Les batteries GEL, AGM et EFB

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Description détaillée

Les batteries dites « gel » ou « AGM » ou « EFB» appartiennent à la famille des batteries « VRLA » ou « Valve Regulated Lead Acid » ou « SLA » pour « Seal Lead Acid » soit batteries plomb-acide avec soupape de régulation ou batteries plomb-acide étanches.

Premièrement, il ne faut pas confondre ce type de batterie avec les batteries dites « sans entretien ».

Pour faire simple, les batteries sans entretien classiques ont à l'intérieur un électrolyte (conducteur) liquide. Un couvercle est collé pour empêcher l'accès aux bouchons de remplissage et on rajoute souvent une zone permettant de vérifier l'état de charge de la batterie.

Ce petit capteur est généralement constitué d'une petite bille de couleur visible en fonction de la densité (densité variable avec le niveau de charge de la batterie) du liquide.

Les inconvénients majeurs de ce type de batterie sont :

-      Orientation toujours les bouchons vers le haut : sinon l'électrolyte, qui est un acide, va couler !

-      Production de gaz dangereux (hydrogène inflammable) lors de la charge excessive.

-      Production de vapeurs d'acide.

Rappel sur les batteries plomb classiques 

Ces batteries ne sont pas conçues pour être des batteries à cycle profond ou forte décharge, c'est-à-dire destinées à une utilisation prolongée sans recharge. Au contraire, elles sont là pour donner un fort courant au démarrage et être rechargées dès le moteur tournant.

Une utilisation de type cycle profond augmentera la sulfatation, et concrètement raccourcira prématurément la durée de vie de la batterie. En cas de décharge profonde elle est pratiquement irrémédiablement perdue !

Types de batteries classiques :

1/ Plaques Plomb–Antimoine, ou batterie classique à entretien :

Avantages :

1)   Plus longue durée de vie que les batteries à plaques Calcium.

2)   Plus faciles à recharger quand elles sont complètement déchargées.

3)   Faible coût

Inconvénients :

1)   Perte d'eau.

2)   Évaporation de vapeurs d'acide.

3)   Peu résistantes à la corrosion.

4)   Dégazage d'hydrogène sous une charge excessive.

2/ Plaques Plomb–Calcium, ou batterie classique sans entretien :

Avantages :

1)   Réserve d'électrolyte plus importante.

2)   Courant de démarrage à froid plus important.

3)   Maintenance légère ou nulle.

Inconvénients :

1)   Durée de vie plus réduite.

2)   Mêmes phénomènes que les batteries à entretien mais dans des proportions beaucoup plus réduites.

Généralités sur les VRLA:

Les batteries VRLA, par contre, ont un électrolyte solide dans le cas des GEL et AGM.

Les avantages sont alors :

-      Orientation et disposition de la batterie dans toutes les positions.

-      Durée de vie supérieure.

-      Bacs avec soupape et dégagement de gaz presque inexistant.

On peut donc mettre ces batteries dans l'habitacle du véhicule sans grand danger et lors d'un accident, cela évite les fuites d'acide dans la nature…

En fait, le système permet d'éliminer les gaz lors d'une charge excessive, et il n'y a pas de production de vapeurs d'acide lors du fonctionnement normal.

Par contre il n'y a pas de moyen de vérifier le niveau de l'électrolyte. Ces batteries sont de toutes façons « sans entretien ».

Appellation VRLA ou SLA:

Batterie étanche (très grande résistance aux fuites) avec soupapes de sécurité permettant d'extraire le gaz uniquement en cas de surcharge (électrique) ou de défaillance d'éléments. Parfois, certains constructeurs nomment dans les documentations, sur les batteries ou dans les outils de diagnostic, VRLA en faisant référence à une batterie type AGM ou EFB indifféremment. Effectivement ces batteries font partie de cette famille mais d'autres également...

