Batteries de traction

Sommaire de la page :

---

Préambule

Nous allons voir dans cette page la réserve d'énergie de la voiture, ce qui remplace le simple réservoir d'essence de 40 l de l'AX d'origine.

AX Essence : 30 kg pour stocker 400 kWh (900 kms d'autonomie)

AX Electrique : 300 kg pour 12 kWh (90 kms d'autonomie).

Vous l'aurez compris, c'est le point faible de la voiture électrique (énergie 10 fois plus lourde pour 10 fois moins d'autonomie), cette batterie nécessitant une électronique complexe de charge et de décharge, et tout le système de refroidissement qui va avec.

Pour les batteries PSA, il faut savoir que la batterie appartenait à PSA et les emmerdes allant avec, les préconisations de PSA sur l'entretien de la batterie de traction ne sont a priori pas mauvaises. Ces préconisations peuvent être adaptées car elles sont très généralistes donc peu précises et peu expliquées techniquement, et surtout les batteries ont évoluées avec la découverte de problèmes apparus au cours du temps comme la métalisation.

Vocabulaire employé :

Ceci n'est pas un cours sur les accumulateurs, bien que les notions soient amenées avec douceur, en cas de difficultés voir ce cours sur les accumulateurs.

C : Courant de charge ou de décharge lié à la capacité de la batterie. Par exemple, 2C pour une batterie de 100 Ah représente 200 A.

cellule : accumulateur élémentaire, composé de 2 électrodes baignant dans un électrolyte. Tension élémentaire, par exemple 1,2 V pour le Ni-Cd.

module : Assemblage en série de plusieurs cellules pour donner un bloc facilement manipulable, pour une tension composée de 6V pour les modules SAFT.

niveau de charge (% batt) : Il est possible de parler en % de décharge (on a déchargé 80% de la batterie) ou en % de charge (il reste 20% de charge batterie à utiliser). Je ne m'exprimerais qu'en % de charge batterie (% batt, niveau de la batterie donc capacité pouvant encore être employée), c'est à dire la valeur lue sur la jauge de la voiture.

Composition de la batterie de traction

La batterie de traction est l'ensemble des batteries unitaires (d'une taille similaire à ce qu'on connaît pour nos batteries de démarrage 12V automobile), appelés monoblocs dans la doc PSA.

Pour se conformer aux nouvelles terminologies 2011 apportées par les nouvelles voitures électriques au lithium (où les termes employés collent plus aux documents anglais), nous utiliserons les termes de cellule pour dire élément, et module pour monobloc.

Nous parlerons généralement de la batterie de traction dans son ensemble (tous les modules branchés en série) car l'électronique de contrôle ne gère pas les modules séparément comme on le voit actuellement avec les lithium, mais gère l'ensemble comme on le ferait d'une (très) grosse batterie de 120 V.

Répartition des coffres de batterie

La batterie de traction est constituée de plusieurs modules, eux-mêmes constitués de plusieurs cellules.

L'AX utilise les modules SAFT Ni-Cd type STM 5 - 100 MRE refroidies par eau pour la traction.

Il y a 20 modules de 6V, 100 Ah et 12,7 kg chacun reliés en série, pour donner une batterie de traction d'une tension totale de 120 V, 12,5 kWh de capacité et 154 kg.

Les 20 modules sont ainsi répartis en 3 coffres (ou bacs, terme que je n'utiliserait que pour nommer l'enveloppe plastique d'un module) :

• 2 coffres sous le capot moteur :
  • coffre supérieur : 3 modules
  • coffre inférieur : 6 modules
• 1 coffre à l'arrière de la voiture, le plus lourd : 11 modules

Le coffre arrière remplace roue de secours et réservoir d'essence.

Chaque module est constitué de 5 cellules branchées en série. Comme chaque cellule fait 1.2 V, le module a une tension de 6V.

Poids total des batteries : 260 kg. Il faut rajouter à cela tout le poids du refroidissement nécessaire (radiateur+ventilateur+pompe+durit+12 l d'eau), plus le chargeur électronique embarqué, plus le hacheur de traction, plus le calculateur qui supervise le tout, juste pour gérer les batteries.

Si vous ne vous êtes pas trop mélangé entre les cellules, modules, batteries, vous aurez compris que la batterie est constituée de la mise en série de 20 modules, donc de 100 cellules unitaires de 1,2V (soit 120 V, on s'y retrouve).

Nota : pour rappel, la tension nominale de 1,2 V est plus une tension moyenne, en se déchargeant la cellule passe de 1,3 V (100% chargée) à 1V (0%, cellule déchargée).

Compatibilité entre les modèles

Les 3 coffres sont communs aux AX, saxo et 106.

Concernant les partner / berlingo, le bac avant inférieur et le bac arrière sont identiques au bac avant inférieur de l'AX, le bac central est identique au bac arrière de l'AX, et seul le bac avant sup dans le compartiment moteur (qui regroupe 4 batteries) est spécifique.

Contrat d'entretien

C'est l'organisme de crédit de PSA, Credipar, qui loue les batteries dont elle est propriétaire (de 154 euros par mois pour certains à 197 euros par mois pour d'autres moins chanceux en 2011) et en assure la maintenance via le réseau de concessionnaires.

Certains VE n'ont plus de contrat d'entretien ou n'en ont jamais eus (le propriétaire du véhicule possède aussi les batteries), donc pas assurés en cas de problème. Ce type de véhicules se révèle plus économique à l'usage (qui justifie de 200 euros d'essence dépensée par mois?).

Quand on achète une voiture électrique le vendeur dois faire signer un papier indiquant que l'on n'est pas propriétaire des batteries (les batteries ne sont pas vendues avec le véhicule). Sans ce papier, on peux faire annuler la vente. C'est le vendeur qui a accepté de signer un contrat, pas l'acheteur qui n'a pas signé.

En cas d'arrêt de paiement des mensualités donc annulation du contrat, Credipar récupère ses batteries.

En 2013, il semble rare de tomber encore sur ce type de contrat, la plupart des voitures ayant perdu le contrat au fil des ventes ou les voitures sans batteries ayant retrouvé des batteries libres de droit.

Précautions d'emploi

Agressivité de l'électrolyte

Les batteries sont remplies de potasse, une solution basique, certes moins dangereuse que l'acide sulfurique des batteries plomb, mais qui dégrade les récepteurs sensitifs de la peau (d'où cette sensation de produit tout doux au toucher) et agressif pour les yeux (laver immédiatement à l'eau clair en cas de projection).

Porter des gants étanches et résistant aux produits basiques de même que des protections oculairess lorsqu'on manipule l'électrolyte.

Dégagement d'hydrogène

En charge ou en décharge, il y a dégagement d'hydrogène, certes en quantité très limitée, mais dont l'accumulation peut provoquer, en présence d'étincelle ou de corps chaud, une explosion. C'est pourquoi il faut s'assurer que les batteries soient toujours correctement ventilées.

Court-circuits et électrocution

Enfin, une batterie fait 6 V, on peut mettre sans problème une main entre les 2 cosses sans être électrocutés, mais un simple outil métallique provoque un court circuit dont les arcs électriques peuvent endommager la rétine (surtout si on porte des lentilles qui fondent sur l'oeil, comme une soudure à l'arc) et une élévation de température très rapide pouvant conduire à un incendie.

Ce phénomène est amplifié si on met en série les batteries, pour atteindre la tension de 140 V qui elle est mortelle et les dégâts en cas de court circuit accidentel sont amplifiés d'autant.

Il faut donc travailler avec des gants pour éviter l'électrocution, utiliser des outils isolés (avec protection plastique) et déconnecter les batteries entre elles (les fusibles et barrettes) pour diminuer la tension totale et donc le risque d'électrocution.

Batterie 12V accessoires

Les batteries de traction ne servent qu'au moteur de traction. Tous les accessoires (phares, direction assistée, calculateur SAGEM, etc.) sont eux alimentés par une batterie 12V classique de démarrage automobile. Cette batterie est mise sous tension de 14 V par le convertisseur (comme le ferait un alternateur automobile).

Utilisation en décharge des batteries Saft

Recharger à fond au moins une fois par semaine, sinon on peut recharger quand on veut, de préférence en dessous de 50%. Essayer de ne pas descendre en dessous de 30% avant de recharger. Une fois par an essayer de décharger jusqu'à l'arrêt du véhicule.

Lors de la décharge :

de 100 à 50% de réserve : on peut aller dans le rouge

de 50 à 30 % : ne pas dépasser le orange

En dessous de 30 % : rester dans le vert !

Le but est d'allumer le voyant de demande de charge (indiquant une tension batterie très basse) le plus tard possible. Et de diminuer le courant de sortie à fournir par les batteries qui sont déjà bien déchargées. En effet en fin de charge il y a toujours le risque d'avoir un élément très faible qui fasse une inversion de polarité sur une demande d'ampérage faisant chuter la tension batterie (résistance interne).

le NiCd supporte les grosses intensités tant qu'il n'y a pas d'échauffement, que le plein d'eau est correct et que la batterie est équilibrée (pour éviter les retournements de tension fatale aux cellules faibles).

