Installer une batterie de type OPZS

Cet article vous permettra de réaliser la mise en service et l'entretien des batteries au plomb à plaques positives tubulaires à électrolyte liquide (OPZS).

Informations préalables / caractéristiques techniques

Les batteries OPZS sont des batteries au plomb à électrolyte liquide destiné à des cycles réguliers. 

La construction de leur électrode positive est dite tubulaire (Panzerplatte en Allemand) c'est-à-dire que la matière active qui entoure le collecteur de plomb à l'électrode positive est contenue dans une sorte de chaussette de polymère qui lui assure une bonne tenue mécanique. Ainsi, lors du cyclage et donc des phases d'expansion / contraction mécanique de cette matière active positive, celle-ci reste mécaniquement stable et ne se désolidarise pas de l'électrode . Cette tenue mécanique est garante de la longévité en cyclage.

Ces batteries tubulaires ont un comportement et des seuils de régulation très différents des batteries au plomb standard à plaques avions (comme les batteries monobloc AGM ou Gel généralement rencontrées dans les applications de démarrage ou de loisir).

La capacité des batteries sur notre catalogue en ligne est exprimée en C / 100, c'est-à-dire pour une décharge en 100 heures conformément à la norme CEI N61427 concernant les batteries pour installations photovoltaïques. La correspondance C / 100 par rapport à C / 10 est à retrouver ci-dessous par exemple pour les batteries TAB. (la référence constructeur y est exprimée en C / 10)

 

Ces batteries sont faites pour une sollicitation régulière et expérimentée . Le dimensionnement idéal ne sollicite pas la batterie à des régimes supérieurs à C / 10 de manière exceptionnelle, en charge comme en décharge. Le dimensionnement optimal doit porter sur des régimes plus proches de C / 100 en décharge (et donc une décharge en 4 jours).

Les batteries sont livrées avec les composants qui permettent:

  • D’ajuster la densité d’acide à la mise en service puis de faire le complément d’eau lors de la maintenance (1-2-3 et 4)
  • De connecter en série les éléments unitaires (5-6)
  • De remplacer les bouchons de transport par des bouchons céramique de filtrage des vapeurs (7-8)

Mise en service

Lors de la mise en service, les différentes étapes suivantes sont à réaliser :

  1. Installer les batteries
  2. Ajuster le niveau et la densité d’électrolyte
  3. Connecter les batteries en série et au régulateur
  4. Paramétrer le régulateur
  5. Réaliser une charge initiale

1. Installation des batteries

Les batteries de type OPZS ou TOPZS se présentent sous la forme d’éléments unitaires de 2V.

Pour les batteries OPZS, il n’est pas nécessaire de coller les éléments entre eux car le bac des batteries en polymère de type plexiglass offre une bonne rigidité.

Pour les TOPZS, il est important de bien coller les éléments les uns contre les autres afin d’éviter que le bac plastique, plus souple, ne se déforme sous le poids de l’acide.

Comme pour toute batterie au plomb de type ouvert, le local d’installation doit être suffisamment vaste et ventilé pour évacuer l’hydrogène qui se forme comme produit de l’électrolyse de l’eau en fin de charge (entrée d’air en partie basse, sortie d’air en partie haute). La norme NF EN 62485-3 prévoit un taux de renouvellement d’air proportionnel au courant de charge en fin de charge (Igaz) et au nombre d’éléments de batteries (N éléments unitaires de 2V) présents dans le local.

2. Mise à niveau de l’électrolyte

Lors de la mise en service, il faut ajuster le niveau d’électrolyte et sa densité.

 

La valeur de densité initiale est de 1.24 g/cm3 à 25° à l’état pleinement chargé. Cette densité initiale est plus faible que pour des batteries de démarrage ou des batteries UPS (qui ont généralement une densité de 1.28). Une densité plus forte a pour effet de monter le potentiel au repos et la capacité disponible mais induit une plus forte corrosion et donc un vieillissement prématuré de la batterie.