Les batteries AGM ou « Absorbant Glass Mat »

L'électrolyte (70% d'eau & 30 % d'acide) est absorbé par capillarité dans une feuille de fibre de verre, mise entre les plaques de plomb de la batterie. Ces batteries sont très peu sensibles au gel, solides, à faible résistance électrique interne.

Leurs caractéristiques permettent d'avoir notamment une très grande efficacité en tant que batterie de démarrage.

Les véhicules équipés de Stop and Start ont une batterie AGM ou EFB en raison de cette grande capacité de démarrage.

Les plaques ont les mêmes caractéristiques que celles des batteries à GEL. (Plomb/calcium/étain).

Le séparateur est cette fois composé de fibres de verre (le plus souvent), qui sont complètements inertes vis-à-vis de l'acide.

Ces surfaces de fibres absorbent et retiennent l'électrolyte.

Le fonctionnement de la soupape est identique à celui qu'on rencontre sur les batteries GEL.

Elles sont également de type "recombinant" : l'oxygène et l'hydrogène se lient et se délient à l'intérieur de la batterie sans dégagement gazeux à l'extérieur. Cette action est efficace à plus de 99 %.

Elles ont une résistance électrique interne extrêmement faible. Cela est donc particulièrement adapté pour les fortes demandes de courant lors des phases de démarrage moteur. De ce fait, il n'y a également que peu de dégagement de chaleur interne lors de la charge ou de la décharge, ce qui permet une grande souplesse des taux de charge et de décharge.

Elles ont aussi un taux d'autodécharge très faible, de l'ordre de 1% à 3% par mois. Ce faible taux permet un entreposage durant de longues périodes sans fréquentes recharges comme avec les batteries classiques.

En cas de surcharge importante (régulateur d'alternateur défectueux ou système de surveillance de la charge défectueux) les émissions d'hydrogène sont très faibles.

Avantages :

1)   Fort courant de pointe.

2)   Faible résistance interne.

3)   Faible autodécharge.

4)   Forte résistance aux faibles températures.

On voit de plus en plus de constructeurs (BMW, Mercedes, VAG, etc.) adopter pour leur gamme des batteries AGM. Elles sont en effet, pour une capacité équivalente, plus sûres, plus efficaces, plus légères et plus compactes que les batteries classiques.

Cependant, elles demeurent plus onéreuses que ces dernières. On ne trouve donc généralement des batteries AGM que sur les véhicules haut de gamme ou avec un niveau d'équipement qui impose cette technologie sur des gammes intermédiaires.

Par exemple, BMW utilise depuis 2007 sur la série 5, une batterie AGM couplée à un système de charge intelligent capable notamment de recharger la batterie en récupérant l'énergie lors des phases de freinage.

Dans le sport automobile, l'avantage des batteries AGM tient surtout à leur tolérance aux vibrations et à leur résistance mécanique plus importante que les batteries classiques, évitant au maximum fuite d'acide et dégagement de gaz inflammable…(Les batteries GEL ont aussi ces mêmes propriétés mécaniques).

Exemples de batteries AGM :

La batterie nommée « ULTRA DYNAMIC » adaptée aux véhicules à forte demande énergétique et haut de gamme : Rolls Royce, Porsche, Mercedes, VAG, etc.

Exemples de modèles avec les caractéristiques suivantes :

12V / 70Ah / 760A ou 12V / 95Ah / 850A

www.varta-automotive.com

 

Les batteries EFB ou « Enhanced Flooded Battery »

La mise sur le marché de l'EFB répond initialement aux besoins des véhicules "stop and start de base", notamment sans récupération d'énergie au freinage.

L'électrolyte est liquide, mais les caractéristiques sont nettement plus performantes que les batteries plomb classiques. C'est une solution au coût moins important qu'une batterie AGM, et donc moins efficace.

-      Elle a une membrane en polyester entre la plaque et le séparateur, ce qui permet de maintenir la matière active dans la plaque.

-      Les plaques sont plus épaisses que sur les batteries classiques.