Autre désavantage à tirer des ampères, à cause de la résistance la tension des batteries chute, l'ampérage augmente (hacheur conduit plus souvent pour obtenir la puissance demandée) et donc les pertes de chaleur augmentent.

Autre chose, plus il y a d'intensité, plus les ventilateurs tournent, pompant d'autant plus d'énergie.

Donc plus on garde la tension élevée (le pied léger), plus l'autonomie augmente.

Comment charger la batterie de traction des VE PSA ?

Quelle prise électrique utiliser

N'importe quelle prise monophasée 230 V protégée par un fusible 16 A et de préférence une mise à la terre avec un disjoncteur différentiel 30 mA (ça marche sans).
Attention, la puissance absorbée est de 3100 W au maxi, ça passe avec l'abonnement minimal 3 kW qui coupe à 15 A car la charge monte au maxi à 14,3 A mais évidemment il ne faut pas utiliser à côté le karcher 800 W pour laver la voiture... (rappelons au passage que laver la voiture pendant la charge est interdit, et le lavage au karcher (sous pression) interdit tout court!).

Mode opératoire

Ouvrir la trappe, brancher la prise maréchal, brancher l'autre extrémité du câble dans une prise secteur ou sur un programmateur (qui pourra partir plus tard dans la nuit), refermer la trappe.

Pour arrêter la charge, ouvrir la trappe, retirer la prise du secteur puis la prise maréchal, refermer la trappe.

Durée de la charge

Il faut compter 25 % batterie récupérés par heure de charge jusqu'à 100%, et après 100 % il faut 3 h pour obtenir 15 % supplémentaires.

Donc 3 h pour une charge normale entre 20% et 100%, 7 h pour une charge complète à 115%.

Précautions à prendre lors de la charge

Inclinaison véhicule

Pas de risque de fuite d'électrolyte si le véhicule est incliné, il y a des sortes de siphon dans les modules qui interdisent toute sortie d'électrolyte.

Grands froids ou grosses chaleurs

En hiver, une bâche sur la voiture permet d'homogénéiser les températures de tous les modules répartis dans des coffres pas à la même hauteur, surtout le coffre supérieur plus protégé du sol.

Laisser les batteries reposer un peu avant de charger, surtout s'il fait très chaud ou qu'on a roulé dans le rouge. En effet il est néfaste pour leur durée de vie de charger au dessus d'une température interne de 35°C, de même que la capacité batterie va chuter.

La charge ne peut se faire au dessus d'une température interne supérieure à 60°C.

Constitution d'une cellule Ni-Cd

Principe de fonctionnement d'une cellule Ni-Cd

Une cellule est constitué d'une plaque de Nickel (la cathode +) et d'une plaque de Cadmium (l'anode -), c'est la batterie élémentaire (le terme batterie est une contraction de "batterie de cellules", c'est à dire plusieurs cellules les unes à la suite des autres).

L'électrode positive est un corps oxydant susceptible d'être réduit, c'est à dire de prendre des électrons.
L'électrode négative est un corps réducteur susceptible d'être oxydé, c'est à dire de donner des électrons.
Les 2 corps forment un couple électrochimique, comme le nickel/cadmium, ou l'acide sulfurique/plomb.

Les 2 électrodes + et - sont séparés par un isolateur poreux, qui permet le passage des ions mais évite que les plaques se touchent et fassent court-circuit.

Un ion est une molécule avec un électron en plus ou en moins, c'est eux qui permettent aux électrons circulant dans le circuit électrique externe de rejoindre l'anode - d'où ils ont été émis. Les ions ne pouvant circuler que de la cathode vers l'anode, on est sûr que les électrons de l'anode sont forcés de partir dans le circuit extérieur pour pouvoir revenir par l'électrolyte via

Les électrodes et isolateurs sont baignés dans un liquide ou un gel, l'électrolyte (soit acide soit basique), permettant aux ions de migrer à travers l'isolateur de l'électrode positive à la négative pour les ions positifs et inversement pour les ions positifs.

La tension nominale de 1,2 V est plus une tension moyenne, en se déchargeant la cellule passe de 1,3 V (100% chargée) à 1V (0%, cellule déchargée). En effet, en dessous de 1V la tension s'écroule brutalement, et les cellules s'inversent (la fameuse inversion de polarité) devenant de tension négative, les cellules en série plus chargées se déchargent en elles, endommageant les cellules).

Effet mémoire

L'effet mémoire entraine une modification de la courbe de décharge de l'accu, à savoir que vers la fin de la décharge la tension va chuter de quelques millivolt vers un palier de tension inférieur. A chaque surcharge cette chute de tension se produit de plus en plus tôt. La tension chute sous le seuil d'arrêt de décharge (l'appareil l'interprète comme la fin de capacité batterie) et la décharge est arrêtée avant la fin de capacité réelle de l'accu.

Cette chute de tension est provoquée par 2 cas de figure :

- une recharge régulière à mi-capacité, la partie des électrodes non utilisée se modifiant au fil du temps (premier effet mémoire, découvert par la nasa sur les satellites qui sont rechargés toujours au même moment). Très peu probable avec nos appareils.

- la surcharge régulière qui plus elle dure, plus va modifier certaines parties de l'électrode.

En interne, il semblerait que ce soit l'augmentation des cristaux de l'électrode de nickel qui diminue la surface de contact électrode-électrolyte, augmentant la résistance interne et faisant chuter la tension. A chaque décharge c'est la partie des électrodes ayant déjà servie le coup d'avant (avec les petits cristaux) qui se décharge en premier (car moins de résistance interne sur cette partie de l'électrode), la partie à plus grosse résistance interne servant moins lors de la décharge et voyant ses cristaux grossir lors de chaque surcharge (cette partie de l'électrode étant déjà chargée).

Cet effet augmente avec la durée de la surcharge, ce qu'on a tendance à faire quand on voit que la capacité diminue, et qui est au final une grossière erreur!

La tension nominale de la batterie est de 1,2 V sur la première partie de la décharge (mode normal, utilisation de la partie d'électrode à petits cristaux) et tombe à 1,08 V sur la 2eme partie (gros cristaux), quand on commence à décharger la partie perturbée de l'électrode, avec les gros grains.

Cette chute de tension apparait souvent à la capacité à laquelle on les recharge habituellement.

Pour enlever cet effet mémoire, il suffit de décharger entièrement l'élément en question ( ne pas le faire sur toutes les batteries d'un coup) à 1V / élément pour utiliser/dissoudre les gros cristaux inutilisés précédemment dans l'électrolyte, et ainsi repartir à la recharge sur une électrode homogène (les petits cristaux se reformant à la recharge).

Il faudrait une décharge profonde par an pour regénérer les accus.

Particularités cellules Saft STM 5

Pour les batteries Saft STM 5, les 2 plaques/électrodes baignent dans un électrolyte alcalin (constitué d'hydroxyde de potassium KOH dissous dans l'eau, appelé potasse).
Attention, l'électrolyte des cellules Ni-Cd n'est pas acide comme les batteries plomb, mais basique (présence d'ions OH- en excès). C'est les ions OH- qui transportent les électrons de la cathode + à l'anode -. Le nickel ou le cadmium restent sous forme solide, l'électrolyte ne participe pas à la réaction et se contente de transporter les ions OH-, d'où la grande longévité de ces batteries.

Construction des électrodes

L'électrode positive est constitué de nickel fritté imbibé d'hydroxyde de nickel (NiOH).

L'électrode négative est une plaque de nickel perforée sur laquelle est collée un plastique et des ions oxyde de cadmium (OCd).

L'avantage de ces batteries est que le passage de l'état oxydé à l'état réduit se fait sans changement de l'état physique, alors que certaines batteries lithium doivent être serrées pour ne pas trop gonfler.

Les électrodes ne sont pas dissoutes dans l'électrolyte ( => grande durée de vie).

Isolateurs

Les isolateurs sont des films multicouches de polypropylène non tissés, 3 pour les modules d'avant 2003, 4 au delà. Les isolateurs 3 couches sont plus sensibles à la métalisation, mais en contrepartie les isolateurs 4 couches diminuent un peu la puissance des batteries (les ions OH- passent plus difficilement à travers).

électrolyte

L'électrolyte est tout simplement de la potasse et des additifs versés dans de l'eau déminéralisée.

Au passage, l'eau est déminéralisée car sinon ça veut dire qu'il y a des merdes dedans (calcaire, poussières, NOx des pluies acides, etc.) qui vont d'une part modifier le Ph, d'autre part faire des réactions chimiques parasites, ajouter des additifs qui vont perturber les réactions chimiques nécessaire au fonctionnement de la batterie, etc. L'eau du robinet est interdite!

