La batterie pour les nuls …

Non, nous n’allons pas traiter ici d’une méthode d’apprentissage d’un instrument de musique de la famille des percussions, instrument qui fut autrefois popularisé par Ringo Starr , Christian Vander ou Buddy Rich.

Nous allons discuter d’accumulateurs électriques.

Ami lecteur, si tu as prévu de rapidement parcourir ce qui va suivre d’un coup d’œil distrait, passe ton chemin, car si tu accroches à cet article, tu risques de rester quelques temps assis sur ta chaise.
Par contre, surtout si tu fais partie des confinés, la lecture attentive de cet article assez touffu saura certainement occuper une bonne partie de ton temps, temps malheureusement alloué à un niksen forcé du fait du confinement.

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Les batteries pour nos moteurs électriques … Sources d’interrogations, d’incompréhensions, et d’espérances souvent déçues.
Comme la plupart d’entre nous, nous pensons faire ce qu’il faut afin de préserver au mieux la durée de vie de nos batteries.
Pourtant, nous nous retrouvons souvent à devoir les changer au bout de 2 à 3 ans d’utilisation, malgré l’assurance d’un important nombre de cycles de charge promis par le constructeur de telle batterie très haut de gamme, l’utilisation de chargeurs de plus en plus perfectionnés (7 phases ou plus …), les arguments d’économies d’énergie espérés grâce aux technologies embarquées de nos moteurs modernes.

Avant toute chose, je tiens à préciser que cet article ne traite que de l’utilisation de batteries au plomb-acide, qu’elles soient de technologie liquide, AGM ou gel.
Ces batteries sont fabriquées avec des volumes de production très importants, d’où leur faible prix de vente, et, du fait de leur excellent rapport énergie/prix, elles restent les plus utilisées sur nos embarcations.

Les batteries Li-On et assimilées, bien qu’ayant un fonctionnement assez similaire, ont des particularités qui leur sont propres.

J’en profite également pour glisser ici le lien vers la feuille de calcul Excel qui vous permettra d’évaluer rapidement le temps d’utilisation de votre batterie en fonction de ses caractéristiques, du courant de décharge appliqué et de l’effet Peukert.

Lien vers la feuille Excel : —> calcul batterie

Ceci afin de vous éviter de devoir aller chercher ce lien plus bas si vous avez déjà lu cet article.

La première chose à retenir : Les batteries sont des produits « consommables » , fragiles, et leur durée de vie est limitée.
Cette durée de vie peut s’imaginer comme étant un capital qui va progressivement s’amoindrir à chaque cycle d’utilisation.

Pour rappel, un cycle, c’est une décharge puis une recharge, et ce peu importe le taux de décharge avant de procéder à la recharge.

Le nombre de cycles potentiels est dépendant de ce taux de décharge, et ces valeurs sont souvent indiquées par le fabricant sur les fiches techniques de leurs batteries.

Mais avant tout, une petite piqûre de rappel concernant la technologie des batteries au plomb-acide :

Le cycle de fonctionnement de toutes les batteries au plomb est basé sur des réactions chimiques réversibles entre le plomb, le dioxyde de plomb, l’acide sulfurique, le sulfate de plomb et l’eau.

D’une manière assez simpliste et très théorique, un élément de batterie complètement chargé comporte une plaque positive composée de dioxyde de plomb, d’une plaque négative composée de plomb pur et d’un électrolyte (acide sulfurique).

Lorsque la batterie se décharge, les deux plaques se « transforment » progressivement en sulfate de plomb, et la concentration de l’acide sulfurique diminue (il ne restera pratiquement que de l’eau lorsque la batterie sera complètement vidée).

Lors du phénomène de recharge, la réaction chimique inverse verra le sulfate de plomb se retransformer en acide sulfurique dans l’électrolyte, en plomb pur dans la plaque négative et en dioxyde de plomb dans la plaque positive.

Dans la pratique, à chaque recharge, une petite partie de sulfate de plomb ne sera pas reconvertie lors de la phase de recharge. Il restera sous la forme d’une fine couche déposée sur les plaques, réduisant ainsi la surface de contact entre les plaques et l’électrolyte, et la concentration de l’acide sulfurique diminuera.

Ce phénomène est une des raisons du vieillissement des batteries, qui perdent progressivement leur capacité à chaque cycle.
C’est un peu comme si la batterie devenait un tout petit peu plus petite à chaque fois qu’on la recharge.

Les batteries de démarrage, qui permettent des forts courants de décharge de très courte durée, sont composées de plaques très fines afin de maximiser les surfaces de contact avec l’électrolyte, et ne sont pas prévues pour un usage cyclique. Elles ne sont donc pas adaptées comme source d’énergie pour nos moteurs de bateau.

Les batteries dites « deep-cycle », « de cyclage », « de traction » ou encore « décharge profonde », sont composées de plaque épaisses, et permettent des utilisations en cycle de décharge relativement profonde, avec une grande réserve d’énergie. Ce sont ces caractéristiques que nous recherchons.

Par contre, ce type de batterie s’accommode très mal de courants de décharge trop élevés.
En effet, il faut un certain « temps » pour que l’énergie contenue dans la partie interne de la plaque épaisse puisse « diffuser » jusqu’à sa surface, car la réaction chimique est assez lente (c’est pour cette raison que ce type de batterie est souvent appelée « à décharge lente » cqfd).

Un courant de décharge trop violent peut rapidement provoquer une « décharge de surface », qui est très néfaste pour notre batterie deep-cycle.
Ce phénomène de décharge de surface peut également faire croire que la batterie semble rapidement déchargée, alors qu’après un certain temps de repos, on pourra observer un semblant de récupération d’énergie du à un effet d’équilibrage d’énergie dans l’épaisseur des plaques.

La durée de vie d’une batterie est en relation directe avec la profondeur de décharge , et une décharge complète détériorera inexorablement la batterie.

De nombreux paramètres interviennent et interagissent dans ce phénomène plus ou moins lent de vieillissement prématuré des batteries:

• La perte de matière active des plaques
• Des décharges trop profondes répétées
• Sensibilité aux surcharges, aux charges partielles, aux décharges profondes, aux charges trop rapides et aux températures élevées.

Bien que les batteries au plomb soient réputées pour ne pas avoir d’effet « mémoire », elles ne doivent pas non plus être être déchargées de manière régulière de seulement quelques %.
En effet, décharger une batterie de moins de 5% peut raccourcir sa durée de vie et limiter sa capacité à fournir des courants élevés, du fait que le sulfate s’accumule sur les plaques de manière très irrégulière au cours de la première étape du cycle de décharge.

De plus, il faut veiller à ne pas laisser une batterie déchargée durant une longue période.
En effet, lorsque la décharge est trop profonde, et que la batterie est laissée dans cet état, le sulfate de plomb va cristalliser.

On pourra remarquer ce phénomène, appelé couramment sulfatation, par la présence de poudre blanche au niveau des cosses. A terme, la sulfatation produira un effet de charge très rapide, mais également un effet de décharge encore plus rapide.

En fait, plus la décharge sera profonde, plus le courant de décharge sera élevé, plus le courant de charge sera important et plus rapidement le capital « vie » de la batterie sera épuisé.

La tension nominale d’une batterie au plomb est le plus souvent égale à 12 volts.
La capacité (donc le volume d’énergie) d’une batterie s’exprime communément en Ah, et plus rarement en Wh.
La profondeur de décharge d’une batterie est communément dénommée « dod ».