Cette constitution permet de diminuer les résistances internes de la batterie et améliore les réactions électrochimiques de fonctionnement.

Ainsi, on est en mesure d'obtenir des batteries qui présentent des avantages notables par rapport à une batterie classique sans entretien:

-      Résistance au cyclage (charge-décharge batterie ou action démarreur/recharge par l'alternateur) deux fois plus élevée

-      Aptitude à la recharge plus efficace.

-      Aucun entretien.

-      Adaptée aux véhicules à technologie "Stop and Start" sans autres fonctions supplémentaires dans la gestion de l'économie de carburant.

-      Durée de vie plus longue.

-      Démarrage à froid assuré.

-      Redémarrages réguliers.

-      Antifuite jusqu'à un certain angle d'orientation

Ce genre de batterie est capable de redémarrer fréquemment le moteur même après de petits parcours. Il faut savoir qu'après un démarrage, une batterie classique met environ 2 à 5 min avant d'être stabilisée.

Exemple de batterie EFB:

Les batteries GEL

Les grilles positives et négatives sont coulées à partir d'un alliage plomb/calcium/étain pour limiter leur expansion et leur corrosion.

Le séparateur a pour matériau de base un « duroplastique microporeux » présentant une haute stabilité à température élevée et une grande robustesse mécanique assurant ainsi une très grande résistance aux vibrations et aux chocs mécaniques.

L'électrolyte reçoit un additif gélifiant afin, entre autres, de réduire ses déplacements.

On rajoute une soupape pour limiter la pression interne. Dans les conditions normales de fonctionnement, la pression interne est la pression atmosphérique, soit environ 100 kPa. L'ouverture de la soupape est déclenchée pour une surpression supérieure à environ 2 psi (14 kPa ou 0,14 bar). La fermeture est conditionnée par un retour à une surpression inférieure à environ 1,2 psi (8,4 kPa ou 0,08 bar).

On les nomme aussi parfois « batteries à recombination » car les gaz internes (en fonctionnement normal) se recombinent presque intégralement (plus de 99%) et de fait ne libèrent pratiquement rien vers l'extérieur.

Elles sont prévues pour fonctionner en « décharge profonde » soit entre 100% et 50% de leur capacité pour des cycles de l'ordre de 1000. Elles peuvent également subir des décharges profondes jusqu'à 80% de leur capacité sans être endommagées.

Avantages :

- Pas de fuites de liquide.

- Peuvent subir des « décharges profondes » sans dommages.

- Pas d'entretien.

- Résistantes à la corrosion.

- Durée de vie 3 à 4 fois supérieure à des batteries classiques.

- Faible résistance interne due à des plaques de plus grande surface et des espacements plus faibles.

Ces caractéristiques leurs permettent d'être très efficaces en tant que batterie d'équipement interne habitacle (camping-car, véhicule électrique, voiturette de golf…).

Leur utilisation dans les véhicules particuliers est limitée. Elles sont plutôt réservées pour des applications à décharge lente et prolongée.

Néanmoins, l'utilisation de batteries « plomb-gel » se rencontre dans le secteur automobile :

1)   Pour la moto 

Il faut cumuler les avantages qui permettent :

-      La conduite sur un sol non stabilisé qui provoque de fortes vibrations ;

-      La conduite sportive dans les virages ;

-      Le montage de la batterie dans différentes positions ;

-      Une utilisation saisonnière avec des arrêts plus ou moins longs et un rechargement irrégulier.

Pour tous ces points, les batteries GEL offrent le meilleur choix.

2)   Pour les véhicules électriques 

Une batterie classique au plomb ne supportera pas plus de 500 cycles de charge/décharge profonds. Donc, dans le cas d'un usage pour un véhicule électrique, il faut soit recharger la batterie le plus souvent possible, soit admettre qu'au bout de 500 recharges complètes, il faudra changer de batterie…

De plus, la batterie des véhicules électriques étant à l'intérieur de l'habitacle, il faut éviter tout risque de fuite de gaz nocifs.