La réaction chimique générant la charge ou la décharge s'accompagne de dégagements gazeux (décomposition de l'eau de l'électrolyte par électrolyse) et d'émission de chaleur. Il faut donc refroidir les cellules et remettre régulièrement de l'eau dans l'électrolyte.

Composition de l'électrolyte (en % de masse) :

• 20 à 30% de KOH,
• 1 à 2.5% de cristaux LiOH (hydroxyde de lithium) ou de NaOH (hydroxyde de sodium),
• 68 à 80% d'eau déminéralisée ou distillée.

Sa densité doit être d'environ 1,22 (donc plus lourde que l'eau, intéressant car en cas de surcharge elle va rester au fond des batteries), et reste constante durant les réactions chimiques (on ne peut pas s'en servir pour vérifier l'état de charge de la batterie).

Seule l'eau est dégradées par l'électrolyse, c'est pourquoi il suffit juste de rajouter de l'eau pure pour remplacer celle décomposée par l'électrolyse.

Lors de l'électrolyse de l'eau, l'eau liquide est décomposée en hydrogène et oxygène gazeux. Les circuits d'eau qui servent à évacuer le surplus d'eau servent aussi aux gaz à s'évacuer dans l'atmosphère (cette quantité de gaz est minime, rassurez vous, mais comme ils sont explosifs, il faut éviter absolument leur accumulation).

Caractéristiques d'un module Saft STM 5 MRE

Caractéristique électrique

Tension nominale : 6 V

Capacité : 100 Ah soit 600 Wh.

Résistance interne apparente pleine charge 20°C : 4 mΩ

Energie spécifique à C/3 (décharge module en 3 h) : 54 Wh/kg (plus que le plomb, 2 à 3 fois inférieur au lithium)

Densité énergétique à C/3 : 87 Wh/l

Puissance spécifique à 20% batt : 120 W/kg

Caractéristique mécanique

Poids : 13,2 kg (d'autres sources américaines disent 12,7 kg)

Dimensions (mm) : 246 long - 123 larg - 260 haut (volume de 7,87 l).

Réserve d'électrolyte : 175cm3

Filetage de la cosse : M8 x 1,25

Couple de serrage des cosses : 1,2 daN.m +-0,2

Si le niveau d'électrolyte est visible à travers un module MR (refroidissement à air, il ne l'est pas sur un MRE (refroidissement à eau) à cause de la double paroi servant au liquide de refroidissement. Le niveau d'électrolyte est maximal en fin de charge et durant les quelques minutes qui suivent.

Caractéristiques de fonctionnement

Température

Température extérieure de fonctionnement : -20°C à +40°C.

La tension des modules est inversement proportionnelle à la température (tension élevée à froid, basse à chaud).

En fonctionnement, la température au centre de la cellule ne doit pas dépasser 60°C. En début de charge, la température interne d'un module doit être inférieure à 35 °C (car elle va augmenter au cours de la charge, ne pas dépasser 50°C).

Comme la recharge à chaud est néfaste pour la durée de vie de la batterie, il vaut mieux laisser refroidir au moins une demie-heure avant (valable aussi pour les Ni-Mh).

En hiver, la tension chute plus vite donc le voyant de demande de charge s'allume plus tôt.

La résistance interne diminue avec le froid, mais la capacité et les performances diminuent, d'où l'installation d'un cache calandre.

Le rendement de la recharge à froid des batteries serait plus faible. D'où l'idée de les réchauffer un peu ou de les recharger tout de suite après utilisation?

Mais comparé aux Ni-Mh et aux batteries plomb, le Ni-Cd semble relativement insensible au froid concernant sa capacité.

Décharge

Comme toutes les batteries, les Saft ont une résistance interne, plus le courant de décharge est fort, plus cette résistance dissipe de la chaleur qui n'ira pas au moteur. En gros, en restant à moins de 1C en décharge (100 A) l'autonomie sera meilleure.

Autodécharge (20% de décharge par mois).

Rendement

80% de rendement (principalement à cause de la surcharge pour bien charger tous les blocs alors que la plupart sont déjà remplis, et le fonctionnement véhicule à basse tension (plus la tension globale baisse plus il faut d'ampérage pour sortir la même puissance, et plus les batteries via leur résistance interne chauffent, donc dissipent en chaleur l'énergie avant même qu'elle sorte de la batterie).

Durée de vie

2000 cycles de charge-décharge.

25 à 30 ans calendaire.

Divers

Possibilité de charge rapide (plus que le Ni-Mh ou le lithium).

Effet mémoire (si pas déchargé à fond, ils perdent petit à petit de la capacité).

Recyclables (interdit en 2005 car le nombre de centre de recyclages, vu la faible quantité de VE vendus, n'est pas assez important sur le territoire).

Comme le plomb ou n'importe quel métal lourd, nocif si jeté directement dans la nature.

Source d'usure des STM5

Les modules Saft sont assez robustes et s'adaptent à la plupart des cas d'utilisation des utilisateurs, y compris du biberonnage (on recharge la batterie dès qu'on peut, même au dessus de 50%). Il n'y a que 2 cas de figures destructeurs, laisser des batteries chargées à bloc sans rouler, et rouler dans l'orange ou le rouge en fin de charge.

Métalisation

C'est la migration de cadmium dans les séparateurs ce qui provoque à la longue des courts-circuits entre l'anode et la cathode (alors que les électrons sont censés passer par le circuit électrique externe).

C'est ce qu'on appelle la métalisation, phénomène apparaissant dès lors que la batterie est chargée à plus de 95 % (ou alors simplement si les batteries ne sont pas déchargées un peu juste après la fin de la charge suivant d'autres sources). Autant dire qu'une voiture qui roule très peu et qui est laissée en permanence chargée flingue ses batteries en 20 000 kms.

En 2000 (rapport du 23/09/2003 de Jorgensen moller, ou 2003 selon d'autres sources) les cellules SAFT disposent de 4 isolateurs au lieu de 3, ce qui diminue un peu la puissance max sortie (moins d'électrons qui transitent à travers un isolateur de plus) mais réduisent le phénomène de métalisation.

Les effets de cette métalisation sont un court circuit provoquant chaleur, qui peut provoquer la fonte de l'enveloppe plastique du module si ce court circuit est sur le bord du module.

Photo extraite du rapport du 23/09/2003 de Jorgensen moller, vue du dessous du module.

Ce trou provoque la fuite de l'électrolyte dans le liquide de refroidissement. cela n'est pas très grave en soit, et la voiture continue à rouler, même si avec une tension réduite ( car une cellule de moins) les performances sont moins bonnes et le voyant de fin de charge s'allume plus tôt.

Le problème c'est que l'eau disparaît petit à petit au fil du temps, d'où la nécessité d'une mise en eau régulière. Et c'est là que la métalisation devient dramatique, car lors du remplissage l'eau déminéralisée arrivant dans la cellule percée ne va pas pouvoir remplir les cellules suivantes. Dans ces dernières le niveau d'eau baisse dangereusement, et à plus ou moins long termes elles sont mortes. Il n'est ainsi pas rare de voir qu'après remplacement du module défectueux le voyant de charge continue de s'allumer au dessus de 30%... D'où l'intérêt de mesurer régulièrement les tensions des blocs pour détecter un élément défectueux, et le remplacer avant que les autres module du coffre en pâtissent.

Inversion de polarité

Des batteries déchargées en dessous de 20% batt avant d'être rechargées tiennent 80 000 kms. Alors que des batteries biberonnées à 50% batt, même si ça provoque de l'effet mémoire, tiennent 150 000 kms.

Durée de vie des modules STM 5

Cette durée de vie est assez élevée si on n'inverse pas l'élément en descendant trop bas en tension et qu'on ne laisse pas une batterie chargée sans rouler. On peut tabler sur plus de 100 000 kms.

Voilà un graphe tiré du forum véhiculesélectriques, montrant qu'en déchargeant la batterie à 0% à chaque fois (sur le graphe, ça correspond à 100% de décharge) on n'a que 80 000 kms d'autonomie (vérifié en moyenne quand on chargeait à 0% batt), alors qu'en chargeant dès 50% batt on monte à 150 000 kms. Cette courbe a été obtenue en faisant des essais sur un an, donc sans tenir compte de la métalisation.

Il semblerait que charger dès qu'on peut soit la bonne solution, sans oublier de vider les batteries une fois de temps en temps pour effacer l'effet mémoire. En plus ça permet de tourner avec une tension plus haute donc moins de pertes et d'usure car moins d'intensité.

évolution des modules Saft STM 5

En 2000 ( ou 2003?), les séparateurs de plaques passent de 3 à 4 feuillets, retardant la métalisation mais du coup limitant la puissance de décharge et charge, les électrons ayant plus de mal à traverser 4 feuillets plutôt que 3.

En 2001, la capacité en eau des coffres augmente.