Si on mesure la tension à vide d’une batterie qui vient d’être chargée au moment ou l’on débranche le chargeur, le voltmètre affichera une valeur qui pourra approcher 13,8 V.
Il convient de laisser « reposer » la batterie au moins une heure avant de pouvoir mesurer la tension à vide réelle, qui doit normalement se situer entre 12,8 V et 13 V.
Cette tension « à vide », c’est à dire lorsque la batterie ne débite pas de courant, est appelée force électro motrice.
Elle ne reflète en rien l’état de votre batterie, et si celle-ci n’est pas en bon état, cette tension peut s’effondrer à la moindre sollicitation de la batterie.

Au fur et à mesure que la batterie se décharge, sa tension diminue. D’une manière schématique, on peut distinguer deux grandes étapes :

• Dans un premier temps, la tension est relativement constante.
• dans un deuxième temps, la tension chute de plus en plus rapidement au fur et à mesure que la batterie se décharge

 

La règle des 50 % de décharge.

Il est communément admis que le meilleur rapport d’utilisation des batteries deep-cycle recommande de ne pas dépasser 50 % de décharge au maximum.
Cette valeur de 50 % de décharge maximum est le taux de décharge qui optimise au mieux le coût de chaque Ah utilisé par rapport au nombre de cycles de recharge et au coût initial d’achat du parc de batteries.
Cette valeur de 50 % est un compromis raisonnable pour des systèmes qui sont « cyclés » tous les jours, comme les habitations autonomes à énergie solaire par exemple, et qui nécessitent l’investissement d’un gros parc de batterie du fait d’une utilisation quotidienne de plusieurs centaines de kWh.

Mais dans le cas de nos embarcations, il n’est pas toujours possible d’avoir à bord 300 Ah de batteries par moteur.
De plus, nous avons une utilisation moins régulière de nos batteries, avec une à deux sorties par semaine (pour la plupart d’entre nous, et sans compter les périodes de fermeture …)

On peut raisonnablement accepter que la durée de vie de nos batteries soit très légèrement raccourcie en admettant un taux de décharge maximum compris entre 60 % et 70 %, ce qui devrait nous laisser au minimum 300 cycles pour des batteries de moyenne gamme, et jusqu’à 800 cycles pour des modèles de qualité supérieure.

Il faut bien comprendre qu’il est important de ne pas dépasser une décharge supérieure à 80 % de dod, parce qu’au delà, la décharge trop profonde d’une batterie risque fortement d’endommager la dite batterie, surtout si ce type de décharge se répète régulièrement.

Avec au départ 100Ah de capacité initiale, on peut rapidement se retrouver avec moins de 80Ah de capacité.
Le problème, c’est que rien ne peut nous indiquer que notre batterie a perdu en capacité. Le chargeur fonctionne bien, et après quelques heures de recharge, il nous indique que la batterie est correctement chargée.

On repart sur l’eau, persuadé que l’on a 100Ah sous la pédale. Mais ce n’est plus le cas, et on décharge à nouveau trop profondément la batterie, mais encore plus rapidement, puisque l’on a seulement 80Ah de capacité.
Après deux ou trois sessions à ce régime, on verra la capacité de la batterie encore baisser.
C’est un cycle infernal, et en quelques sorties, la batterie sera HS.

Le problème est qu’il n’y a pas vraiment de signe avant coureur de l’état de déclin de la batterie. Lorsque l’on se rend compte du problème, il est souvent déjà trop tard.

Parmi les signes qui peuvent nous alerter, on peut noter le fait que la batterie, qui semble fonctionner correctement, perd rapidement «de la patate» en cours d’utilisation.
Autre alerte à prendre en considération: La recharge de la batterie semble très rapide, malgré un taux de décharge important: Normal, puisque la capacité de la batterie s’est réduite du fait de la sulfatation des plaques, il y a beaucoup moins d’énergie à charger.

 

Recharge de la batterie:

La règle du courant de charge recommandé à 10% de la capacité nominale de la batterie.

J’ai beau avoir recherché sur le net d’où provient cette assertion, je n’ai trouvé nulle part une explication scientifique ou technique, basée, par exemple, sur une formule de calcul ou un phénomène physique particulier.
Cette valeur semble totalement empirique, et ne semble n’être que le résultat d’un compromis entre la durée de vie de la batterie et le temps de recharge à chaque cycle.

La seule chose qu’il faut retenir, c’est qu’une batterie deep-cycle doit être traitée avec «douceur», que ce soit pour la décharge et surtout pour la recharge.

Tout n’est qu’affaire de compromis.

Pouvez vous accepter un temps de recharge de 4 jours (ou plus), en utilisant un chargeur de très faible intensité ?
Cette recharge très douce a l’avantage de traiter avec beaucoup de délicatesse votre batterie, ce qui tend à améliorer sa durée de vie.
Si vous avez l’intention de sortir pêcher 2 jours de suite, on se rend vite compte que ce mode de recharge n’est pas vraiment adapté.

On peut maintenant imaginer de charger la batterie avec une intensité très élevée, de l’ordre de 100 A par exemple.
Il faudrait théoriquement moins d’une heure pour récupérer entre 60 et 80Ah, mais avec des conséquences désastreuses pour la batterie.
On aurait alors uniquement une charge de surface, avec une très mauvaise réaction chimique entre l’acide et les plaques de plomb, provoquant des contraintes mécaniques telles que la batterie pourrait se déformer, en ayant pour conséquence une très forte réduction de sa durée de vie.

Une recharge à 10 % de la capacité de la batterie permet un temps de recharge acceptable (une dizaine d’heure au maximum), tout en ménagent de manière satisfaisante la durée de vie de la batterie.

Le C-Tek, un chargeur moderne qui permet une excellente qualité de recharge.

Néanmoins, on trouve sur le net de nombreux exemples de personnes, qui, acceptant une légère affaiblissement de cette durée de vie, rechargent leurs batteries avec un chargeur délivrant jusqu’à 30 % de la capacité de la batterie.
Cette puissance de charge sera d’autant mieux supportée que la batterie sera de haute qualité.

Tout est affaire de compromis.

Comment évaluer le niveau de décharge d’une batterie ?

L’idéal serait de pouvoir connaître le niveau de charge de sa batterie à tout moment de son utilisation, afin d’essayer d’anticiper les décharges trop profondes (en adaptant sa vitesse de déplacement par exemple).

Malheureusement, il est très ardu de mesurer la quantité d’énergie disponible d’une batterie.

Lorsque l’on ressent soudainement une baisse de puissance au niveau du moteur, c’est qu’il est déjà trop tard : cette perte de puissance est due à la forte chute de tension induite par une décharge qui avoisine les 80 %.

Quels moyens techniques avons-nous pour évaluer le niveau de décharge d’une batterie ?

La tension d’une batterie, mesurée seule, n’est pas une bonne indication de son niveau de décharge car on ne prend pas en compte la capacité initiale de la batterie, ni l’effet induit par la loi de Peukert, qui vous sera expliquée un peu plus bas.

Le petit vu-mètre à 4 LEDs situé sur le carter de votre moteur électrique est un pis-aller quasiment inutile. Tout au plus peut-il vous indiquer un vague état de charge de votre batterie, mais ne tient pas compte de sa capacité, ni de son état.

En effet, une batterie partiellement sulfatée ne tient plus très bien la charge.

