Le remplacement des batteries plomb-acide par des batteries au lithium

Montage LiFePO4 hybride.

La procédure de remplacement, les avantages et les inconvénients

Nous tentons ici de lever le voile sur quelques types d’accumulateurs d’électricité qui occupent de plus en plus de place dans nos vies, notamment sur les bateaux.

Quelques faits :

Les batteries au lithium sont de plus en plus abordables et offrent des capacités très intéressantes du point de vue de la réserve d’énergie (ampères-heures utilisables ̶ AH).

Montage Acide / Plomb décharge profonde.

Une batterie plomb-acide présente un nombre de cycles de recharge variant de 150 à 300, alors que les batteries au lithium ont l’avantage d’offrir 2000 à 7000 cycles. (Les cycles sont le nombre de charges / décharges que peut supporter une batterie, soit la durabilité.)

Elles ont aussi une capacité de décharge très intéressante en se vidant complètement jusqu’au dernier ampère (A).

Il existe plusieurs types de batteries au lithium. La plus répandue est la technologie lithium-ion qui a d’abord été mise sur le marché pour les ordinateurs, les téléphones cellulaires, les automobiles électriques, etc.

Un montage de cellules LiFePO4. Crédit photo : Christian Lafrance.

Depuis environ deux ans, nous trouvons à des prix abordables des batteries avec les composantes lithium fer phosphate (LifePO4). Cette technologie est très attrayante pour remplacer la banque de batteries alimentant les accessoires (qui exige un grand nombre de cycles) voire toutes les banques de batteries du bateau (démarrage et guindeau).

En 2020, l’ABYC (American Boat and Yacht Council) a statué des normes sur l’installation des batteries au lithium-ion que l’on peut étendre aux batteries LiFePO4 :

• 5.1 : Toutes les batteries au lithium doivent avoir un système de contrôle de charge et de décharge intégré ou externe (BMS). Ce dispositif de type commutateur permet la gestion ou la surveillance de chaque cellule ainsi que de l’ensemble des batteries.
• 5.3 : Dans le cas où le BMS coupe l’alimentation des batteries, le bateau doit être muni d’une seconde banque de batteries lithium ou d’une banque conventionnelle afin de prévenir le manque d’électricité possible.
• 7.2 : Le site d’installation doit se trouver dans un emplacement où elles ne subiront ni chocs ni vibrations (à l’arrière du bateau de préférence).
• 7.12 : Les sources des charges doivent être adéquates selon les recommandations fournies par le fabricant des batteries.

L’installation :

Les batteries au lithium doivent être installées selon les règles de l’art et il est impératif de modifier les systèmes de charge conventionnels comme les technologies Gel, AGM ou plomb-acide.

La technologie au lithium permet lors de la charge une absorption constante et entière de la capacité de la source de charge (solaire, éolien ou électrique) et le BMS ne contrôle pas la quantité d’ampères (A) envoyée, mais uniquement le voltage.

Lors de la charge, un alternateur régulier enverra jusqu’à 13,8 volts (V) que la batterie plomb-acide acceptera sans problème. Une batterie au lithium acceptera plus de voltage, jusqu’à 14,5 V, mais le système BMS coupera le circuit s’il excède ce voltage. N’alimentant plus rien, cette rupture aura pour conséquence de surchauffer l’alternateur, risquant de l’incendier.

Lors de la décharge, une batterie au lithium a une courbe de décharge quasi constante jusqu’à son épuisement complet. S’il reste 10 % du voltage d’origine, elle sera encore à 12,4 V, mais n’aura plus la capacité de démarrer le moteur pour la recharger. Au niveau le plus bas d’environ 10 V, le BMS va couper le circuit, rendant toute l’électronique de bord inutilisable (voir norme 13.5.3).

Le BMS surveille également la température des batteries. Si elle dépasse le seuil acceptable par le BMS, celui-ci va couper le circuit et votre alternateur s’endommagera.

Un système permettant de contrôler la température et la capacité de charge doit aussi être ajouté.

Les avantages :

• Le poids et la dimension des batteries sont très intéressants. Par exemple, une batterie de 100 ampères par heure (AH) prend moins de place qu’un groupe 24 et ne pèse que 11 kg.
• La capacité de décharge est accrue (le double d’une batterie conventionnelle).
• La capacité de recharge est rapide.
• Le nombre de cycles est élevé (durabilité).

Les inconvénients :

• La plage de température est à respecter, car recharger une batterie au lithium en bas de 0 °C va l’endommager et la décharge en dessous de -20 °C fera de même.
• La température d’opération du BMS est importante. Celle-ci varie d’un fabricant à l’autre et il faut s’assurer de respecter les critères, car il y a un risque d’une déconnexion brutale avec les conséquences déjà mentionnées. En moyenne les batteries ne supportent pas de chaleur au-dessus de 55 °
• Le risque d’incendie des batteries lithium-ion est très élevé. (Certains assureurs ne couvrent plus les bateaux utilisant cette technologie.)
• L’obligation de remplacer ou d’ajouter des équipements afin de les rendre compatibles avec nos systèmes et de bien les surveiller.
• Les enlever de l’embarcation l’hiver afin que les basses températures ne les endommagent pas.

En conclusion, cette technologie offre de bons avantages, mais il est primordial de l’installer de façon sécuritaire en respectant les normes établies. Dans le doute, renseignez-vous auprès d’un électricien de marine accrédité par l’ABYC afin d’obtenir les bonnes informations. Plusieurs inspecteurs de l’AIMAQ ayant suivi des formations pourront valider la conformité de l’installation lors de l’inspection de votre bateau. N’oubliez pas d’informer votre compagnie d’assurance des changements effectués.

Nicolas Gibault donne des cours durant l’hiver sur l’électricité marine et sur l’électronique à bord en ligne ainsi que sur les pièges à éviter à l’achat d’un bateau et sur les Ajustements fins de voile et régate. Vous pouvez visiter ses sites Internet au nicolasgibault.com et au www.ecolenautique.com. Vous avez des questions ou souhaitez faire inspecter votre bateau? Vous pouvez l’appeler au 514 220-8717 ou lui écrire un courriel au nicolas@nicolasgibault.com.

Par Nicolas Gibault, SAMS, AIMAQ

*Cet article a été publié dans le magazine numérique Vol. 45 No. 1 de Québec Yachting. Abonnez-vous, c’est gratuit!