Fabrication des STM 5

Double Hybride sur son site nous décrit sa visite des usines de la SAFT à Bordeaux, que je vais résumer :

Les plaques positives et négatives sont super-costaud. Elles sont fabriquées sur un ruban d'acier nickelé et perforé qui rentre en continu dans la machine pour être recouvert de 2 mm de pâte (soit de nickel soit de cadmium) sur les 2 faces, puis c'est séché, calibré, frité, massicoté pour faire des plaques.

Il y a les plaques marron enduites de pâte de nickel et les plaques grises enduites de pâte de cadmium.

Les modules sont assemblés en superposant une plaque nickel, 4 couches de séparateurs (sorte de tissu non tissé en fibre blanche) et une plaque cadmium pour obtenir une paire de plaque, les paires sont superposées les unes aux autres puis cet ensemble est écrasé sous presse pour donner une cellule, tout en contrôlant un éventuel défaut d'isolement. Les cellule sont alors introduites dans les alvéoles du bac plastique du module. Chaque cellule est alors raccordée à la suivante par un montage H6P7 et joint d'étanchéité avec une grosse pince d'un robot ce qui le rend donc indémontable.

Le séparateur fait fragile à comparer aux grosses plaques cathodes et anodes mais c'est indispensable pour laisser passer les électrons.

Le bac plastique du module est un autre point faible car il est fin pour limiter son poids et permettre le refroidissement.

Les coffres sont ensuite remplis avec les modules assemblés et connectés.

Une première charge sous 20A est effectuée pour former les modules. Un cycle de test est ensuite effectué à 80% pour vérifier le fonctionnement de la batterie. Les modules sont maintenus à 15°C durant cette opération (température idéale de fonctionnement). Les coffres PSA sont placés sous circulation d'eau glacée. Cette opération conduite avec des automates à récupération d'énergie dure la journée, on comprend mieux pourquoi cette batterie à un coût de vente aussi élevée.

Il y a aussi des batteries Ni-Cd utilisées en floating qui ont une feuille plastique microperforée ajoutée aux 4 séparateurs, ce qui limite l'intensité max débitée mais empêche aussi le phénomène de métalisation.

Le petit service de fabrication des batteries pour VE c'est déjà une usine gigantesque qui avait été bâtie pour alimenter un marché de 50.000 VE par an !

Il y a aussi de la production d'élément NiMh de puissance, technologie qui s'est avérée inadaptée à la traction des VE, à cause des mauvaises performances à basse température et un faible nombre de cycle profond disponible à comparer au NiCd.

Phases de charge élémentaires des STM 5

Une charge est en fait un cycle de charge, constituée de plusieurs niveaux (par exemple, lors d'une charge normale, on charge 4 h à 20 A puis 3h à 5 A, soit 2 phases). Pour reprendre les terminologies habituelles qui sont des abus de langage, le terme charge désigne en fait un cycle de une ou plusieurs phases, chaque partie d'une charge étant une phase. Je vais tout d'abord décrire les différentes phases possibles que l'on va rencontrer, pour décrire dans le prochain chapitre les différentes charges (manière de combiner les phases entre elles).

Valeurs de charge

Il faut respecter les valeurs suivantes:

• tension
• intensité
• temps
• température
• dégagement gazeux

Tension : variable, les modules peuvent être branchés jusqu'à 9V (du moment qu'on est supérieur à la tension à vide du module).

Courant : il doit être constant.

Température : comme la température s'élève durant la charge, elle ne doit pas dépasser 60 °C (le chargeur surveille et coup au delà de cette valeur). Pour rappel, charger au dessus de 35 °C de température interne réduit la capacité et la durée de vie.

Phase de charge d'initialisation

Cellules traversées par un courant de 10 A pendant 15 heures (temps fixe, il faut partir d'une batterie vide).

Phase de charge normale

Les cellules sont traversées par un courant constant de 20 A (3kW prélevés au compteur). Le tension augmente continuellement au fur et à mesure que la tension des batterie augmente.

Les STM peuvent être rechargées par un courant entre 15 A (0,15C soit 10 A du côté 230V) et 20 A (0,2 C soit 14 A côté 230V).

Les PSA n'offrent pas le choix des 2 modes de courant (10 ou 15 A côté 230V) comme les Renault.

S'arrêter dès que les cellules ont atteint leur tension seuil prédéterminée, qui varie en fonction de la température des batteries. Voir plus bas le cycle de charge normal.

Phase de surcharge

Le but est d'emmener la capacité batterie à 110% au moins (115% max), pour être sûr que tous les blocs soient équilibrés en fin de charge. Les blocs qui se chargent le plus rapidement sont traversés ensuite par le courant sans se charger et en dissipant la chaleur (c'est pourquoi le courant qui les traverse doit être plus faible que pendant la phase de charge normale). Les lithium en sont incapables et nécessitent un shunt pour éviter d'êtres surchargées.

Les cellules sont traversées par un courant constant de 5 A (0,05 C soit 1kW côté 230 V) en phase de surcharge.

Cette phase entraîne une consommation d'eau par électrolyse.

Phase de charge rapide

150 A dans les batteries, soit 1,5 C. La plage de charge rapide est de 1 à 1,5 C.

Les charges rapides ne semblent pas endommager les batteries, à condition d'alterner avec des charges normales.

Phase de freinage récupératif

Limité à 150 A comme la phase de charge rapide.

Il est plus important sur les PSA à Ni-Cd que sur le voitures électriques récentes à lithium, le Ni-Cd acceptant mieux ce gros courant de charge.

Phase de décharge

Courant limité a 200 A maxi en décharge (2 C), pendant les phases à 20 kW de puissance moteur (moins de 5 minutes avant bridage moteur du à la surchauffe de ce mode).

La température ne doit pas dépasser 60°C au coeur des cellules.

Il est possible en usage extrême pendant moins de 10 s d'avoir un pic de décharge à 5 C (500 A) mais l'électronique Sagem ne l'autorise pas.

seuil de fin de décharge

La tension en décharge dépend du courant débité. Pour connaître la tension de fin de charge (1V par module à vide) :

5 V/module à 0,2 C de décharge (20 A) soit 100 V pour la batterie de traction.

4,5 V/module à 1 C de décharge (100 A) soit 90 V pour la batterie de traction.

4,2 V/module à 2 C de décharge (200 A) soit 84 V pour la batterie de traction.

La décharge à 0% se produit quand les cellules atteignent moins de 1V de tension (5 V pour le module). Il est possible de descendre jusqu'à une décharge profonde du module (0 V), mais le risque d'une inversion de polarité devient alors important. Dans cette phase de décharge profonde, la consommation d'eau n'est pas prise en compte par le compteur d'Ah surchargés.

En cas de longue immobilisation, le module tombe à 0 V par autodécharge, et l'électrolyte est entièrement absorbé par les électrodes. Il sera restitué lors de la prochaine charge.

Nota : en modélisme

En 2009, voilà comment on charge les batteries Ni-Cd :

La charge est constante (pas de phase de surcharge) et s'arrête lors du Delta Peak (point où la tension de la cellule cesse de croître et redescend de 0,02 V par cellule, en même temps que la température monte). La charge est arrêtée là sous peine d'endommager la batterie.

Pour gommer l'effet mémoire, la charge est coupée brusquement toutes les 5 s pour créer des impulsions de décharge très courtes (moins de 0,05 V de chute de tension).

Cycles de charge des STM5

Il y a 6 cycles de charge possibles :

Charge d'initialisation

Une phase de charge d'initialisation de 15 h (c'est pourquoi il faut partir d'une batterie vide).

A faire uniquement pour un nouveau module ou après une longue période d'arrêt (supérieure à un an).

La programmer depuis un boîtier ELIT.

Charge d'entretien

Maintenance charge en anglais.
Utilisée pour la mise en eau des batteries (tous les 4000 kms) pour densifier l'électrolyte au maximum (donc une charge à bloc de chez bloc, ne pas la faire trop souvent).
Ne peut être lancée qu'en la programmant depuis un boîtier ELIT.
Cette charge d'entretien use le chargeur et les batteries, donc ne pas en abuser.

Précharge

Si les cellules sont complètement déchargées (moins de 105 V de tension totale), la charge débute par une précharge de 10 A pendant 12 minutes environ avant la charge usuelle à 3kW.

Charge normale

C'est la charge de tous les jours. Combine une phase normale à 14 A (côté 230 V, soit 20 A côté batterie) puis une phase de surcharge à 8 A (côté 230 V, soit 5 A côté batterie) pour que les cellules les plus faibles soient elles aussi chargés.

Cette surcharge permet d'équilibrer toutes les cellules, mais comme certaines cellules sont déjà chargées à fond on réduit le courant pour limiter l'échauffement des meilleures cellules. Elle permet aussi de recaler la jauge d'énergie.