On pourrait imaginer que votre vieille batterie 100Ah/C20 ne se recharge plus au-delà de 40 Ah.
Et pourtant, une mesure au voltmètre après une recharge pourra indiquer 13 volts aux bornes de cette batterie.
Après tout, cette mesure de tension vous indique que votre batterie est bien chargée, et c’est le cas, puisque sa capacité réelle n’est plus que de 40 Ah.

Vous partez donc confiant avec les 4 LEDs du moteur allumées, et après 10 minutes de navigation, malgré une allure modérée, il n’y a plus que 2 LEDs allumées. Vous avez déjà consommé la moitié de la capacité de la batterie.

Il faut prendre en considération qu’une batterie usée ne peut plus emmagasiner que ce qu’elle peut (et veut bien) encore charger …

De plus, la précision de ce petit voltmètre embarqué n’est pas suffisante pour que son indication puisse être véritablement prise en compte. En effet, la variation de tension due à la décharge d’une batterie est très faible, et 4 LEDs pour indiquer des variations de tension de l’ordre du 10ème de volt ne fait pas très sérieux.
La tension d’une batterie ne chute réellement que lorsqu’elle arrive à plus de 70 % de décharge, c’est à dire quasiment lorsqu’il est déjà trop tard.

Et pour finir, la prise de tension se fait « à vide », et mesure en réalité la force électro-motrice de la batterie.
Pour une mesure de tension correcte, il faut mesurer la tension d’une batterie avec une légère décharge. Ce courant de décharge ne doit pas être trop important afin de ne pas induire une chute de tension artificielle.

Une bonne méthode pour évaluer le niveau de décharge d’une batterie consiste à mesurer le débit d’énergie à l’aide d’un compteur de courant.

On indique au préalable au compteur de courant la capacité de la batterie, et le système va ensuite mesurer les débits avec le temps de décharge, puis les retrancher à la capacité de départ.
C’est un système similaire à votre compteur de courant domestique, sauf qu’il retranche une consommation par rapport à un volume de départ, au lieu de simplement additionner les consommations.
Malheureusement, cette méthode, avec un simple petit compteur de courant, ne fait qu’additionner des Ah sans tenir compte de l’effet Peukert. (la loi de Peukert sera expliquée au paragraphe suivant).

Il existe pourtant sur le marché des systèmes très perfectionnés de management de batteries.

Ces appareils intègrent des algorithmes sophistiqués de calculs qui tiennent compte de l’effet Peukert, ainsi qu’une fonction de synchronisation avec vos batteries lors de la recharge afin d’évaluer leur capacité réelle et leur taux d’usure.

La contrainte et qu’il faut câbler « en dur » le système, et qu’il doit rester constamment branché en décharge ET en recharge afin de valider la fonction de synchronisation.

Pour qui a les batteries installées à demeure dans son bateau, c’est cette solution qu’il faut privilégier si l’on souhaite contrôler à tout moment, et d’une manière fiable, l’état de ses batteries.
De plus, ces appareil prennent en compte également la recharge, et vous permettent de déployer des panneaux solaires par exemple.

Dans tous les cas, au départ, il faut connaître la capacité de sa batterie.

Lorsque la batterie est neuve, on peut préjuger qu’elle a été bien stockée, et qu’elle n’est pas trop vieille pour ne pas avoir subi une auto-décharge trop importante qui aurait pu l’endommager (une batterie neuve affichant une tension inférieure à 12,6 volts devrait éveiller nos soupçons).
La capacité de cette batterie est donc celle affichée sur la-dite batterie.

Mais quid d’une batterie qui a déjà été utilisée, et dont l’historique n’est pas vraiment connu ?

Je vais vous décrire ici une méthode que je considère comme fiable et relativement précise pour évaluer la capacité réelle d’une batterie, et je vais vous expliquer comment procéder avec un minimum d’équipement.

Vous aurez simplement besoin d’un voltmètre et de quelques ampoules 12 volts.
La seule contrainte est qu’il faut du temps devant soi, parce qu’il faut surveiller le voltmètre durant de nombreuses heures.

Dans un premier temps, il faut relever la capacité indiquée sur la batterie en C20.

Par exemple, prenons le cas d’une batterie 80Ah-C20.

On divise 80 par 20 afin de trouver le courant de décharge pendant 20 heures :

80/20=4

Nous obtenons une valeur de courant de décharge de 4 A.

Calculons ensuite la puissance : 4 ampères sous 12 volts, cela nous donne 48 watts (4 x 12 = 48)

Il faut ensuite trouver un appareil électrique fonctionnant en 12 volts, avec la puissance la plus proche possible de 48 watts.
On peut, par exemple, utiliser une ampoule halogène domestique de 12 volts , 50 watts.
Dans d’autres cas de figure, une (ou une combinaison de plusieurs) ampoule(s) peut également faire l’affaire (ampoule domestique, ou automobile, …)

Il est très important de trouver une valeur la plus proche possible de la puissance théorique, afin de minimiser au maximum l’effet Peukert.

 

NOTE DE L’AUTEUR (25 septembre 2022) :

Comme suite à divers essais, la tension de 12.2volts pour 50% de décharge en C20 (0.05c) semble en fait être assez éloignée de la réalité. La vérité se situerait plutôt quelque part entre 11.5 volts et 11.8 volts.
Néanmoins, la procédure de test décrite ci dessous reste valable.

 

La manipulation consiste à faire débiter notre batterie, au préalable correctement chargée (12,6 volts comme valeur de référence minimale), dans l’ampoule, et de chronométrer le temps que va mettre la batterie pour descendre à 12,2 volts.

Cette tension de 12,2 volts correspond à la tension que notre batterie délivrera à 50 % de décharge en C20, c’est à dire avec un courant de décharge correspondant au 20ème de sa capacité en C20.
Il faut mesurer cette tension en « charge », c’est à dire avec l’ampoule branchée.

Si notre batterie est en très bon état, elle devrait donc afficher 12.2 volts après 10 heures de décharge avec un courant de 4 ampères.

Comme je n’ai pas pu trouver une lampe de 48 watts (la plus proche que j’ai pu trouver fait 50 watts), je refais le calcul inverse avec la valeur de notre lampe, afin de de déterminer le courant de décharge avec cette ampoule de 50 watts.

50 / 12 = 4,16

Mon courant de décharge réel sera donc de 4,16 ampères.

Pour être le plus précis possible, je divise ensuite 80 par 4,16, afin de déterminer le temps que devrait mettre ma batterie à se vider avec un courant de décharge de 4,16 ampères.

80 / 4,16 = 19,23 (soit 19 heures et 13 minutes)

Dans notre cas de figure, si notre batterie est en très bon état, on devrait obtenir une tension de 12,2 volts après un temps d’environ 9 heures et 30 minutes pour un courant de décharge de 4,16 A (50 % de décharge, soit la moitié de 19 heures, je passe sur les 13 minutes).

Dans les faits, on peut imaginer que ma batterie est un peu vieille, et que j’arrive à 12,2 volts après 8 heures de décharge.

On prend cette valeur de temps obtenue, et on la multiplie par 2 afin d’obtenir le temps de décharge total.

On multiplie ensuite cette valeur par la valeur du courant de décharge, et on obtient la capacité réelle de la batterie :

8 x 2 x 4,16 = 66,56

La capacité réelle de la batterie testée est donc d’environ 66Ah pour 16 heures de décharge.
En effet, il lui faudrait 16 heures (2 x 8 heures = 16 heures) pour se vider entièrement avec un courant de décharge de 4,16A.