Pour cela, les batteries VLRA GEL se trouvent sur certains modèles tout électriques. Mais cela reste rare et on leur préfère les batteries NI Mh (Nickel Métal Hydrure pour Toyota) ou Li On (Lithium Ion, pour Mercedes, BMW, Smart, Audi, etc.).

Sur le véhicule électrique ci-dessous, on trouve une batterie GEL :

Pays d'origine : CHINE

Marque : LUJO

Modèle : LUJO BB 12080LA

Type de batterie : 120 V 120 Ah, à 10 éléments

Autonomie : 120 km

Vitesse max : 70-80 km/h

Moteur électrique : 10 kW

Ce constructeur chinois réalise des modèles tout électriques allant d'une mini citadine au Van, pour des autonomies autour de 120 km.

http://ptcchina.manufacturer.globalsources.com/si/
6008813262089/Showroom/3000000149681/ALL.htm

Exemples de batteries GEL :

http://www.victronenergy.fr/

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Méthodes et pratiques

Contrôle charge et système de charge monté sur véhicule :

1)   Vérifier la tension, moteur tournant haut régime stabilisé sans consommateur.

2)   Vérifier la tension, moteur tournant ralenti avec consommateur.

Exemple de tensions de charges recommandées pour les batteries Victron :

(Floating = tension constante d'entretien, fonctionnement à faible décharge)

http://www.victronenergy.fr/batteries/batteries/

Contrôle système de démarrage :

1)   Vérifier la tension, sans contact.

2)   Vérifier la tension, contact mis.

3)   Vérifier la tension, sous action démarreur.

Contrôle état de la batterie :

1)   État général, oxydation des cosses, serrage des cosses, fuites, fissures, acide dans le bac.

Remplacement de la batterie

1)   Respecter les préconisations de débranchement – rebranchement batterie.

2)   Mettre une batterie de même type : surtout une AGM si c'est le type utilisé ! Sinon il faut mettre une batterie de capacité au moins équivalente au minimum requis (attention à la taille du bac…).

3) Le codage de la batterie est obligatoire, à l'aide d'un outil de diagnostic, dans le calculateur de gestion d'énergie du véhicule.

Réinitialiser tous les systèmes nécessaires si aucun dispositif de sauvegarde mémoire n'a été utilisé.

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Impact sur les compétences en atelier

Pour les non techniciens ou service rapide, être en mesure :

• d'identifier le type de batterie et les étiquettes d'informations
• déposer/reposer les capteurs de batterie et la batterie
• poser les câbles de recharge ou d'aide au démarrage sur les plots prévus
• utiliser les outils de test de batterie
• exploiter l'outil de diagnostic pour réaliser les initialisations après le changement de batterie

Pour les techniciens, être en mesure de réaliser toutes les compétences précédentes et de:

• exploiter les paramètres liées à la gestion d'énergie
• réaliser les tests du circuit de puissance
• diagnostiquer le système de gestion d'énergie

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Exemple d’outillage approprié

- Outil de diagnostic

- Multimètre

- Pince ampèremétrique

- Chargeurs capables de :

1)   Tester d'abord la batterie sur l'état de charge et sa condition.

2)   Ne pas redémarrer la recharge en cas de problème de cellules (évite le danger d'explosion en cas de cellules en court-circuit).

3)   Appliquer une procédure de charge spécifique en fonction de l'état de sulfatation.

4)   Contrôler en permanence si le processus de charge est correct, éventuellement corriger la caractéristique de charge le cas échéant.

5)   Contrôler en fin de charge (test batterie) automatiquement avec possibilité d'imprimer les résultats.

- Testeur de batterie :

Par exemple, chez PSA, un testeur a été fabriqué spécialement et homologué, de la marque Midtronics, obligatoire pour pouvoir notamment respecter les procédures des prises en charge batterie sous garantie…

Référence Après-Vente :

MIDTRONICS EXP-925 PSA (Réf. 9776EH)