Cette charge que l'on fait tous les jours ou presque est importante, étudions là plus en détail :

La première phase s'arrête peut après que les modules soient à 100 Ah de capacité. seuil détecté pour une tension donnée (tension qui évolue avec la température des blocs, mesurée par le chargeur). Cette tension est de 1,63 V par cellule soit 8,15 V par module ou encore 163 V pour la batterie de traction. Cette tension de bascule est donnée pour une température de 10°C, pour une température supérieure il faut enlever 0,003 V/°C/cellule soit 0,015 V/°C/module ou encore 3 V/°C pour la batterie de traction. En dessous de 10°C, il faut rajouter 0,006 V/°C/cellule soit 0,03 V/°C/module soit 6 V/°C pour la batterie de traction.

Lors du changement de phase (passage phase normale à phase surcharge) la tension appliquée chute car on n'a plus besoin de faire passer 20 A mais plus que 5A, puis remonte en même temps que la tension de la batterie augmente. Ensuite la tension reste stable et la durée de la surcharge est de 3 H.

Si la batterie était complètement déchargée, la charge prends 8h.

Charge d'égalisation

Faite automatiquement une fois toutes les 10 charges usuelles (est fonction du nombre d'ampères surchargés lors des charges usuelles précédentes), pour charger à bloc les modules les plus faiblards.

A programmer en cas de perte d'autonomie légère ou pour recaler la jauge d'énergie.

Les modules sont à 115 Ah de capacité en fin de cette phase, soit 15 % de plus que la capacité nominale du module. Une bonne partie de l'énergie fournie part en chaleur, expliquant en partie le mauvais rendement de charge (70% en moyenne) d'une batterie Ni-Cd.

Charge rapide externe

Il est possible de shunter le chargeur SAGEM en se branchant à gauche sur les bornes charge rapide. On charge à 150 A sous 160 V à 80 % de charge batterie maximum. Si la charge batterie est au départ de 20 %, il ne faut que 24 minutes pour charger l'équivalent de 65 kms, ça ne laisse pas beaucoup de temps pour manger!

Pour que les électrons qui passent par la prise rapide (prise maréchal) soient comptabiliser il faut laisser la voiture sous tension (contact mis pour que le calculateur soit sous tension) pour que le compteur d'AH les prennent en compte.

Une freinage régénératif monte à 150 A maxi dans les batteries, équivalent donc à une charge rapide.

Cette charge, en plus de ne pas dégrader les batteries, semble même leur faire du bien de temps en temps. Il faut alterner avec des charges complètes avec surcharge pour réinitialiser la jauge (limite 80% de charge), et éviter le risque d'inversion de cellule en fin de décharge.

Quand charger?

Toujours charger juste avant l'utilisation (métalisation)

Plus une batterie est chargée, plus les électrodes ont tendance à métaliser entre elles En effet, les électrons cherchent à joindre l'autre électrode via l'électrolyte au lieu du circuit externe. Pour le faire ils entraînent le métal des électrodes à faire des pointes traversant les isolateurs. Et plus ils ont de la tension (directement liée au niveau de charge batterie), plus ils ont de puissance pour le faire.

C'est pourquoi par principe il faut toujours stocker la batterie à un niveau de charge le plus bas possible (au moins en dessous de 95% batt).

Bref, utilisez la voiture, rangez la, et rechargez juste avant de l'utiliser (utiliser un minuteur pour une charge débutant au milieu de la nuit).

Si il faut charger sans rouler tout de suite, s'arrêter à 90% batt.

Au dessus de 95% batt (je n'arrive pas à savoir si c'est 110 ou 95% batt, on va partir vers le plus bas donc le plus sécuritaire) les modules métallisent. Il est donc impératif de rouler tout de suite dans les minutes qui suivent l'arrêt d'une charge. Certains font un kilomètre mais a priori c'est loin d'être suffisant s'il faut effectivement être en dessous de 95%.

La gravité de métalisation est proportionnelle au temps de repos à 100%. Si toutes les charges à 100% sont suivies d'un repos de plus de 10 h, les batteries ne durent que 20 000 kms...

Qui plus est, l'autodécharge est importante sur les Ni-Cd. Charger pour ne pas rouler, c'est dépenser de l'électricité qui va disparaître en auto-décharge.

Manières de recharger

Charge au voyant

Il ne faudrait pas rouler très longtemps après allumage du voyant jaune de demande de charge, signe que la tension est tombée bas (économètre dans l'orange ou le rouge, jauge décalée, perte de capacité par biberonnage, etc.).

Charge à 0% batt

On vide la batterie à 0% batt avant de recharger.

C'est la méthode utilisée jusqu'au milieu des années 2000 pour éviter la baisse de capacité par effet mémoire, avant qu'on s'aperçoive que l'inversion de polarité était destructeur et que les modules fatigués s'inversaient même pour des niveaux de 20% batt. On s'est aussi aperçu que l'effet mémoire n'était rien du tout.

La durée de vie est divisée par 2 par rapport à une recharge à 50% batt.

Bref, à moins que le trajet n'impose d'aller jusqu'au bout des batteries, à éviter absolument.

Charge intermédiaire (entre 20 et 50 % batt)

Il s'agit de commencer la charge à n'importe quel niveau de charge en dessous de 50 % batt (plus on descend en % batt plus l'ampérage pour une même puissance est élevée, entraînant mauvais rendement et usure des organes électriques).

Le faire en dessous de 50% évite l'effet mémoire du Ni-Cd (pas très grave).

Plus on recharge proche de 50% plus la durée de vie des batteries augmente.

Biberonnage (au dessus de 50 % batt)

C'est quand on charge au dessus de 50%, par exemple petit trajet de 30 kms descendant la jauge à 70%, puis charge intermédiaire pour faire tranquille 80 kms avant la prochaine charge.

Ce mode est déconseillé par PSA sûrement pour l'effet mémoire qu'il apporte, effet mémoire facilement gommé par une décharge un peu plus profonde de temps en temps.

Ce mode est très bon pour la durée de vie des batteries.

Attention, la capacité de la batterie est réduite par effet mémoire, voir ci-dessous les risques encourus.

Charger au dessus de 50% batt

Effet mémoire

Si les batteries sont rechargées trop tôt (au dessus de 20% de batterie restant), il se produirait un effet mémoire diminuant la capacité des batteries. Cet effet mémoire n'est pas grave car il est réversible et ne semble pas affecter la durée de vie des batteries. Une décharge un plus profonde de temps en temps remet la capacité comme à l'origine, donc enlève l'effet mémoire.

Comme la jauge ne mesure pas l'effet mémoire, si on charge toujours à 40% on risque de se trouver en panne sèche ou en inversion de polarité à 5% de jauge le jour où on décharge à fond, la capacité ayant diminuée. Pour avoir un petit aperçu, une batterie biberonnée voit sa capacité passer de 100 Ah à 60 Ah. Une seule décharge totale puis charge ramène la capacité à 100 Ah.

Pour annuler l'effet mémoire (remettre à zéro la capacité batterie et la jauge), il est conseillé de cycler au moins une fois par an ses batteries, c'est à dire de descendre proche de 0% (tension des batteries à 105 V à peu près) avec allumage des voyants simultané à 0%. Même si on peut rouler encore environ 6 Kms en dessous de 0% (accélérateur juste effleuré), il est inutile de le faire pour annuler complètement l'effet mémoire (le risque d'inversion de polarité est bien trop grand, le gain négligeable). Puis charger en laissant la charge se faire complètement.

Durée de vie

très bon pour la durée de vie des batteries (fonctionnement entre 50 et 80% de niveau de charge) et le rendement global du véhicule.

Surcharges plus nombreuses

Il serait peut-être bon de ne pas laisser la charge se terminer d'elle même à chaque fois, voir plus bas les inconvénients de la surcharge.

Rouler sous les 50 % batt

Rendement Joule diminué

Plus la batterie se décharge, plus la tension est basse (140 V à 100%, 127 à 120 V à 50% et 105 V à 0%) donc plus il faut du courant pour obtenir la même puissance. Par exemple, à 140 V, si on veut 20 kW (puissance maxi du moteur) il nous faut 142 A, ce qui reste correct. A 120 V, il nous faut 166 A, là ça commence à être imposant, tout chauffe, les balais moteurs s'usent à vitesse grand V. Que dire alors des 190 A nécessaires pour une tension de 105 V (enfin, normalement à ce niveau de tension le courant est limité à 100 A, soit le vert de l'économètre).

Qui dit courant important dit chauffe, donc baisse de rendement et kWh dissipés dans les batteries (résistance interne) non comptabilisés par le compteur d'Ah (donc la jauge batterie). La chaleur dissipée dans les enroulements moteur est bien comptabilisée.

Rouler sous les 40% batt

Inversion de polarité

Si on descend trop bas on risque de passer en inversion de polarité. ça peut arriver dès les 40% batt, à cause de :

• l'effet mémoire suite à de nombreux biberonnages qui a réduit la capacité de la batterie de 100 à 60 Ah
• de trop nombreuses charges sans surcharge => jauge décalée
• une batterie plomb débranchée pendant plusieurs semaines => jauge décalée à cause d'une autodécharge non comptabilisée.