On peut donc évaluer que notre vieille batterie à perdu un peu plus de 15 % de sa capacité initiale, soit 66Ah au lieu de 80Ah.

Si le résultat avait été 5 heures de décharge, la capacité restante calculée aurait été de 41,6Ah, soit une perte de capacité de près de 50 %, toujours avec un courant de décharge de 4,16A.

Cette méthode vous permettra de vérifier l’état de votre batterie d’une manière moins empirique que de se baser sur une simple «  sensation ».

Une batterie qui a perdu 20 % de sa capacité initiale est encore fonctionnelle. Simplement, il faut tenir compte de cette donnée lorsque l’on s’en sert.

Une batterie qui a perdu plus de 30 % de capacité ne doit plus être considérée comme réellement fiable.
Tout au plus peut elle encore servir comme batterie de dépannage, mais il faut bien se rendre compte qu’une perte de 30 % de capacité peut vous amener à perdre jusqu’à la moitié du temps d’utilisation.

Pour ma pomme, la dernière fois que j’ai fait le test sur une de mes batteries dont je trouvais qu’elle était vraiment au bout, elle a tenu moins de deux heures, soit une capacité de tout juste 16Ah … A peine de quoi alimenter mon sondeur pour la journée.
Elle est partie directement à la déchetterie.

A noter que pour tester une batterie, on pourrait également faire débiter la batterie avec un courant valant le 10ème de sa capacité en C20, soit, pour notre batterie de C20-80Ah, une valeur de 8 A.

Dans ce cas de figure, la tension à 50 % de décharge serait de 12,06 V environ.

Personnellement, je préfère tester avec la valeur de un 20ème de capacité, car le résultat est moins influencé par l’effet Peukert, surtout si la batterie est très vieille.

 

L’effet Peukert

L’effet Peukert (ou loi de Peukert) est un paramètre dont l’importance est trop souvent sous-estimée lorsque l’on utilise des batteries deep-cycle. Et pourtant, les conséquences de cet effet sont considérables, et il faut absolument le prendre en compte dans l’évaluation du taux de décharge d’une batterie.

Peukert est un scientifique allemand du 19 siècle, qui a mis en équation un phénomène déjà observé précédemment par d’autres chercheurs, et que l’on peut essayer d’expliquer ainsi :

• La puissance totale disponible d’une batterie diminue lorsque le courant de décharge augmente.

• Et inversement, la puissance totale disponible augmente lorsque le courant de décharge diminue.

 

Mettons en lumière cette loi de Peukert :

Prenons le cas d’une batterie de C20-120Ah.

Cet intitulé, qui affiche une valeur en Ah précédée ou suivie de C20, est une dénomination normalisée utilisée par les fabricants de batteries, et qui permet de standardiser l’indication de la capacité des batteries, même si elles sont de marques différentes, ce qui permet de facilement les comparer entre elles par exemple.

Mais attention, vouloir comparer des capacités de batteries, c’est un peu comme vouloir comparer des largeurs de pneus automobile : Ce n’est pas aussi simple qu’il n’y paraît.

Par exemple, en appliquant un même courant de décharge, une batterie de 100Ah-C20 durera plus du double de temps qu’une batterie de 50Ah-C20, alors qu’au premier abord, on pourrait penser que la capacité de la batterie de 100Ah est simplement le double de la 50Ah.
Et cet écart peux aller jusqu’à 20 %, suivant le courant de décharge appliqué et la qualité des batteries.

Décryptons cette dénomination C20-120Ah :

La valeur Ah représente les ampères multiplié par les heures (à ne pas confondre avec A/h, qui signifie ampère par heure, de la même façon que km/h signifie kilomètres par heure).
Cette valeur est donc la capacité de la batterie.

La valeur C20 représente le nombre d’heures d’utilisation de la batterie lorsqu’elle sera soumise à un courant de décharge correspondant au 20ème de la capacité de la batterie en C20.

Afin de trouver la valeur du courant de décharge instantané pour 20 heures d’utilisation, il faut diviser la valeur Ah par la valeur C20, soit, dans le cas de notre batterie C20-120Ah :

120 : 20 = 6

Cette batterie C20-120Ah est donc conçue pour délivrer 120Ah pendant 20 heures, avec un courant de décharge de 6 A. Après 20 heures d’utilisation sous ce régime de décharge, la batterie sera totalement vidée.

Mais que ce passe t-il si mon moteur consomme plus de 6 A ?

Prenons par exemple une consommation instantanée de 16 A : le raisonnement logique serait celui-ci :
(Nous allons comprendre un peu plus bas pourquoi j’ai volontairement choisi cette valeur de 16A de consommation instantanée).

Si 120 Ah avec un courant de décharge de 6 A me donne 20 heures d’utilisation (120 / 6= 20) , alors 120 Ah avec un courant de décharge de 16 A devrait donc me donner 7,5 heures d’utilisation (120 : 16 = 7,5 )

Mais c’est sans compter l’effet Peukert.

Observons à nouveau l’étiquette de notre batterie : On peut y lire un deuxième intitulé de valeur de capacité : C5-80Ah.

La valeur C5 représente le nombre d’heures d’utilisation de la batterie lorsqu’elle sera soumise à un courant de décharge correspondant au 5ème de la capacité de la batterie en C5.

Faisons le calcul avec cette donnée C5-80Ah, afin de trouver le courant de décharge correspondant :

80 : 5 = 16

Avec un courant de décharge de 16A, je n’ai « que » 80Ah de disponible, avec 5 heures d’utilisation avant la décharge complète de ma batterie.

Par rapport au calcul « théorique » précédent (120 : 16 = 7,5), j’ai un différentiel de 1,5 heures, ce qui représente 1h et 30 minutes d’utilisation en moins.

Dans les faits, mon réservoir d’énergie perd 25 % de sa capacité initiale si je consomme 16A par rapport à une consommation de 5A .
Non seulement, avec 16A de consommation instantanée, je « vide » ma batterie plus rapidement qu’avec 5A de consommation instantanée, mais en plus, mon réservoir d’énergie est plus petit.

C’est cela, l’effet Peukert.

Comme écrit plus haut, je le rappelle ici :

• La puissance totale disponible d’une batterie diminue lorsque le courant de décharge augmente.
• Et inversement, la puissance totale disponible augmente lorsque le courant de décharge diminue.

C’est exactement ça.

Et plus on va « pomper » un fort courant de décharge instantané, plus l’effet Peukert va avoir une incidence importante sur la capacité de la batterie, donc sur sa durée d’utilisation.

Afin de mettre en lumière les conséquences de l’effet Peukert, prenons un exemple concret d’une journée de pêche :

Je pars pêcher sur le lac à côté de chez moi, lac où le moteur thermique est interdit.
Je n’ai pas de moteur à l’arrière, et c’est mon moteur avant qui me sert pour tous les déplacements et l’ancrage virtuel.

Ma batterie est une 100Ah-C20 / 75Ah-C5 toute neuve et bien chargée.

Mon premier poste de pêche est à 1km de la mise à l’eau, et je décide de m’y rendre à vitesse plutôt élevée, avec une consommation instantanée de 30A et un trajet de vingt minutes.

Puis je peigne le poste pendant une 1/2 heure en mode power fishing, avec une consommation instantanée de 3A.

