Le piège de la capacité d’énergie réellement disponible dans une batterie

Quand je me suis lancé dans les recherches autour de l’autonomie électrique, pour mon projet vanlife, j’ai fait une belle erreur …

Au début de ma vie à bord du #geekomobile, et comme dans la grande majorité des aménagements de véhicule, j’ai achetée une batterie de type Gel, et plutôt dans la moyenne avec une capacitée nominale de 100ah. Mais, au quotidien, c’était poussif, et j’avais souvent des soucis de pannes électrique malgré une consommation d’électricité très légère.

En réalité cette batterie de 100ah permet un stockage d’énergie bien plus faible, aux alentours de 40 à 50ah au mieux …
Je vous explique pourquoi j’ai fait cette erreur, qui est finalement très commune pour les non avertis.

En effet, lorsque l’on veut acheter une batterie, qui sera la source principale d’électricité à bord de notre véhicule aménagé, on cherche à avoir le plus d’énergie disponible.
Pour cela, on va donc ce tourner vers une batterie avec la plus grande capacité possible.
Dans la majorité des cas, on part sur une batterie ayant une capacité moyenne, c’est à dire autour de 100 ah, et si on à le budget, on peut même monter sur des plus grosses capacités, aux alentours de 150ah à 200ah, voir, avec un peu plus d’argent, vers le maximum existant autour des 300ah.
Les plus énergivores d’entres nous ce tourneront même sur un combo, en doublant, voir en triplant, le nombre de batteries à bord de leur véhicule, afin d’augmenter toujours plus la quantité d’ampères heure utile et donc d’énergie disponible 😀

Vous l’aurez compris, la capacité d’une batterie est la clef d’une bonne installation électrique.
En plus de la capacité, pour bien faire mon choix de batterie, j’ai longuement étudié mes besoins énergétique en relevant les consommations de mes appareils au wattmètre.

Retrouver l’article sur ce lien :
Mesurer la consommation électrique réelle de tous les appareils, découverte du Wattmètre !

Fort de cette étude, et limité par mon budget, je suis partis sur une batterie plutôt classique, de type Gel, et d’une capacité de 100ah, mais comme je le disais, j’ai fait une grosssssse erreur.

 

100ah devienne 50ah

Oui, je me suis trompé, ou peut être que je me suis tout simplement fait piéger, mais encore faut il s’en rendre compte ^^’
J’ai acheté 100ah, et à l’usage, j’ai au mieux 50ah !!

En effet, pour connaitre la quantité d’énergie réellement disponible dans une batterie, il faut s’y intéresser, et avoir les outils de mesure adéquat. Autrement, dans la plus part des cas, on ne fait qu’utiliser simplement sa batterie. Au quotidien, et à l’usage, on ne ce rend pas forcément compte de la quantité d’énergie disponible et consommée, si ce n’est que vaguement…

Dans un premier temps, je ne faisais qu’utiliser mes appareils, sans me rencontre compte plus exactement de leur consommation. Je savais simplement que je n’avais pas une grosse capacité d’énergie avec ma batterie, d’autant plus qu’au départ, avant de m’acheter une batterie neuve, j’ai fait mes premiers pas avec une batterie de récupération.

Mais pour le début ça me suffisait. Je n’utilisais ma batterie que pour des petits usages de simple recharge de smartphone ou lumière.
Lorsque les travaux ont bien avancés, j’ai commencé à être plus régulièrement présent en mode “vie” dans le fourgon. J’ai donc tout naturellement investi sur une batterie neuve. J’ai choisie une batterie de type Gel, de marque Ultracell, et de 100ah de capacité nominale.
Bien que je pensais que ce serait bien suffisant, j’ai rapidement eu du mal à ne pas tomber en panne d’énergie, et finalement je me suis retrouvé à devoir faire attention à ma consommation électrique, tous les jours 🙁
J’ai débuté ma vanlife à temps plein, en vivant dans le fourgon, sans que mon électricité ne soit réellement optimisée avec cette modeste batterie.

