux, la climatisation et même le chauffage du pare-brise. Pendant ces périodes d’arrêt, l’énergie tirée de la batterie pour alimenter ces dispositifs est supérieure à celle que remplace l’alternateur lorsque le moteur tourne. Dans ces conditions, la batterie se déchargera progressivement et passera la majeure partie de sa vie dans un état de charge faible avec un électrolyte à faible densité.
Chargeur de batterie EFB
Le programme de test commence par une période de repos de 10 secondes, suivie d’une charge de l’alternateur pour simuler la conduite. La période de charge est calculée sur la base de la capacité de la batterie (Fig. 2). À la fin de la période de conduite, la voiture s’arrête et un courant de 50 ampères est consommé. C’est ce qu’on appelle la charge hospitalière ou la charge électrique essentielle, comme le chauffage, la climatisation, l’éclairage, la radio, etc. Ce sont les dispositifs typiques qui peuvent fonctionner lorsque la voiture est à l’arrêt.
C’était un problème majeur pour la batterie et l’industrie automobile et en 2015, un nouveau test standard a été ajouté à la norme européenne 50342 -6. qui était un test d’endurance de micro-hybride pour les batteries de démarrage. Le principe de base de l’essai est représenté schématiquement à la figure 1. On peut voir ici que les périodes de décharge et de charge de la batterie correspondent à la simulation d’une voiture en déplacement dans une zone encombrée ou construite, comme une ville.
La période suivante est une décharge de quelques secondes à 300 ampères qui simule la charge de courant de démarrage du moteur sur la batterie de l’EFB. Ce cycle se répète continuellement. Sans entrer dans la procédure absolue du test, on peut constater que ce test est conçu pour simuler la conduite urbaine. Le nombre minimum de ces cycles qu’une batterie doit être capable d’effectuer est de 8 000. Fig. 3 est un extrait de la norme provisoire pr50342-6, qui a maintenant été remplacée par la version approuvée.
Fig. 3 est un extrait de la norme provisoire pr50342-6, qui a maintenant été remplacée par la version approuvée.
En quoi la batterie EFB est-elle différente d'une batterie noyée ?
La fonction principale de l’essai est de mettre en évidence l’effet sur les batteries SLI d’une dégradation progressive de l’état de charge (SoC) d’une batterie due à des décharges fréquentes lorsque le véhicule est arrêté et à une recharge inadéquate pendant le temps de conduite entre les arrêts. En général, la dégradation de la batterie a des conséquences catastrophiques et la défaillance peut survenir en quelques mois en raison de la sulfatation des plaques, des effets PSoC tels que la dégradation des matériaux actifs et la stratification de l’électrolyte qui entraîne la corrosion du réseau et le délestage de la pâte.
Il convient de souligner qu’il s’agit d’une simulation. Cependant, cela souligne la nécessité de disposer d’une batterie d’EFB capable d’absorber de l’énergie dans un court laps de temps pour remplacer l’énergie retirée. Il est clair qu’en termes absolus, la capacité à reconstituer l’énergie utilisée par une batterie EFB dans un véhicule start-stop dépend de facteurs externes. Quelques exemples : le pays dans lequel vous vivez, si vous conduisez en ville ou à la campagne, si c’est au milieu de l’hiver à Moscou avec le chauffage et la lumière utilisés à plein régime, ou en France au printemps sans lumière, chauffage ou climatisation.
La question fondamentale est la suivante : dans le cas d'un véhicule à batterie EFB de type start-stop, comment faire en sorte que la batterie EFB soit suffisamment chargée pendant le temps disponible pour remplacer au moins l'énergie prélevée ?
Nous savons que l’alternateur de la voiture et le système de gestion du moteur sont fixes dans leur fonctionnement ; il ne reste donc que la batterie de l’EFB à modifier. Alors, quelles sont les propriétés de la batterie EFB qui doivent être ajustées pour améliorer l’absorption du courant et prévenir les conséquences néfastes d’une faible densité de charge, du fonctionnement du PSoC, de la stratification et du PCL, énumérées précédemment ? A ce stade, nous pouvons énumérer les caractéristiques de la batterie qui affectent son absorption de courant et sa propension à subir les effets énumérés.
Ce sont :
- Résistance interne
- Capacité de la batterie
- Matière active
- Mobilité des électrolytes
- Composition de l’alliage de la grille
Afin d’améliorer les performances de la batterie, nous pouvons examiner chacun des éléments ci-dessus afin d’apporter les améliorations appropriées.