Le vent se lève, et mon moteur nécessite maintenant 4A pour me maintenir sur un poste. Je reste ainsi pendant une heure.

Je me rends ensuite rapidement dans l’anse d’à côté située à dix minutes de navigation. Comme j’ai le vent dans le dos, ma consommation instantanée est de 20A.

Je passe ensuite 1 heure à nouveau en power fishing, mais à cause du vent, ma  consommation est de 6A.

Je décide ensuite de rentrer rapidement avec le vent de face. Ma consommation est de 30A instantané pendant une demi heure d’heure.

Finalement, je termine ma session en pêchant devant le port à l’abri du vent avec 2A instantané pendant une heure.

Quelle est ma consommation d’énergie pour cette journée de pêche ?

D’une manière très simple, on peut déterminer :

• 30A pendant vingt minutes, soit 10Ah
• 3A pendant une demi heure, soit 1,5Ah
• 4A pendant une heure, soit 4Ah
• 20A pendant dix minutes, soit 3,3Ah
• 6A pendant une heure, soit 6Ah
• 30A pendant une demi heure, soit 15Ah
• 2A pendant une heure, soit 2Ah

Ma consommation d’énergie est donc de 10+1,5+4+3,3+6+15+2 = 41,8Ah

C’est cette valeur de 41,8Ah que va nous donner un simple compteur de courant branché sur ma batterie.

41,8Ah, cela ne me donne pas d’indication du niveau de décharge de ma batterie, et c’est bien cela qu’il m’intéresse de connaître.

Si je déduis simplement cette valeur 41,8Ah de la capacité de départ de ma batterie (100Ah-C20), je pourrais penser que j’ai une décharge d’environ 40 %, et qu’il me reste environ 60 % d’énergie disponible (100 – 41,8 = 58,2).

On peut aussi interpréter de cette façon, en pourcentage de consommation :

• 30A pendant vingt minutes, soit 10% de la capacité de ma batterie (0,33 heures x 30 = 9,9)
• 3A pendant trente minutes, soit 1,5% de la capacité de ma batterie (0,5 heures x 3 = 1,5)
• 4A pendant une heure, soit 4% de la capacité de ma batterie (je vous laisse calculer …)
• 20A pendant 10 minutes, soit 3,33% de la capacité de ma batterie
• 6A pendant une heure, soit 6% de la capacité de ma batterie
• 30A pendant 30 minutes, soit 15% de la capacité de ma batterie
• 2A pendant une heure, soit 2% de la capacité de ma batterie

J’additionne les pourcentages :

10+1,5+4+3,33+6+15+2 = 41,83 % de consommation.
Résultat identique au précédent.

Mais c’est sans compter l’effet Peukert.

Les données de ma batterie (100Ah-C20 – 75Ah-C5) vont me permettre de calculer la constante de Peukert spécifique à cette batterie.

Nous verrons plus bas comment calculer la constante de Peukert, ce qui vous permettra de comprendre comment j’ai déterminé ce qui va suivre.
Dans un premier temps, acceptez de prendre en compte que la valeur de cette constante est de 1,26 pour cette batterie.

Comme nous l’avons expliqué plus haut, la taille du réservoir d’énergie varie en fonction de la consommation instantanée.

Avec la constante de Peukert, on peut déterminer la capacité de la batterie pour chaque valeur de consommation instantanée.

Pour notre batterie, on obtient une durée d’utilisation jusqu’à décharge complète de :

• 38 heures à 3 ampères (114Ah-C38)
• 20 heures à 5 ampères (100Ah-C20) donnée constructeur
• 11 heures à 8 ampères (88Ah-C11)
• 8,3 heures à 10 ampères (83Ah-C8,3)
• 5 heures à 15 ampères (75Ah-C5) donnée constructeur
• 2 heures à 30 ampères (60Ah-C2)
• etc …

Remarquez que ce tableau corrèle la formule déjà répétée plus haut :

• La puissance totale disponible d’une batterie diminue lorsque le courant de décharge augmente.
• Et inversement, la puissance totale disponible augmente lorsque le courant de décharge diminue.

Simplement, en intégrant la constante de Peukert dans le calcul de consommation, on module la capacité de la batterie pour chaque valeur de consommation instantanée.

Si je reprends le postulat précédent de ma journée de pêche, mais en prenant en compte la constante de Peukert (je passe volontairement sur les détails, vous aurez l’explication plus bas), on obtient :

• 30A instantané me donne une capacité de 2 heures d’utilisation. Vingt minutes de navigation à ce régime a consommé 16,6 % de la capacité de ma batterie.
• 3A instantané me donne une capacité de 38 heures d’utilisation. Une heure de navigation à ce régime a consommé 2,6 % de la capacité de ma batterie
• 4A instantané me donne une capacité de 26,4 heures d’utilisation. Une heure de navigation à ce régime a consommé 3,78 % de la capacité de ma batterie
• 20A instantané me donne une capacité de 3,48 heures d’utilisation. Dix minutes de navigation à ce régime a consommé 4,78 % de la capacité de ma batterie
• 6A instantané me donne une capacité de 16 heures d’utilisation. Une heure de navigation à ce régime a consommé 6,25 % de la capacité de ma batterie
• 30A instantané me donne une capacité de 2 heures d’utilisation. Une demi heure de navigation à ce régime a consommé 25 % de la capacité de ma batterie
• 2Ah me donne une capacité de 63 heures d’utilisation. Une heure de navigation à ce régime a consommé 1,58 % de la capacité de ma batterie.

J’additionne maintenant les pourcentages : 16,6+2,6+3,78+4,78+6,25+25+1,78= 60,79% de décharge.

Avec ce calcul qui prend en compte l’effet Peukert, j’arrive à 60 % de décharge de ma batterie pour ma journée de pêche, soit pratiquement un écart de 20 % par rapport au calcul précédent, qui, lui, ne prenait pas en compte l’effet Peukert.

Cette différence est énorme, mais c’est pourtant bien cette valeur de consommation d’énergie qui est réelle.

On se rend tout de suite compte qu’il n’est pas facile d’évaluer le taux de décharge d’une batterie avec des courants de décharges aussi différents et des temps d’utilisation aussi aléatoires, à moins de se balader avec un ampèremètre, un abaque et une calculatrice à bord afin de calculer en temps réel son taux de décharge.

Autres effets de la loi de Peukert :

A consommation égale, le temps d’utilisation d’une batterie augmente d’autant plus vite que la capacité de la batterie est plus importante, et, pour que ce ne soit pas simple, de manière non linéaire.

Par exemple :

Avec une batterie de 100Ah de capacité, une consommation de instantanée de 10A nous donnera presque 6 heures d’utilisation théorique à 70 % de dod.
Avec une batterie de 150Ah, toujours avec courant de décharge de 10A, nous passons à presque 10 heures d’utilisation (toujours à 70% de dod).

La différence est énorme, puisque en conservant la même valeur de décharge (ici 10 A), 30 % de capacité supplémentaire nous donne 40 % de temps d’utilisation supplémentaire.

Dans le cas de l’utilisation de deux batteries, il est beaucoup plus judicieux d’utiliser les batteries ensembles (mises en parallèle en 12 volts), que de les utiliser l’une après l’autre.

Prenons le cas de deux batteries 75AhC20, avec :

• Un courant de décharge de 10A
• Une constante de Peukert de 1,26
• Une décharge maxi de 70 % de dod.