J’ai voulu comprendre pourquoi je consommé autant que ça, et comment ma batterie ce déchargée aussi rapidement. C’est alors que je me suis surtout rendu compte, que le principal problème ne venait pas de mes consommations électrique ,mais plutôt de la quantité d’énergie réellement disponible dans ma batterie.
J’ai fait des mesures pour comprendre tout ça, et la conclusion à été, que en réalité je n’avais qu’entre 40 et 50ah (au bout du bout) d’énergie disponible dans ma batterie ! Moins de la moitié de la capacité sur laquelle j’avais basés mes calculs, c’est à dire sur les 100ah nominales.

J’ai constaté ce fait, en utilisant un petit outil, un simple moniteur de batterie. Il m’à permis d’y voir plus claire dans mes consommations électrique, ainsi que sur le total d’énergie que contenait ma batterie avant de tomber en panne.

Ce moniteur n’est pas très complexe, il contient un compteur d’énergie intégré, en plus d’indiquer la tension instantanée de ma batterie. Une fois ma batterie pleine, avec une tension dépassant les 13 volts, j’ai donc mis mon compteur à zéro, puis je l’ai laissé tourner et enregistrer les valeurs de consommation, jusqu’à arriver à une tension faible, inférieure à 12 volts. Le cumul enregistré indiqué, au final, une valeur entre 40ah et 50ah selon mes différents tests.
Pour arriver à ce constat j’ai utilisé ce petit moniteur de batterie “low cost” (entre 10 et 25 euros), mais on peut bien entendu ce tourner vers d’autres moniteurs de batterie tel que le BMV ou le smart shunt de chez Victron, plus connu, mais avec un coût bien plus élevé, à plus de 100 euros.
Vous pouvez retrouver un article / vidéo présentant l’appareil que j’utilise, et qui selon moi, est indispensable dans un véhicule aménagé =>
A la découverte du moniteur de batterie low cost, le PZEM 015 ! Petit outil parfait pour surveiller l’état de charge de sa batterie et de ces consommations électrique

Avec l’aide de ce type de compteur, le constat est sans appel, j’ai moins de 50 ah réellement consommés avant de tomber en panne …

Mais alors pourquoi ça, qu’est ce que j’ai loupé ou mal fait ???

 

Explications technique sur cette perte de capacité réelle

En réalité, je n’ai pas fait d’erreur, ni de calcul, ni de montage ou autre, mais cette grosse différence, entre la capacité nominale, et la capacité réelle, vient d’un point de vue technique qui est non expliqué, voir non connu par les vendeurs. Il s’agit tout simplement d’un non dit commercial, que l’on peut donc qualifier de piège.
Oui, je parle clairement de piège commercial, car c’est un petit peu comme si on vous vendez une bouteille de boisson de 1.5 litres, mais sans vous prévenir que vous ne pouvez en consommer que 0.75 litres !

Mais derrière ce piège, il y à une explication technique. Voyons voir pourquoi on perd toujours de la capacité sur une batterie.
Pour des raisons relatives aux procédés chimiques qui les font fonctionner, les batteries de technologie acide plomb tel que les AGM ou gel, ne permettent pas de décharger à plus de 50 voir 60 pourcents de leur capacité nominale.
Mais ce n’est pas valable pour toutes les batteries existantes. Il y à des exceptions en fonction de la technologie utilisée, et par exemple les batteries lithium, elles, permettent une décharge quasi complète ou au minima de l’ordre de 90 % à 95 % de leur capacité commerciale.
Ainsi, à capacité commerciale égale, si on prend 2 batteries de 100ah, on constate que la génération des batteries lithium permet d’utiliser beaucoup plus d’énergie que celles des batteries, de précédente génération, de type acide plomb.

Différence dans la chimie

Que ce soit les batteries d’ancienne, aussi bien que de nouvelle génération, leur rôle est toujours de conserver l’énergie, de la stocker, et dans tous les cas ceci ce fait grâce à des procédés chimiques.
Ces procédés ce font sur des éléments différents, principalement du plomb pour les batteries acide, et du lithium pour les batteries lithium. Cette différence, entre l’élément de base, entraine des réactions chimiques différentes, qui ce traduisent, notamment, par une dégradation plus élevée sur les batteries de type acide lorsqu’on les décharges trop.
En effet, plus vous déchargez une batterie de type acide, et plus vous la dégradée. Autrement dit plus vous tirer fort sur sa capacité d’énergie et moins longtemps elle fonctionnera.
C’est pour ça, que sur ces batteries, on conseille de ne pas décharger à plus de 50% de leur capacité nominale. Sur une batterie acide classique, celles qu’on appel de “démarrage”, présente dans nos véhicules avec moteur à explosion, une décharge trop profonde peut carrément résulter par la mort prématurée de celle ci.