Quand arrêter la charge ?

2 méthodes, soit on laisse la charge (donc la surcharge) se faire jusqu'au bout, soit on interrompt volontairement la charge (ça je suis le seul à le dire et à le tester, à prendre avec des pincettes...).

Inconvénients de la surcharge

• Mauvais rendement de charge (une grosse partie de l'énergie est dissipée en chaleur pour les modules déjà chargés)
• métalisation qui intervient au dessus de 95% de charge

Intérêt de la surcharge

• Permet de remettre à zéro tous les modules (qui sont tous entre 110 et 115% batt de charge), mêmes les plus faibles qui se déchargent plus vite et rechargent moins vite. ça évite les inversions de polarité des modules les plus faibles en fin de charge alors qu'on a encore 30% batt.
• Permet de recaler la jauge qui ne voit pas tout passer, notamment les pertes joules dans les batteries qu'elle ne peut qu'estimer en affectant à l'intensité lue le rendement de décharge correspondant, sans connaître l'usure des modules (plus le module est fatigué, plus il chauffe). évite le décalage de la jauge qui entraînerait des inversions de polarité en fin de batterie.

Arrêter la charge à 95%

On le voit, l'intérêt de la surcharge est d'éviter les problèmes si on descend trop bas. On pourrait se passer de surcharge si on évite de descendre trop bas. Mais attention à l'effet mémoire qui remonterait le niveau de fin de charge et ferait arriver les problèmes dès les décharges à 40 % batt.

Le voyant de demande de charge, géré par la tension, est censé être là pour éviter ce problème en s'allumant même à 40 % si la tension tombe trop bas. Avec le risque d'être encore à 20 kms de la borne de recharge et de rouler quand même malgré ce voyant...

Pour moi, le mieux est d'arrêter la charge dès qu'on atteint les 95%, et une fois toutes les 5 charges laisser la charge se terminer d'elle même pour recaler la jauge.

Entretien des Ni-Cd

Les 3 règles d'or

Ne jamais laisser des batteries chargées, rouler au moins 600 m immédiatement après une charge.

Faire une charge d'entretien puis une mise en eau tous les 4000 kms.

Ne pas dépasser le vert à l'économètre en dessous de 30%, l'orange en dessous de 50%.

Choses à faire

1. Ne pas laisser les batteries chargées à plus de 95% (métalisation => destruction rapide des modules). Rouler tout de suite après une charge au moins 600 m.
   
2. Il faut faire la charge d'entretien avant la mise en eau, sinon perte d'électrolyte lors des charges suivantes.
3. Mise en eau tous les 4000 kms.
4. Vérifier régulièrement le niveau d'eau du circuit de refroidissement et le fonctionnement de la pompe à eau, pour éviter la surchauffe des composants électroniques et de la batterie de traction.
5. Il vaut mieux qu'un pack soit homogénéisé (capacité des blocs identique) pour éviter les surcharges trop longues en fin de charge ou les inversions de polarité en fin de décharge.
6. Ne pas décharger en dessous de 30 à 20%, sinon les blocs les plus faibles du pack ont la polarité qui s'inversent (dégradation du module).
7. Pas de pied au plancher dans les faibles niveaux de charge, l'ampérage supérieur fait chauffer les batteries et la chute de tension résultante risque de provoquer une inversion de polarité.
8. Stocker ses batteries complètement déchargées à 0 V.

Vérifications périodiques

Au démarrage, écouter si la pompe à eau tourne bien (elle est derrière le pare-choc avant, à gauche, en entrée du radiateur). Elle provoque des remous dans le réservoir à gauche dans le compartiment moteur.

Vérifier qu'il n'y ai pas de fuites d'eau autour des connections des coffres, pas de coffres fissurés, etc.

Mise en eau

A faire tous les 4000 kms, toujours après une charge d'entretien.

Sources pertes d'eau

Conso normale de la batterie de traction est d'1l d'eau aux 1000 km (dépendant principalement des phases de surcharge), c'est à dire une conso de 0,05 l d'eau / 1000 km par module.

La consommation d'eau est dûe à la décomposition de l'eau en hydrogène et oxygène. Les batteries sont mises à l'air libre pour éviter la surpression et l'accumulation de ces 2 gaz explosifs, d'où cette perte de matière.

Cette décomposition de l'eau se produit :

- un petit peu dans les phases où la puissance est au max (conduite dans le rouge, courant frôlant les 200 A)

- principalement pendant la phase de surcharge (les meilleurs modules sont déjà chargés mais un courant continue de les traverser pour charger les modules pas encore chargés à bloc).

Comme c'est prinicpalement la surcharge qui génère cette perte d 'eau, il y a dans le calculateur de la voiture d'un compteur d'Ah surchargés (qui compte les électrons participant à l'électrolyse de l'eau), ce compteur permettant de déduire la quantité d'eau perdue.

Plus les batteries sont fatiguées et plus pour un même nombre d'Ah (? ou juste parce que les surcharges sont plus longues?) ou pour un même nombre de kms la consommation d'eau est importante. C'est pourquoi tant que vous ne connaissez pas la conso de votre véhicule il est conseillé de ne pas dépasser 4 000 kms.

Idéalement il ne faudrait rajouter que 4 l par mise en eau, écarter ou rapprocher les fréquences de mise en eau pour obtenir cette valeur (plus de 4l on prends le risque d'avoir un manque d'eau, en dessous on fait une longue surcharge agressive inutile).

Préparation mise en eau

Cette mise en eau est à faire uniquement après une charge d'entretien ou d'initialisation, même si le niveau d'eau dans le module est inférieur au niveau, car après une longue immobilisation l'électrolyte peut être complètement absorbée par les électrodes. Le niveau d'électrolyte redeviendra visible durant la charge.

Pas d'ajout d'électrolyte

Ne jamais mettre d'acide sulfurique dans l'électrolyte. Car l'électrolyte est une solution basique (le contraire d'acide) qui contient de la potasse.

Seule l'eau est dégradée lors des phases de charge - décharge, il n'y a pas besoin de rajouter de la potasse.

Inconvénients d'un niveau trop bas

La baisse du niveau d'eau entraîne une concentration plus forte en potasse, ce qui augmente la métalisation des séparateurs.

Si le niveau d'électrolyte est trop bas, les haut d'électrodes sont à l'air et surchauffent lors des accélérations (le courant passant brutalement de 100 à 200 A), entraînant la fonte partielle de l'isolateur et création de micros court-circuits, diminuant la capacité de la cellule. Avec la surchauffe les bacs des modules peuvent se fendre. Il y a aussi le risque de surchauffer aussi le liquide de refroidissement donc les équipements électroniques refroidis par le même liquide.

Inconvénients de la mise en eau

On pourrait imaginer faire une mise en eau tous les 500 kms par exemple, pour s'approcher toujours du niveau idéal.
Le problème est que la charge d'entretien via sa surcharge agressive n'est pas non plus très bonne pour la durée de vie des batteries.

Qualité de l'eau

Il faut de l'eau pure (distillée ou déminéralisée) exempte de toutes impuretés.

L'eau de pluie par exemple est remplie de cochonneries, souvent acidifiée à cause des NOx emprisonnés dedans, sans compter les citernes en ciment qui acidifient l'eau.

Eviter l'eau distillée pour batterie au plomb, qui peut déjà contenir des traces d'acide sulfurique.

De l'eau issue de déshumidificateur peut convenir, à condition que les filtres soient propres de même que le bac récepteur. A conserver protégée de l'air.

Débit de remplissage

Pour que le débit reste en surface et que les modules ne soient pas trop remplis (présence d'une poche d'air pour bon fonctionnement dont le volume va diminuer en fonction de la pression d'injection) il ne faut pas dépasser 0,15 bar de pression relative et un débit entre 0,7 et 1 l/min.

Ca c'est la théorie des docs batteries, chez Citroen ils accrochaient une nourrice à plus d'1m au dessus des raccords, sur les docs Peugeot ils montrent une nourrice à 40 cm (accrochée au capot moteur)...

Quand ?

A faire tous les 4000 kms.

Le voyant de demande d'eau au tableau de bord s'affiche au bout de 900 ou 1000Ah surchargés (c'est une estimation d'après une consommation normale, mais ne tient pas compte des différents paramètres comme le fait que plus les batteries sont en fin de vie, plus elles consomment d'eau, les microfuites, les grosses chaleurs faisant s'évaporer plus d'eau, une conduite sportive, les modules très déséquilibrés augmentant les temps de surcharge, etc.). Il est préconisé de faire les pleins tous les 4000-4500kms afin de ne pas trop assécher les électrodes, quand le voyant s'allume ça risque d'être trop tard (il s'allume en général tous les 5000 kms).

Principe de la mise en eau

Effet de la charge d'entretien

Quand on charge la potasse à son maximum (cas d'une charge d'entretien), il se passe 2 chose :

- la potasse devient plus lourde, et tombe donc au fond des batteries (seule l'eau restant au dessus).