Une batterie de 75Ah nous laissera 4 heures d’autonomie. En les utilisant l’une après l’autre, on arrivera à 8 heures d’utilisation.

En utilisant les batteries ensembles en parallèle, on a une capacité totale de 150 Ah (75 x 2 = 150).

Grâce à l’effet Peukert, un courant de décharge de 10A nous octroie maintenant pratiquement 10 heures d’autonomie avec les deux batteries en parallèle. C’est 20 % d’autonomie supplémentaire par rapport à l’utilisation des batteries l’une après l’autre.

Et de plus, comme chaque batterie ne sera soumise qu’à un courant de décharge de 5A au lieu de 10A, on améliore également le « capital vie » des batteries.

C’est aussi la loi de Peukert qui va nous renseigner sur les performances réelles d’une batterie.
La grande majorité (en tout cas pour les marque sérieuses) des batteries deep-cycle nous donnent au moins deux valeurs de capacités, liés avec deux temps de décharge.

La plupart du temps, ou trouvera au moins une valeur en C20 et une valeur en C5.

Prenons un premier exemple de comparaison :

• Batterie N°1 : C20-100Ah – C5-75Ah
• Batterie N°2 : C20-100Ah – C5-88Ah

Au premier abord, ces deux batteries semblent relativement similaires.

Ce sont toutes les deux des 100Ah (en tout cas, c’est sous cette dénomination qu’on nous les vends).

Pourtant, on peut remarquer immédiatement que soumise à un courant de décharge élevé, la batterie N°2 sera beaucoup plus performante que la batterie N°1.
Cela va souvent de pair avec un plus grand nombre de cycle de recharge possible, et dénote que la batterie N°2 est certainement d’une gamme supérieure, avec à la clef un tarif plus élevé.

Prenons un deuxième exemple de comparaison :

• Batterie N°1 : C20-120Ah – C5-80Ah
• Batterie N°2 : C20-100Ah – C5-75Ah

A première vue, la batterie N°1 a une capacité supérieure de 20 % par rapport à la batterie N°2, et autorisera donc 20 % d’autonomie supplémentaire.

Ce n’est pas faux, mais uniquement sous un courant de décharge assez faible.
Par contre, avec un courant de décharge élevé, de l’ordre de 30 A par exemple, les deux batteries auront exactement la même capacité, donc la même durée d’utilisation.
Ce qui n’empêchera pas qu’on puisse essayer de vous vendre la batterie N°1 plus cher, avec comme argument que la N°1 est une 120Ah, alors que la deuxième n’est qu’une 100Ah.

Dans tous les cas, soyez méfiant lors de l’achat d’une batterie deep-cycle.
Si elle n’affiche pas au moins deux valeurs de capacité, il y a anguille sous roche quant à sa qualité.

Parfois, la lettre « C » est remplacée par la lettre « K »

 

Le phénomène mis en équation par Peukert :

Attention : ce qui va suivre fait appel à des notions de mathématiques que je vais essayer de vulgariser le plus possible, afin que cet article puisse ainsi rester compréhensible par le plus grand nombre. Néanmoins, pour effectuer certains calculs, l’emploi d’une calculatrice scientifique est indispensable. L’emploi d’une feuille excel peut également éviter de fastidieux calculs répétitifs à la main.

L’équation de la loi de Peukert :

Cette équation peut facilement se trouver sur internet, ou dans les fiches techniques de certaines batteries.

Cette équation fait apparaître une nombre particulier désigné par la lettre « n », appelé constante de Peukert.

Pour info :

• la constante de Peukert est toujours supérieure à 1.
• Cette valeur calculée reste, somme toute, assez théorique.
• Plus cette valeur est petite, et plus la batterie est performante sous courant de décharge élevé.
• Une batterie deep-cycle à électrolyte liquide aura une constante de Peukert située entre 1.25 et 1.45.
• Une batterie AGM très haut de gamme aura une constante de Peukert qui tendra vers 1.1.
• Si vous n’êtes pas sûr de la constante de Peukert de votre batterie, vous pouvez utiliser par défaut une valeur de 1,3, vous ne serez pas loin de la vérité.

L’équation (ou loi) de Peukert s’écrit habituellement de cette façon :

T = C / Iⁿ

• T = temps en heures (h)
• C = la capacité de la batterie (Ah)
• I = le courant de décharge (A)
• n = constante de Peukert

Malheureusement, cette équation n’est utilisable en l’état que pour un courant de décharge de 1A, et cette spécification n’est jamais indiquée sur les batteries.

J’ai réussi à trouver sur le net une formulation de cette équation qui tient compte de la façon dont la capacité est spécifiée sur les batteries.

Elle peut s’écrire de cette façon :

T = C / ( I / ( C / R ) )ⁿ x ( R / C )

• T = temps en heures
• R = la valeur horaire (C20, …) indiquée sur la batterie
• C = la capacité de la batterie à la valeur R spécifiée (C20, …)
• I = le courant de décharge
• n = constante de Peukert

Dans notre cas de figure, prenons une batterie dont les données sont 120Ah-C20 et 80Ah-C5.

D’abord, comprendre l’équation :

Avec 6A de courant de décharge :

T = temps en heures
R = la valeur horaire (C20, …) indiquée sur la batterie → dans notre cas, 20
C = la capacité de la batterie à la valeur R spécifiée (C20, …) → dans notre cas, 120
I = le courant de décharge → dans notre cas, 6
n = constante de Peukert → je l’ai préalablement calculée : 1,41

On entre les valeurs, et on réduit l’équation :

T = C / ( I / ( C / R ) )ⁿ x ( R / C )
T = 120 / (6 / (120/20))ⁿ x (20 / 120)
T = 120 / (6 / 6))ⁿ x (0,167)
T = 120 / 1ⁿ x 0,167
T = 20

Le résultat est conforme aux données constructeurs, on a bien 20 heures de fonctionnement pour 6A de courant de décharge (120Ah-C20).
A noter que dans ce cas précis, la constante de Peukert n’influence pas le calcul, car 1n est toujours égal à 1, quelque soit la valeur de « n ».

Déterminons maintenant la constante de Peukert en utilisant la deuxième spécificité de la batterie, soit 80Ah-C5.

Nous avons déterminé plus haut que 80Ah-C5 nous donnait 5 heures d’autonomie avec 16A de courant de décharge ( 80 / 5 = 16  ).

On pourrait partir de la formule précédente pour calculer « n », mais la formule suivante est plus rapide :

n = log( T2 / T1) / log (I1 / I2)

Avec les couples

• T1 I1 issu de C20-120Ah, soit T1 = 20 et I1 = 6   ( 120 / 20 = 6 )
  
• T2 I2 issu de C5-80Ah, soit T2 = 5 et I2 = 16    ( 80 / 5 = 16 )
  

Nous allons maintenant entrer dans l’équation les valeurs T1, T2, I1, I2

n = log( T2 / T1) / log (I1 / I2)
n = log (5 / 20) / log (6 / 16 )
n = 1,41

La constante de Peukert pour cette batterie est donc de 1,41.

Maintenant que cette valeur est connue, il est très simple de calculer le temps d’utilisation potentiellement utilisable de la batterie en fonction du courant de décharge.

Il suffit de rentrer dans la formule une valeur de courant de décharge, les valeurs du couple C et R, la constante de Peukert, et le résultat de l’équation sera le temps d’utilisation maximum.