Lors de l’ajustement de la densité, il est important de corriger la valeur lue par le facteur de température. Le tableau de correspondance température/densité est à retrouver ci-dessous. Le niveau d’électrolyte doit être ajusté au trait supérieur à 1.24. L’ajustement de la densité se réalise :

  • Avec de l’eau distillée ou déminéralisée pour baisser la densité
  • Avec de l’acide sulfurique dilué pour augmenter la densité

3. Connexion des batteries

Les éléments unitaires sont à relier en série au moyen des câbles inter-batterie fournis à cet effet

 (5 câbles pour une batterie 12V, 11 câbles pour une batterie 24V, 23 câbles pour une batterie 48V)

 

Une section de câbles suffisante est à choisir en fonction des courants soutirés et des distances de longueurs de câbles. La section des câbles inter-éléments a été choisie en prenant en compte ces paramètres. Voici les sections recommandées en fonction des modèles de batteries.

 

4. Régulation de la charge et de la décharge

Le régulateur de charge est à ajuster pour répondre au besoin spécifique des batteries OPZS et TOPZS.

Gestion de la décharge

  • Le seuil de fin de décharge complète acceptable est fonction du courant de décharge. Pour de telles batteries le seuil bas est à 1.8V par élément pour des décharges à C/10 et 1.85V/élément pour des décharges plus lentes (C/20 et plus lente).
  • Afin de prolonger la durée de vie des batteries, il est important de ne pas les décharger totalement trop fréquemment. Et si une décharge profonde se produit (profondeur de décharge supérieure à 80%), il est important de pratiquer une recharge complète rapidement après la décharge. Ces batteries sont prévues pour être capables de fournir plus de 1500 cycles à 80% de profondeur de décharge. Le graphique suivant représente le nombre de cycle possible en fonction de la profondeur de décharge.

 

La décharge quotidienne ne devrait pas descendre en dessous de 50% de profondeur de décharge moyenne. Ce paramètre doit être déterminant dans le dimensionnement de la batterie pour une application donnée.

 Le seuil de fin de décharge à programmer comme limite de protection est à 20% d’état de charge. Ce qui correspond aux valeurs de tension suivantes en fonction du courant de décharge (valeurs exprimées à 20°C) : 1.98 V/c à  I ≤ 0.16 x I10 et 1.81 V/c à I ≥ 4 x I10 interpolation linéaire pour  0.16 x I10 < I < 4 x I11

Gestion de la charge

Les chargeurs ou régulateurs du marché effectuent une recharge des batteries en 3 étapes de type IU1U2 c’est-à-dire :