- la potasse augmente de volume, le volume d'eau au dessus de la potasse est maximal (sur la charge d'après il ne pourra monter plus haut).

Cet "état de grâce" des modules ne dure qu'une demie heure après la fin de la charge d'entretien, c'est dans ce laps de temps que doit se faire la mise en eau.

Ajout de l'eau

On rajoute alors de l'eau par le dessus. Comme on a perdu de l'eau en 4000 kms, le niveau dans le module n'est pas plein, l'eau monte puis une fois le niveau atteint un trop plein l'évacue dans le module suivant. Seule l'eau rajoutée passe dans le module d'après, on ne perds jamais l'électrolyte qui reste au fond du module.

Une fois arrivé dans le dernier module du bac, l'eau en excès tombe par terre via le tube de trop plein.

Le principe montre à quel point il est vital que la mise en eau se fasse une demie heure après une charge d'entretien :

- volume d'eau maximal, comme ça sur la charge suivante on ne risque pas de déborder (les autres charges seront moins surchargées donc le niveau d'électrolyte sera moins haut qu'après la charge d'entretien).

- potasse la plus dense possible pour rester au fond du module et ne pas être évacuée avec l'eau de trop plein.

Matériel nécessaire ?

Valise diagnostique

Disposer d'au moins d'un boîtier d'outils de diagnostic (TEP92, ELIT, EvLite, Lexia, Diag2000, AS Light Box) pour effacer le voyant de demande d'eau et programmer la charge d'entretien.

Nourrice de remplissage

D'abord avoir la tétine de remplissage qui va appuyer au centre sur le clapet pour faire rentrer l'eau. Cette tétine est commune à de nombreux véhicules électriques comme les chariots élévateurs. Prix autour de 30 euros pièce, mais souvent à commander en plusieurs exemplaires. Il faut bien vérifier qu'elle ai le doigt central pour ouvrir le clapet.
On peut en trouver sur le site suivant : http://pdf.directindustry.fr/pdf/walther-prazision/catalogue-technique/13755-22415-_38.html
ref : KL006-0-SL01150-4 (tuyau de sortie de 11mm de diamètre) ou KL006-0-SL009-50-1 (tuyau de 9) tel:0169119300

En dépannage, sans la tétine de remplissage, on peut aussi délicatement dévisser le bouchon de remplissage, récupérer le ressort et le picot central en plastique, emmancher la tétine sur le tuyau d'eau et la revisser. Problème, le débit est plus important.

Il nous faut maintenant un tuyau transparent d'un mètre de long de 9 ou 11 mm de diamètre (suivant la référence de tétine trouvée), qui se branchera sur le réservoir de la nourrice.

Pour le réservoir de la nourrice, prendre une bouteille d'eau minérale de 5 l coupée sur le fond. Avec un fer à souder et une panne pointue, percer 4 trous pour passer au travers des fils de fer (recourbés sur les extrémités pour ne pas s'enlever), comme sur la photo ci-dessous.

Il est important de prendre des fils de fer et non de la ficelle qui risque de s'effilocher et de faire tomber des brins dans le réservoir.

Un crochet sera accroché au croisement des fils de fer pour s'accrocher sur un des points d'ancrage du capot (au dessus du crochet de verrouillage, désolé pas de photo).

Nous allons maintenant passer le tuyau de 11 dans le bouchon de la bouteille. Commencer avec le fer à souder (encore chaud des 4 perçages du cul de bouteille ci-dessus) ) percer un petit trou au milieu du bouchon, de l'intérieur vers l'extérieur.

Ensuite, avec un briquet allume gaz, chauffer un petit peu le trou (du genre 1 seconde et demie sous la flamme), puis enfoncer en force un cylindre d'un diamètre 2 mm inférieur (par exemple un stylo), toujours de l'intérieur vers l'extérieur du bouchon.

Tant que l'ensemble est chaud on enfonce le tube (de l'intérieur vers l'extérieur, c'est plus facile).

Au début ça se plie un petit peu, mais en tirant encore c'est plus joli.

Et voilà, c'est étanche à moindre frais!

On tire le tuyau à travers le trou, et on branche à l'extrémité la tétine (ça rentre en force).

C'est la différence de hauteur entre le haut de la tétine de remplissage sur voiture et la hauteur libre du réservoir qui gère la pression de remplissage, cette pression + la section de passage du clapet gérant au final le débit de remplissage des batteries.

Comment ?

Effacer le voyant de demande d'eau

Rappel : il ne faut pas brancher le boîtier ELIT si la prise Maréchal de chargement est branchée sur le véhicule.

Effacer avec le boîtier ELIT le témoin "demande en eau" (ça réinitialisera en même temps le compteur "d'Ampère-heure surchargé") en utilisant le menu "Effacement Eau".

Si on fait la mise en eau tous les 4000 kms, sauf problème ce voyant ne doit pas être allumé. Il faut quand même effacer le voyant pour annuler le compteur d'Ah surchargés.

Programmer la charge d'entretien

Cette charge d'entretien est à programmer grâce à un boîtier ELIT : - Dans le menu "Entretien Batterie", sélectionner la charge d'entretien.

La surcharge a une durée fixe de 5 h. Si on est chargé à 50% batterie, il faudra 2h charge+5h surcharge = 7h, à 0% batterie il faudra 4h de charge+5h de surcharge soit 9h.

Cette charge provoque une surcharge longue afin d'avoir une électrolyte (potasse) à sa densité maximum, et cela dans tous les modules, même les plus faibles (d'où la nécessité de la surcharge très longue). La potasse bien densifiée et devenue plus lourde que l'eau tombe au fond des modules par gravité, seule l'eau déminéralisée reste sur le dessus. Comme les modules sont remplis par le dessus, le trop plein qui sort (par le dessus toujours) n'est que de l'eau déminéralisée.

Le surplus évacué lors du remplissage ne sera donc constitué que d'eau déminéralisée, on pourrait imaginer rajouter 10 l de trop que ce qui sortirait des tuyaux de trop plein ne serait que de l'eau déminéralisée, la potasse ne pouvant être évacuée lors de ce lessivage. A moins bien sûr qu'on dépasse une demie heure après la charge et que la potasse commence à remonter...

Autre détail, plus la potasse est chargée plus elle prends du volume, après une charge d'entretien le volume d'eau est à son maximum. Si cette condition n'était pas réalisée (charge normale), à la prochaine charge (surtout si c'est une charge d'égalisation) il y aurait de l'eau (avec la potasse mélangée dedans) qui déborderait des batteries (les batteries auraient été trop remplies).

Cette charge est OBLIGATOIRE AVANT de remplir d'eau sans quoi :

- lors du remplissage la potasse diluée dans l'électrolyte sera évacuée avec l'excédent d'eau,

- lors de la prochaine charge l'excédent d'eau se retrouverait dehors avec une partie de l'électrolyte.

Donc dans tous les cas de la potasse se retrouve hors des batteries, l'électrolyte n'aura plus sa concentration optimale en potasse et les batteries sont mortes pour résumer...

Lancer la charge d'entretien

Débrancher la valise diagnostique.

Brancher la voiture au réseau électrique comme pour une charge normale. Comme la charge d'entretien a été programmée précédemment via le boîtier, c'est elle qui démarre.

Fin charge entretien

Une fois la charge d'entretien terminée (rappel, charge normale de 25% par heure puis 5 h de surcharge, par exemple 6 h si on part de 75%), le voyant de demande d'eau s'allume de nouveau (le témoin "charge en cours' continue à clignoter). Ce témoin de demande d'eau sera allumé pendant 72 heures. Au delà de 72 h la charge d'entretien s'arrête, il faudra la relancer.

Ces 72 heures permettent au réseau PSA de lancer une charge même le vendredi soir et de faire la mise en eau le lundi matin. Tant que la prise maréchal est branchée, les batteries sont sous tension en surcharge et l'électrolyte reste dense. Mais cette surcharge sur le long terme n'est pas très bonne pour la longévité des batteries, c'est pourquoi il vaut mieux vérifier au bout de 10 h de charge si le voyant de demande d'eau s'est allumé et ne pas laisser la charge d'entretien se prolonger trop longtemps.

Pendant ces 72 h, la charge est relancée toutes les 28 minutes pendant 2 minutes à 10 Ampères afin de maintenir le niveau de charge. Que se passe-t-il si on commence à remplir au bout de 28 min, juste avant une recharge de 2min? Est-ce que les 30 minutes pour remplir tiennent compte de cette sécurité ou non? Le mieux est évidemment d'attendre une charge de 2 minutes avant de débrancher puis de remplir, pour être sûr d'avoir une charge batterie maximum. Il est d'ailleurs conseillé de ne pas remplir tout de suite après la première phase de la charge d'entretien (avant que le temps de 72 h ne commence), le temps que les bulles dans l'électrolyte s'évacuent, c'est pourquoi idéalement il faudrait attendre que la charge se fasse, laisser les 28 minutes de repos, puis après la première recharge de 2 min attaquer le remplissage. Evidemment aucun signal ne vous le dit, et ça implique de dormir derrière son volant pour suivre les différentes évolutions de la charge... Peut-être pas nécessaire.