Vous allez être surpris de l’importance que l’effet Peukert va produire sur le temps d’utilisation de votre batterie.

Voici un exemple de calcul pour 45A de consommation instantanée, ce qui correspond environ à la consommation d’un moteur 55lb à la vitesse maxi (cela peut légèrement varier avec le poids du bateau).

Toujours avec notre batterie 120Ah-C20, constante de Peukert 1,41 :

Rappel :

T = C / ( I / ( C / R ) )ⁿ x ( R / C )

T = temps en heures
R = la valeur horaire (C20, …) indiquée sur la batterie → dans notre cas, 20
C = la capacité de la batterie à la valeur R spécifiée (C20, …) → dans notre cas, 120
I = le courant de décharge → dans notre cas, 45
n = constante de Peukert → 1,41

On entre les valeurs, et on réduit pour trouver T :

T = 120 / (45 / (120 / 20 ))ⁿ x ( 20 / 120 )
T = 120 / 7,51,41 x 0,166
T = 1,16

Avec 45A de courant de décharge, nous pourrons naviguer pendant 1,16 heures, soit environ 1heure et 10 minutes jusqu’à décharge complète de la batterie.
Si l’on souhaite ménager sa batterie et rester à 70 % de dod, on ne pourra pas naviguer plus 45 minutes.

Je vous fait grâce des calculs, et je vous indique simplement ici les résultats pour quelques valeurs.

Toujours avec notre batterie 120Ah-C20, constante de Peukert 1,41, 100 % dod :

• 6A → 20 heures
• 7A → 16 heures
• 10A → 9 heures 42 minutes
• 16A → 5 heures
• 20A → 3 heures 36 minutes
• 25A → 2 heures 42 minutes
• 30A → 2 heures 6 minutes
• 40A → 1 heure 24 minutes

A comparer avec un simple calcul sur la base de 120AhC20, sans tenir compte de l’effet Peukert :
(C’est ce genre de calcul simpliste que l’on trouve parfois sur internet …)

• 6A → 20 heures
• 7A → 17 heures
• 10A → 12 heures
• 16A → 7 heures et 30 minutes
• 20A → 6 heures
• 25A → 4 heures 48 minutes
• 30A → 4 heures
• 40A → 3 heures

La différence est assez flagrante … En moyenne, un écart d’environ 2 heure de temps d’utilisation entre la réalité et un calcul basique, ce qui représente plus de 50% d’écart sous une décharge de 40A.

Cet écart très important est du à la valeur de la constante de Peukert de cette batterie en particulier, qui est de 1,41.
Une constante de Peukert aussi élevée reflète une batterie dont les performances avec un courant de décharge important ne sont pas très bonnes.
Une batterie affichant une constante de Peukert plus faible aura de meilleures performances.

Inversement, avec des courants de décharge très faibles, la capacité augmente :

• 4A → 27 heures
• 3A → 41 heures
• 2A → 72 heures
• 1A → 193 heures
• 0,5A → 514 heures

Si l’on diminue encore le courant de décharge, on pourrait potentiellement espérer tendre vers un temps infini. Mais ce postulat se heurte à une autre réalité : le phénomène d’auto décharge.
Pour info, suivant la technologie de votre batterie, ce phénomène peut lui faire perdre de 5 % de sa capacité en un mois, bien que la batterie ne soit pas utilisée.

Comme je suis un gars sympa, je vous ai préparé une feuille de calcul déjà paramétrée. Après avoir pointé sur « Editer le document », Il suffit d’entrer dans la première case blanche la valeur C20 de votre batterie, et dans la deuxième case blanche la valeur C5 de votre batterie.

La feuille de calcul vous donnera les temps d’utilisation de votre batterie en fonction de votre consommation électrique, avec les valeurs pour différents pourcentages de dod.

LIEN VERS LA FEUILLE DE CALCUL —> calcul batterie

 

Si vous entrez les valeurs de cette batterie ULTRACELL dans le tableau (104Ah/C20 – 88Ah/C5), vous constaterez qu’il donne pratiquement pile poil les mêmes valeurs données par le constructeur.

 

Utilisations pratiques :

Paramétrez cette feuille avec les données de votre batterie personnelle, et imprimez là.

Achetez ou faites vous prêter une pince ampèremétrique pour courant continu, et, lors de votre prochaine sortie, amusez-vous à faire quelques relevés de consommation suivant la position de la manette de gaz.
Cela vous permettra de pouvoir évaluer le temps de navigation que vous avez devant vous, en fonction de votre vitesse de déplacement.

Comparatif 12 volts VS 24 volts

Certains pêcheurs me soutiennent qu’avec leur moteur en 24 volts, ils auraient moins de problèmes d’autonomie avec leurs batteries. Mais qu’en est il exactement ?

En premier lieu, afin d’essayer de faire un comparatif cohérent, il faut postuler que les embarcations doivent être de même modèle, et dans des conditions de navigation similaires, afin de ne pas fausser le résultat avec le poids des bateau par exemple.

En deuxième lieu, afin de rendre la comparaison plus parlante, nous allons également nous exprimer en Wh (watt heure) pour nos batteries.

Idem pour nos moteurs, dont nous exprimerons la puissance en W (watts)
Un moteur 12 volts 55lb absorbe une puissance de 600 watts, un moteur 24 volts 80lb absorbe une puissance de 1200 watts (données constructeurs). Ces moteurs sont de technologies équivalentes, leurs rendements sont sensiblement identiques.

Il faut ensuite prendre en considération que l’utilisation d’un moteur 24 volts nécessite l’utilisation de deux batteries 12 volts câblées en série, afin d’obtenir une tension d’alimentation de 24 volts.

Deux batteries 100Ah câblées en série nous donnent donc :

• Tension : 24 volts
• Capacité : 100 Ah

Afin de déterminer l’énergie disponible, nous multiplions les volts avec les Ah, ce qui nous donnera la valeur de l’énergie disponible en Wh

24 x 100 = 2400 Wh

Afin de rendre la comparaison cohérente, nous allons également utiliser deux batterie de 100 Ah pour alimenter notre moteur 12 volts 55lb.
(On peut quand même se douter qu’au départ, si le moteur 24 volts est alimenté par deux batteries, sa réserve d’énergie sera beaucoup plus importante par rapport au fait d’alimenter notre moteur 12 volts avec une seule batterie)

Afin d’obtenir une tension de sortie de 12 volts, nos deux batteries seront donc câblées en //.

Déterminons l’énergie disponible de deux batteries 12 volts 100 Ah câblées en // :

• Tension : 12 volts
• Capacité : 200 Ah

12 x 200 = 2400 Wh

Nous pouvons remarquer qu’en utilisant deux batteries de 12 volts 100Ah, nous obtenons la même quantité d’énergie disponible (2400 Wh), quelque soit la façon dont elles sont câblées.
La différence la plus visible est qu’un couple délivrera une tension de 24 volts, l’autre délivrera une tension de 12 volts.

Qu’en est il lors de l’utilisation des moteurs ?

Nous admettrons ne pas prendre en compte l’effet Peukert dans cette démonstration de comparaison, et nous verrons plus bas que cela n’aura pas d’incidence dans le comparatif.

Prenons un cas de figure ou nous nous déplaçons avec une puissance consommée de 450 watts avec notre moteur de 12 volts.

Cela représente un courant de décharge de 37,5 A (450 / 12 = 37,5), qui sera supporté pour moitié par chaque batterie, soit 18,75 A chacune (les deux batteries sont câblées en //).