Tout d’abord, la résistance interne : plus elle est élevée, plus le courant tiré à une recharge de tension fixe de l’alternateur est faible I = V/R. Plus le courant est faible, plus les ampères-heures renvoyés à la batterie de l’EFB pendant les périodes où le moteur de la voiture tourne sont faibles. Dans les premières automobiles à démarrage/arrêt, la batterie de l’EFB était certainement sous-chargée sur la majorité des courts trajets. Cela a rapidement conduit à une défaillance précoce de la batterie avec un taux élevé de retour sous garantie. La résistance interne est fonction de la conception de la batterie, des matériaux utilisés et des procédés de production utilisés pour sa fabrication
Les aspects de la conception comprennent la grille, qui, si elle est correctement formée, peut minimiser le chemin de collecte du courant. La surface totale des plaques est une autre caractéristique importante : plus elle est élevée, plus la résistance de la batterie est faible. En général, des plaques plus nombreuses et plus fines maximisent la surface conductrice. La surface de la section et la qualité de tous les joints métalliques, c’est-à-dire les soudures entre les cellules, les jonctions entre les languettes et les fusions entre les décollages et les terminaisons, contribueront toutes à la résistance interne totale de la batterie EFB. Les sections transversales des zones fusionnées et soudées doivent être maximisées afin d’obtenir la plus faible résistivité métallique des composants.
Autonomie de la batterie de l'EFB. Comment améliorer les propriétés de la batterie EFB ?
- Certains aspects de la fabrication des batteries plomb-acide, comme les étapes de mélange et de durcissement de la pâte, nécessitent des contrôles stricts des processus. Le contrôle de la température est d’une importance capitale pour produire la structure cristalline optimale dans la matière active (MA) préformée. Des températures de traitement plus élevées favorisent la formation de sulfate tétrabasique de plus grande taille dont la surface plus faible réduit les propriétés d’acceptation de charge de l’AM et donc l’efficacité de la batterie EFB en mode démarrage-arrêt.
- La capacité de la batterie de l’EFB est un autre facteur important pour déterminer le taux d’absorption du courant. Plus la capacité est élevée, plus le courant consommé à un état de charge donné est important. La capacité est liée à la surface de la matière active dans les plaques (mentionnée ci-dessus). L’augmentation de la capacité donne un IR plus faible avec un appel de courant plus élevé qu’une batterie de plus faible capacité lors de la charge à une tension fixe.
Là encore, cela signifie qu’une plus grande capacité est renvoyée à la batterie de l’EFB lorsque le moteur tourne. Il présente également l’avantage de ne pas se décharger trop profondément lors d’un fonctionnement cyclique et de maintenir ainsi un état de charge (SOC) plus élevé pendant sa durée de vie. L’avantage d’un SOC plus élevé est que la batterie est moins susceptible de souffrir d’une stratification de l’électrolyte et des dommages de corrosion qui en découlent.
- L’efficacité des matériaux actifs est un autre facteur qui est lié à la défaillance des batteries. Des améliorations de l’acceptation des charges peuvent être apportées par des additifs, principalement du carbone sous plusieurs formes, dans la matière active négative (MAN). Le rôle du carbone fait l’objet de nombreuses spéculations, et de nombreuses sociétés d’additifs ont leur propre produit propriétaire. Ceux-ci vont des nanotubes de carbone au graphite lamellaire, et tous ont la propriété d’améliorer l’efficacité du matériau actif à accepter une charge.
Là encore, il s’agit d’un gain positif pour les batteries utilisées pour les applications start-stop. Les batteries inondées EFB et, de plus en plus, les batteries AGM augmentent la teneur en carbone de leur NAM. L’utilisation d’une batterie noyée de plus grande capacité permettrait d’éviter la stratification en réduisant la profondeur de décharge en fonctionnement normal. Cela signifie que la batterie EFB est moins susceptible de souffrir de la séparation dommageable de l’acide dense et de l’acide à faible densité pendant les cycles de charge et de décharge.
- La mobilité de l’électrolyte désigne la capacité de l’électrolyte à se déplacer dans la batterie EFB . Les modèles inondés ont une mobilité maximale, tandis que les variantes AGM et GEL des batteries plomb-acide ont une mobilité faible ou nulle. Dans ces cas, on dit que l’électrolyte est immobilisé. Si l’on met de côté les avantages de la recombinaison des gaz, et donc la perte d’eau négligeable inhérente à ces conceptions, elles confèrent l’avantage de minimiser ou d’empêcher la stratification de l’électrolyte due aux cycles de décharge profonde.