Pour les curieux, et pour aller plus loin dans les explications de l’électrochimie propre aux batteries, je vous invite à jeter un oeil sur la page wikipedia dédiée =>
https://fr.wikipedia.org/wiki/Batterie_au_plomb
Ou encore cette vidéo =>

Les variantes AGM et Gel

Alors, les choses ont petit à petit évoluées, et de nos jours, il existe des batteries de technologie acide plomb améliorées, que l’on trouve dans la catégorie batteries “solaire”. Elles sont de deux types, AGM ou Gel, et gèrent mieux les décharges dites profondes.
Ces batteries ont la capacité de “repartir” après une décharge profonde, mais dans tous les cas, sur les batterie “classiques” aussi bien que “solaire”, plus vous faites de décharges profondes, plus vous réduisez leur durée de vie.
C’est donc pour ces raisons que dans tous les cas, on conseille de ne pas décharger à plus de 50 voir 60% une batterie de type acide plomb.

Décharge profonde

L’indicateur pour savoir si la batterie est pleine ou vide, c’est bien entendu la tension, le voltage. Pour toutes les batteries de type acide plomb, la valeur au repos est d’aux alentours de 13 volts lorsqu’elles sont pleinement chargées, et proche de 12 volts lorsqu’elles sont trop déchargées. En réalité les batteries peuvent descendre vers les 11 volts voir 10 volts mais lorsque cela arrive on considère que l’on à fait une décharge “profonde” et donc qu’elle à subit des dommages irréversibles.

Les batteries classique de “démarrage” supportent très difficilement les décharges profondes, ainsi, sur un véhicule, quand on retrouve une batterie à moins de 11 volts, on peut limite la considérée comme hors service.

Pour les batteries “solaire” tel que les AGM ou les Gel, les décharges profondes ne sont pas recommandées, mais endommage beaucoup moins celles ci, et elles peuvent donc repartir en cycle normal malgré une tension très faible. Dans tous les cas, trop de décharges profondes sur ces batteries “solaires” résulte aussi par un vieillissement prématuré.

Pour exemple, une batterie de type Gel peut vivre jusqu’à 1200 cycles en évitant les décharges profondes, alors qu’elle ne tiendrait plus que 600 cycles en puissant régulièrement en décharge profonde.

Dans tout les cas, avec une batterie de technologie acide plomb, de “démarrage” ou “solaire”, il est n’est pas recommandé de consommer plus de 50% de sa capacité nominale afin de ne pas descendre trop en dessous des 12 volts voir 11.5 volts au maximum.
Pour les batteries “solaire”, c’est un choix à faire entre longue durée de vie, ou capacité d’énergie utilisable plus élevée.

100ah deviennent 50ah

Du coup, retour sur l’exemple de ma batterie, comme je le disais, il s’agit d’une batterie “solaire”, technologie Gel, et d’une capacité de 100ah. Je peux tirer au mieux, et sans risque de la tuer prématurément…
C’est pourquoi arriver aux alentours des 12 volts au repos, voir 11.5 volts en fonctionnement, je n’obtient que moins de 50ah consommés réellement.

Je trouve ça à la limite de la vente mensongère, comme si tous les acheteurs de batterie dites de “loisir”, devaient connaitre ce genre de détails technique pointus, ou être en capacité de le vérifier …
Rare sont les vendeurs qui vont vous expliquer, ce point pourtant important, et je trouve ça dommage que ce ne soit pas naturellement mentionné sur une batterie avec une étiquette du genre :
100ah nominale / 50ah consommable

Bref, une fois cette déconvenue digérée, j’ai mieux compris l’intérêt des batteries de nouvelle technologie, les batteries lithium !