  • Une phase I dans laquelle le courant est limité à une valeur adéquate pour la batterie et qui constitue la charge principale (anglais : ‘’bulk’’). Au début du cycle de charge d'une batterie, la tension monte rapidement (à environ 2,1 V / élément). Ensuite, la tension monte plus lentement, jusqu'à ce que la tension d'absorption (U1) soit atteinte. Pendant la phase principale de la recharge, la batterie accepte tout le courant de charge proposé : le courant de charge est limité par le chargeur. Pour de grandes batteries d'accumulateurs et en particulier les OPZS et TOPZS il est conseillé de limiter le courant d’absorption à C/10 ou encore mieux C/20. Une charge d’absorption avec un courant plus faible garantit une meilleure longévité de la batterie. Une batterie accepte tout le courant de charge proposé jusqu'à ce qu'elle soit chargée à environ 80 %. La tension d'absorption est alors atteinte.
  • Une phase U1 ou phase d’absorption. Une fois que la batterie a atteint la tension d’absorption, le chargeur ou régulateur doit être réglé pour maintenir la batterie à cette tension en diminuant progressivement le courant. La batterie absorbera de moins en moins de courant au lieu d'accepter tout le courant "proposé" comme en phase I. Pour cette raison, la première limite de tension est appelée : la tension d'absorption, et la seconde phase du cycle de charge : la phase d'absorption. Un courant de charge élevé provoque une élévation de la température de la batterie, conduit à plus de bouillonnement et à un temps d'absorption supérieur nécessaire pour charger complètement la batterie. Autrement dit : un courant de charge très élevé n'est pas vraiment efficace et ne réduit que relativement peu le temps de charge. Dans tous les cas, dès que la tension de gazage est atteinte le courant de charge doit être limité à C / 10 ou moins, (à 20°C, la tension de gazage est d'environ 2,4 V / élément). Après une décharge longue et importante, une longue période d'absorption sera nécessaire pour récupérer et retransformer toute la matière active à l’intérieur des plaques.   Les batteries de démarrage avec des plaques minces, nécessitent une période d'absorption moins longue que les batteries à plaques épaisses ou tubulaires. Pour le batteries de typs OPZS ou TOPZS, nous avons affaire à des limites de tension d'absorption plutôt larges, allant de 2,33 V par élément et une longue période d'absorption, à 2,6 V par élément et une période d'absorption beaucoup plus courte. Afin de prévenir un bouillonnement excessif, le courant de charge doit être limité à un maximum de 10 % de la capacité de la batterie (mais 5 % est nettement meilleur) une fois que la tension de gazage (2,4 V par élément) est dépassée : par exemple 40 A pour une batterie de 400 Ah (capacité en C/10). Ce courant de charge limité est obtenu en limitant le courant du chargeur, ou en limitant la vitesse avec laquelle la tension de charge monte jusqu'à environ 0,1 V par élément et par heure. Le fabricant TAB recommande une valeur U1 pour ses batteries comprise entre 2.4V et 2.6V par élément.
  • Une phase U2 ou charge d’entretien (floating en Anglais). Après avoir rechargé complètement la batterie, la tension est baissée pour limiter le plus possible la corrosion et l’électrolyse de l’au. Mais la tension doit rester suffisamment élevée pour compenser l'autodécharge, c'est à dire, pour conserver la batterie complètement chargée. Trop de tension provoque un vieillissement accéléré dû à la corrosion des plaques positives. La vitesse avec laquelle la grille des plaques positives se corrode doublera grosso modo à chaque augmentation de 50 mV de tension par élément (0,3 V et 0,6 V respectivement pour des batteries de 12 V et 24 V) . En revanche, avec avec une tension trop faible, la batterie se déchargera lentement, ce qui aboutira finalement à la sulfatation. En ce qui concerne la tension de charge d’entretien, nous devons faire une différence entre les batteries ouvertes (comme les OPZS et TOPZS) et les batteries étanches (VRLA). Les recommandations pour la charge d’entretien des batteries ouvertes varient de 2,15 V à 2,33 V par élément. Elles ne sont pas prévues pour une charge d’entretien de longue durée (c'est à dire, plusieurs mois ou plusieurs années). La charge d’entretien avec une tension relativement élevée diminuera la durée de vie à cause de la corrosion accélérée des grilles des plaques positives. Et le niveau de l’électrolyte des batteries à teneur en antimoine élevée devra être régulièrement remis à niveau avec de l'eau déminéralisée. La charge d’entretien à tension basse, par exemple 2,15 V par élément, réduit le vieillissement et la perte d’eau dû à la production de gaz, mais il faudra une "charge de rafraîchissement" régulière pour conserver la batterie complètement chargée. Le fabricant TAB recommande une valeur U2 pour ses batteries de 2.23V par élément.


5. Charge initiale

Il est important avant la mise en opération sur le système solaire de bien recharger la batterie . La charge initiale agit comme un complément de formation de la matière active, elle est déterminante pour la longévité de votre batterie.

Ainsi, vous pouvez par exemple débrancher l'alimentation des consommations du système pendant 3 jours dont au moins un bien ensoleillé.

Lors de la charge initiale ou de charges périodiques d'égalisation, la tension de fin de charge U1 avant le passage en flottant peut être apparue à 2.4V / élément.

 


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