- Les matériaux, notamment l’alliage de plomb utilisé pour fabriquer la grille, ont un impact significatif sur la résistance interne (IR) de la batterie EFB . L’utilisation de plomb-calcium au lieu de plomb-antimoine donnera une résistivité plus faible, principalement parce que la quantité d’éléments d’alliage secondaires est beaucoup plus petite. Le choix d’un alliage approprié doit être fait avec beaucoup de soin, car les méthodes de coulée et les contrôles de traitement doivent être adaptés à des combinaisons d’alliages particulières.
Un traitement incorrect de la grille peut entraîner l’élimination de certains des ingrédients de l’alliage de grille, soit par précipitation, soit par oxydation à l’état fondu. Ces pertes peuvent avoir un impact sérieux sur la résistance à la corrosion et au fluage du réseau, ce qui peut conduire à une croissance sévère du réseau et à une corrosion pénétrante qui contribue à une défaillance précoce des batteries EFB.
Jusqu’à présent, beaucoup d’exigences ont été énumérées pour produire la batterie EFB optimale pour une utilisation start-stop. Au départ, la réponse des équipementiers automobiles a été d’utiliser une batterie EFB de type AGM, qui présente généralement un IR plus faible en raison de son alliage de grille et d’un léger surdimensionnement pour éviter la surdécharge. On pensait également qu’elle réduisait l’incidence de la stratification en raison de l’immobilité de l’électrolyte. Cependant, la réduction du coût était également un facteur important pour les équipementiers dans la recherche d’une batterie adaptée à cette application. La solution la plus privilégiée et peut-être la plus efficace actuellement disponible est la batterie améliorée et inondée (EFB).
Alors, qu'est-ce qu'un EFB ?
Jusqu’à présent, le blog a décrit les problèmes d’un environnement micro-hybride pour une batterie plomb-acide SLI. Les causes de cette défaillance sont presque invariablement liées à l’incapacité de la batterie de l’EFB à absorber la charge assez rapidement pour remplacer l’énergie perdue lorsque le moteur d’une automobile est au ralenti. C’est également la cause de la stratification de l’électrolyte, qui joue un rôle important dans la réduction de la durée de vie des batteries SLI dans les véhicules à démarrage/arrêt. La solution EFB fournit la plupart des caractéristiques dont une batterie EFB a besoin pour améliorer considérablement l’acceptation de la charge. L’acceptation de charge d’une batterie SLI EFB en fonctionnement est souvent appelée acceptation de charge dynamique ou DCA.
Un bref résumé des caractéristiques de l'EFB :
- Faible résistance interne grâce à une meilleure conception de la grille et à l’utilisation d’alliages à faible résistance (ternaire Pb/Sn/Ca).
- Réduire la résistance interne en augmentant la surface des plaques (plaques plus fines).
- Une capacité plus élevée (batterie EFB plus grande) pour augmenter l’intensité du courant consommé lors d’une recharge à tension fixe et limiter la profondeur de décharge pour éviter la stratification de l’électrolyte et augmenter la durée du cycle.
- Une matière active améliorée (généralement des additifs à base de carbone) pour améliorer l’acceptation de la charge de la batterie.
Ces mesures aboutissent à une batterie EFB inondée qui a une capacité plus élevée (généralement plus grande) que les batteries standard, possède des grilles avancées en alliage de plomb, une surface de plaque plus importante et une matière active enrichie en carbone. C’est, à l’heure actuelle, la conception privilégiée pour les batteries SLI dans les véhicules start-stop. Elle est privilégiée principalement parce qu’elle est moins chère qu’une version AGM. Les versions AGM ont également tendance à avoir une capacité inférieure d’environ 15 % à celle d’une version inondée de taille similaire. Cela signifie un DoD plus élevé en fonctionnement, ce qui entraîne une durée de vie plus faible. Étonnamment, les conceptions AGM peuvent également souffrir de la stratification de l’électrolyte si le DoD sur le cycle est autour de 80%.
Il est essentiel de savoir quel type de batterie acheter si (et surtout quand) la batterie de votre véhicule start-stop tombe en panne. Si vous avez besoin d’aide à ce sujet, n’hésitez pas à contacter Microtex qui possède l’expérience et les connaissances nécessaires pour vous guider dans l’achat de votre batterie. En fait, si vous avez des problèmes de batterie pour lesquels vous avez besoin d’aide ou de conseils, Microtex, pour la plupart, sera votre guichet unique pour les conseils et les produits de batterie.