 

L’exception des batteries lithium

Oui, la capacité des batteries lithium est bien supérieure, car la difficulté de leur fonctionnement ne vient pas de leur capacité à tenir une décharge profonde, comme on vient de le voir avec les batteries acide plomb, mais plutôt, à ne pas dépasser des seuils critiques de tension.
Quand la tension est trop haute, ou trop basse, il y à un risque, d’emballement, de réaction chimique qui va faire surchauffer la batterie. C’est pour cette raison, que sur toutes les batteries lithium, il y à toujours une carte informatique, un contrôleur, que l’on appel le BMS (Battery Management System) et qui permet de sécuriser l’ensemble afin de ne jamais atteindre de sous tension ou sur tension.

Présentation plus en détail des fonctions d’un BMS sur la page wikipedia dédiée =>
https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_de_contr%C3%B4le_des_batteries_d%27accumulateurs

Malgré tout, sur les batteries lithium on n’atteint pas pour autant les 100% de capacité réellement disponible à cause de la courbe de décharge qui n’est pas linéaire, mais aussi de l’équilibrage entre les cellules qui composent la batterie, et qui n’est jamais parfait. Pour ces raisons le BMS garde une marge de sécurité qui ce traduit par une petite perte de capacité.

Ainsi, sur une batterie de génération lithium, il est techniquement possible de prendre presque toute la capacité de celle ci, ou autour de 90% à 95%, on fonction de la marge de sécurité prévue par le BMS.

Pour autant, et bien que ça puisse sembler risquer, les batteries de technologie lithium sont déjà énormément présente dans notre quotidien. On les retrouves dans tous les petits appareils électronique, que ce soit dans nos smartphones et tablettes, que dans tous les appareils connectés, aussi bien que les batteries d’objets portable, perceuse visseuse, enceinte portable, etc, mais aussi beaucoup de jouets. Et bien entendu, elles commencent à être très présente sur nos routes dans les véhicules électrique. C’est donc une technologie bien maitrisée et sans trop de risque.

Pour ceux que ça intéresse, ou qui on besoin d’être rassuré sur le niveau de sécurité d’une batterie lithium voici une petite vidéo de tentative de destruction de plusieurs batteries de la famille lithium ^^ :

Alors, oui les batteries lithiums pour les véhicules aménagés, généralement de type LifePo4, coûtent un bras, un organe, ou bien les deux… mais ça devient de plus en plus abordable, et surtout, si on met en comparaison la durée de vie, et la capacité d’énergie réellement disponible, et d’autres critères encore, on rentre dans un rapport bien plus intéressant que ce que l’on peut penser de prime abord.

Ainsi, une batterie lithium de 100ah permettra plus de 90ah réels, contre difficilement entre 40 à 50ah pour une batterie Gel de même capacité…

Mon choix pour une batterie lithium

Alors c’est tout vue pour moi, j’ai franchi le pas, et je suis passé à une batterie lithium de type LiFePo4.
Ca à été l’occasion de confirmer mes dires par une expérience en condition réelle, et je peux vous dire que ça fait une très grosse différence !

En faisant un test avec mon même petit moniteur de batterie sur ma nouvelle batterie lithium, je suis arrivé à 165ah consommés sur une batterie de 163ah nominale, ainsi j’ai pu décharger et utiliser sans problème prêt de 102% de capacité réelle 😀
Je peux vous confirmer que les batteries lithium ont donc un gros avantage de ce point de vue là, d’autant plus que j’ai fait pas mal de décharges complètes sans soucis sur ma petite LiFePo4 et que j’atteint toujours des taux de capacité bien plus élevés que ce que j’avais avec ma batterie Gel.

Retrouver l’article dans lequel je parle de la réception de ma batterie lithium =>
Réception de mes cellules pour création d’une batterie Lithium LiFePo4

Capacité commerciale ≠ capacité disponible

Voilà donc, faite bien attention à ce point essentiel à prendre en compte quand on achète une batterie.
La capacité réellement utilisable n’est donc pas la capacité nominale ou annoncée commercialement parlant.

Je suis tombé dans ce piège, et je ne suis probablement pas le seul, mais peut-être que mon article vous aidera à l’éviter.

En espérant que l’on trouvera, un de ces jours, une mention indiquant la capacité réellement disponible d’une batterie, bien que, avant ça, je pense que la technologie évoluera probablement et permettra une consommation de l’énergie totale des batteries sans soucis.

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