Arrêter la charge en ouvrant la trappe et en débranchant le cordon (rappelez-vous, il ne faut pas ouvrir le capot quand la voiture est en charge!), refermer la trappe.

Il faut impérativement remplir les modules d'eau déminéralisée dans les 30 minutes suivant le débranchement de la prise maréchal. Passé ce laps de temps la potasse s'est rediluée dans l'eau, il faudra relancer la charge d'entretien.

Remplissage

Plastique ou chiffon sur les boîtiers électronique pour éviter les renversements accidentels d'eau...

Bac récupérateur (par exemple le bidon contenant l'eau de la prochaine mise en eau) sous le tuyau d'évacuation correspondant au bac à remplir.

Les coffres sont remplis quand l'eau coule des trop plein (laisser couler un demi litre voir plus, il faut que le débit qui sort des tuyaux de trop plein sous les bacs soit régulier sans glouglous). Effectuer le remplissage pour les 4 circuits.

Il faut remplir comme il faut, c'est à dire que quand l'eau des batteries commence à tomber par terre il faut continuer à en mettre pas mal (1/2 litre, ou 15 à 20 secondes), histoire de bien évacuer les bulles d'air dans les modules les plus loin des tuyaux d'évacuation. Comme la charge d'entretien a bien densifié la potasse, et que le surplus est évacué par le haut, ce n'est que de l'eau déminéralisée qui tombe par terre.

Au bout d'une demie heure, la potasse commence à se rediluer dans l'eau de l'électrolyte, donc à remonter vers le haut, et risque d'être évacuée avec le surplus si on fait le remplissage plus d'une demie heure après. C'est pourquoi si ce n'est pas rempli dans la demie heure pas d'autre moyen que de relancer une charge d'entretien (après décharge des batteries évidemment)...

Effacer le voyant de demande d'eau

Avec la valise diagnostique effacer le témoin "besoin en eau" en utilisant le menu "Effacement Eau". Vérifier que la charge d'entretien n'est plus programmée derrière.

Rouler pour décharger

Comme pour toute charge, rouler au moins 1 km (le mieux 10 km vu la surcharge appliquée) tout de suite derrière pour éviter la métalisation.

Stockage des STM5

Au contraire des Lithium, les NiCd n'ont aucun problème à se décharger à fond, c'est même bon pour leur longévité.

Stocker ses modules complètement déchargés à 0 V ( après mise en court circuit, mais attention une fois que le module est vide!). L'idéal pour rééquilibrer dès la première charge pour une immobilisation de quelques mois serait de les décharger vers 20% (Plus elle est chargée et plus elle aura d'autodécharge).

Lors de la remise en route, recharger individuellement les modules jusqu'à 6V avec un chargeur externe genre de voiture, ne pas utiliser le chargeur de la voiture qui n'est pas fait pour ça et risquerait de cramer en appliquant une tension trop faible pendant autant de temps (le module de puissance est trop sollicité en ouverture pour une si faible tension).

Réparation des batteries

Mauvaise mise en eau

Si par erreur on a mis trop d'eau dans les batteries lors de la mise en eau (c'est à dire si a fait la mise en eau sans faire de charge d'entretien ou d'initialisation, ou qu'on a attendu plus de 30 minutes après la fin de la charge d'entretien ou d'initialisation), à la première charge elles risquent de déborder (suivant l'excès) et mettre la potasse par terre. Dans ce cas-là, il faut enlever l'excès d'eau avant de foutre trop d'électrolyte par terre.

Le mieux est de récupérer l'eau qui tombe après les charges, pour la remettre lors de la prochaine charge d'entretien.

On pourrait imaginer laisser l'eau en excès dans les bassines et laisser l'eau s'évaporer pour ne garder que la potasse, mais cette dernière réagit avec le CO2 de l'air et n'est plus un bon électrolyte ensuite.

Il vaut mieux faire chauffer ou évaporer sous vide pour concentrer l'électrolyte restante.

Si l'eau partie sous la voiture n'a pas été récupérée, il faut tester la concentration en hydroxyde bloc par bloc , et rajouter de la potasse, a priori à laisser faire par la Saft.

Batteries complètement à plat

Ca peut arriver avec une voiture remisée sans charges intermédiaires, l'autodécharge de 20% par mois fait qu'en 6 mois sans charger on est déjà bien bas...

Le calculateur ne fonctionne pas en dessous de 80 V.

Des fois il suffit de réessayer plusieurs fois en branchant puis débranchant le chargeur pour que ça reparte, même avec des batteries de traction à 3 V pour l'ensemble.

Charge pendant 1 h à 50 V, limitée par le chargeur?

Mais les alimentations à découpages ont une plage de fonctionnement qui n'est pas extensible, il vaut mieux démarrer sur un chargeur externe jusqu'à la bonne plage qui ici est de 80-90V,

ensuite le chargeur d'origine sera heureux de faire son boulot dans de bonnes conditions

Ensuite, première sortie 15 km , puis 25 , puis 35 et ainsi de suite les batteries retrouvent leur autonomie max ( env 100km )

Remise en route vieux blocs inconnus

si vieux blocs avec peut-être effet mémoire, décharger doucement tous les blocs à 5 V, et après une charge identique pour tout le monde, tester les accus un par un en capacité (faire sortir 30 A pour décharger 100 Ah (3,3 h de décharge)).

Charge entretien, mise en eau et recommencer dans 2000 kms en vérifiant la conso d'eau.

Pannes possibles

Les charges n'arrivent pas à se finir (moins de 90%)

Vérifier d'abord l'état de la batterie 12V, qui peut se décharger et nécessiter l'activation de sa charge depuis les blocs Ni-Cd, même si la voiture est à l'arrêt.

Est-ce que l'ELIT indique le même pourcentage? si non jauge tableau de bord déréglée. Est-ce qu'il affiche l'intensité lors de la charge? Si non, c'est le compteur de courant du hacheur qui est mort.

peut-être que la carte de traction n'envoie plus l'information sur le courant consommé au calculateur, ou que le calculateur n'en tient pas compte.

Donc par ordre de probabilité:

1- la mesure du courant dans la carte de traction est HS

2- le calculateur est HS (très rare)

Voir fiabilité des cartes électroniques.

L'arrêt de la charge est déclenchée par une tension seuil ( ou alors un delta peak, dès que la tension baisse de x volts on sait que c'est la fin? c'est ce qu'il faut sur du Ni-Cd) et par une sonde de température des blocs Ni-Cd (le température permettant de déterminer la tension de fin de charge, celle-ci dépendant de la température des packs, qui dépend elle-même des conditions extérieures).

C'est sûrement aussi un ou 2 modules Ni-Cd qui sont défaillants.

La sonde de température défaillante peut arrêter la charge trop tôt.

La voiture ne charge plus

cause batterie 12 V

1- mise en sécurité (dépose fusibles des coffres batterie)

2- déconnection de la batterie 12V et si moins de 12V charge avec à la fin mise en eau (5 mm au dessus des plaques maxi)

3- mesure de la batterie de traction, si <80-90V charge de 30 minutes par un moyen externe différent du chargeur SAGEM qui risque de ne pas aimer une tension trop basse (il faut une alim à courant constant, 10A max c'est bien pour un réveil).

4- si la batterie remonte très rapidement à + 120V , elle est "sauvée" (si plus bas après 30 minutes, des modules sont fatigués et doivent être traités individuellement ou recyclés)

5- une fois >130V reconnection de la batterie 12V

6- reconnection des fusibles de coffre

7- contact et vérification fonctionnement pompe à eau, à vide, de DA, feux etc. et voir éventuellement les voyants en alarme.

8- lancement d'une charge

Si la charge ne démarre pas le chargeur est probablement en panne

si elle démarre c'était la 12V trop faible qui décalait dans le temps/empêchait la charge de la batterie principale...

Défaut d'isolement

Si entourage de module fendu et donc fuite d'électrolyte on peut avoir un défaut d'isolement d'une vingtaine de Volts.

Pour en savoir plus...

Cette page est une compilation de ce qu'on trouve sur le forum www.vehiculeselectriques.fr, notamment des documents techniques de la bibliotech du sous forum PSA.

Utilisation des VE sur le site Mobil Eco : http://www.mobil-eco.com/pages/utilisation/utilisation_ve.html

Document technique SAFT en anglais : Technical manual installation, operation and maintenance for Ni-Cd STM MR-MRE monoblocks type. (voir le forum)

Etude anglaise sur la régénération de la capacité des batteries Ni-Cd : http://www.batteryuniversity.com/parttwo-33.htm

à suivre...