Nous avons 2400 Wh d’énergie disponible, et nous soutirons 450 W.

2400 / 450 = 5,33 heures d’autonomie.

Prenons maintenant le moteur 24 volts. Ajustons la poignée de gaz afin d’évoluer à la même vitesse que le bateau propulsé par le moteur 12 volts.

Il plus que probable, à quelques % près, que nous obtenions une consommation d’énergie égale à celle du moteur 12 volts.

En effet, les lois de la physiques sont telles qu’à une vitesse de déplacement donnée pour une masse donnée correspond une certaine quantité d’énergie à dépenser, pour peu que les propulseurs aient le même rendement.
Cette assertion mériterait néanmoins une expérimentation physique sur l’eau pour être dûment validée.

Notre moteur 24 volts consommera donc 450 watts.

Cela représente un courant de décharge de 18,75 A (450 / 24 = 18,75), qui sera supporté par les deux batteries à valeur égale, soit 18,75A chacune (les batteries sont câblée en série).

A ce stade, on peut déjà constater que la consommation électrique supportée par les batteries de chaque couple (série et //) est identique : 18,75A par batterie.

On remarque également que l’effet Peukert ne joue ici aucun rôle, à condition de respecter le fait d’avoir la même quantité d’énergie au départ (2400 Wh), et la même dépense énergétique (450 W) pour chaque moteur.

Et concernant l’autonomie, 2400 Wh / 450 W = 5,33 heures, valeur identique à celle obtenue par le moteur 12 volts.

On peut donc déduire que si les propriétaires de moteurs 24 volts ont la sensation d’avoir plus d’autonomie, c’est surtout parce qu’ils utilisent deux batteries, alors que la plupart des propriétaires de moteurs 12 volts n’en utilise qu’une.
La réserve d’énergie étant deux fois plus importante, il est légitime qu’à vitesse égale, ils puissent naviguer plus longtemps.
Et sans compter l’effet Peukert qui va jouer à plein, car avec une seule batterie sous 12 volts pour alimenter 450 W, il faudra qu’elle supporte à elle seule le courant de décharge de 37,5A.

On peut aussi supposer que les propriétaires de gros bateaux achètent des batteries de haute qualité, dont la constante de Peukert est plus favorable aux courants de décharge élevés.

Mais alors, y a t il un avantage à utiliser un moteur 24 volts (ou plus …) ?

La tension d’alimentation en 24 volts permet de mieux contrer l’effet Peukert , surtout à mi-régime, du fait de l’obligation d’utiliser deux batteries.

Un moteur 12 volts est limité à 600 W de puissance, alors qu’un 24 volts peut dépasser les 1200 W.
Ce doublement de puissance ne permettra certes pas de doubler la vitesse du bateau (toujours ces foutues loi de la physique), mais permettra, quand il le faudra, de pouvoir vous déplacer plus rapidement, d’être moins à la peine face à un vent soutenu, et de pouvoir déplacer un bateau très lourd avec plus d’aisance.
Mais attention à la consommation électrique …

Et quid des moteurs de type Torqeedo et assimilés ?

Il faut voir les systèmes Torqeedo, Aquamot ou encore ePropulsion (pour les plus connus), comme des ensembles intégrés, combinant d’une manière très optimisées des technologies de pointe.

• Source d’énergie
• Gestion de l’énergie.
• Propulseur très performant

Cela permet d’obtenir des résultats bien meilleurs qu’avec nos systèmes « traditionnels », qui mettent en œuvre des moteurs à charbons et des batteries au plomb 12 volts.

Les moteurs Torqeedo, par exemple, sont alimentés en 30 volts, ce qui permet d’avoir une grande puissance avec un faible courant de décharge, ce qui est toujours bénéfique pour les batteries.
De plus, les propulseurs sont des moteurs « Brushless », dont le rendement est bien meilleur que nos moteurs à charbons traditionnels (le rendement est le ratio de conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique).

Grâce à ce très bon rendement et à la tension d’alimentation de 30 volts, un moteur de 1000 W ne consomme que 30 A environ à plein régime, et peut propulser votre embarcation à plus de 8 km/h.
En outre, la technologie des batteries lithium, très performante, permet des taux de décharge très importants.
Mais il faut garder à l’esprit qu’à pleine vitesse, l’autonomie d’un tel moteur ne dépasse pas 1 heure environ, du fait de l’utilisation de batterie de 915Wh.

Par contre, à mi régime, grâce à une gestion électronique optimale, le Torqeedo autorise une vitesse de propulsion d’environ 5 km/h avec une autonomie de 6 heures environ.
Pour obtenir un tel résultat avec notre bon vieux 55lb traditionnel, il nous faudrait tourner quasiment « à fond la poignée dans le coin» pour se propulser à 5km/h, mais surtout embarquer pas moins de 400Ah de batterie, soit 4 batteries de 100Ah, pour tenir ce régime pendant 6 heures. Pas mal, non ?

 

En conclusion :

Qui veut aller loin ménage sa monture. Cet adage semble avoir été édicté pour nos propulsions électriques.

Il n’y a pas trente six solutions pour ménager la durée de vie de nos batteries, et espérer ainsi pouvoir les conserver longtemps.

On pourrait résumer ainsi :

Avoir la batterie de la capacité la plus importante possible, se mouvoir le plus lentement possible, recharger les batteries le plus lentement possible.

Il est clair qu’un usage un tout petit peu trop intensif de nos batteries peut rapidement les amener à un taux de décharge important sans que l’on s’en rende vraiment compte. Des vitesses de déplacement un peu trop rapides, une journée de pêche un peu longue, un peu plus de vent ou de courant que d’habitude, et on peut vite se retrouver en quelques heures avec une batterie à la limite de l’asphyxie.

Alors, au moment de renouveler sa batterie, laquelle faut-il choisir ?

Si vous n’êtes pas sûr de pouvoir surveiller votre consommation électrique, et que vous risquez régulièrement de vider complètement votre batterie, peut être vaut-il mieux acheter une batterie pas trop chère.
Même une batterie haut de gamme ne résistera pas longtemps à cette torture de décharges profondes, et il faudra envisager de devoir la remplacer assez souvent.

Par contre, si vous avez la possibilité de pouvoir surveiller précisément votre consommation électrique, et de pouvoir ainsi minimiser les risques de décharges profondes, vous pouvez envisager l’achat de batteries plus haut de gamme.
Outre le fait qu’elles réagiront mieux à des courants de décharge élevés, ce qui peut être le cas avec nos moteurs, ces batteries pourront vous durer au moins 6 ans si vous y faites attention.

Dans tous les cas, plus la différence entre les valeurs C20 et C5 affichées sur une batterie sera faible, plus la batterie sera performante lorsqu’elle sera soumise à un courant de décharge élevé.

AB

Sources qui m’ont aidé à la rédaction de cet article :

http://www.photovoltaique.guidenr.fr/cours-photovoltaique-autonome/I_constat-experimental-loi-peukert.php

https://www.yuasa.fr/informations/motos-et-sports-motorises/caracteristiques-de-decharge-et-de-charge-des-batteries/

http://blog.seatronic.fr/fiches-pratiques/energie/stockage/batterie/entretien/

http://www.smartgauge.co.uk/technical1.html

https://www.victronenergy.fr/upload/documents/Book-%C3%89nergie-sans-limites-FR.pdf