Dans certains cas, le système de batteries est activé quotidiennement, par exemple pour démarrer les groupes électrogènes qui alimentent les réseaux électriques instables des pays en développement. En revanche, dans d'autres applications, il peut n'être activé qu'une ou deux fois par an, comme pour démarrer les groupes électrogènes de secours qui assurent la continuité de l'alimentation électrique d'un hôpital ou d'un processus industriel en cas de coupure du réseau principal. La batterie doit fonctionner parfaitement à chaque fois que cela est nécessaire, quelle que soit l'application.

Les exigences relatives à ces systèmes critiques sont bien plus strictes et vont bien au-delà du simple démarrage du moteur d'un véhicule. Compte tenu des conséquences potentielles d'une défaillance, tant en termes de pertes financières que de pertes humaines, il est surprenant de constater le peu d'importance accordée au choix de la batterie adaptée à chaque application. Saft a relevé ce défi initial avec sa gamme de batteries spécialisées SPH, développée pour garantir un démarrage fiable en toutes circonstances.

Démarrage facile du groupe électrogène de secours grâce à ses puissantes batteries au nickel

Les batteries nickelées offrent des performances et une fiabilité supérieures aux batteries au plomb-acide pour les applications critiques de démarrage moteur. Grâce à la conception SPH de Saft, elles atteignent un niveau de performance inédit, garantissant une fiabilité élevée sur une large plage de températures de fonctionnement, aussi bien hautes que basses, et une durée de vie supérieure à 20 ans.

De nouveaux défis pour relancer le moteur

En général, les groupes électrogènes et les pompes à incendie sont équipés de moteurs diesel, mais certains fonctionnent également à l'essence. Leur cylindrée peut atteindre 11 000 cm³, comme celle des imposants groupes électrogènes V-20, et ils sont conçus pour une grande fiabilité et une longue durée de vie. L'évolution la plus marquante des groupes électrogènes ces 15 dernières années a été l'augmentation rapide de leur puissance. Depuis 2000, leur puissance est passée de 2 à 4 MW, avec un espace supplémentaire minime alloué aux batteries de démarrage.

Le cycle de démarrage

Le cycle de démarrage d'un moteur se compose de trois phases distinctes (voir figure 1). La première phase correspond à l'effort initial nécessaire pour vaincre l'inertie de décrochage. Cette phase de rodage est la plus critique, car elle requiert le courant de décharge le plus élevé et la chute de tension la plus faible dans la batterie. Le courant durant cette phase peut varier de quelques centaines d'ampères pour un petit moteur à plus de 6 000 ampères pour les plus gros moteurs, et ce, durant la première seconde.

Une fois l'inertie vaincue, le moteur entre dans un cycle de démarrage où il tourne, bien qu'il n'ait pas encore démarré. Durant ce cycle, le courant et la vitesse du moteur restent relativement constants.

Finalement, l'allumage se produit, le courant chute rapidement et la tension remonte à mesure que la batterie se recharge. Les batteries de démarrage doivent avoir suffisamment d'énergie pour permettre le démarrage à froid et maintenir le régime moteur recommandé par le constructeur pendant toute la durée du démarrage.

Le temps de démarrage typique varie de 30 secondes à quatre minutes et doit être maintenu à la température minimale prescrite sur site. L'intensité et la capacité de la batterie requises dépendent de nombreux facteurs, outre la cylindrée du moteur. Parmi ceux-ci figurent le nombre de démarreurs utilisés (généralement un à trois), la viscosité de l'huile, la température de la batterie et le nombre de cycles de démarrage nécessaires. Pour les applications de très grande envergure, plusieurs batteries peuvent être connectées en parallèle.

Il existe un certain nombre de normes internationales qui spécifient le nombre et la durée des tentatives de démarrage que la batterie doit pouvoir effectuer, ainsi que la température à laquelle cela doit être réalisé.

Types de batteries de démarrage

Il existe deux principaux types de batteries de démarrage : les batteries au nickel et les batteries au plomb. Les fabricants de groupes électrogènes utilisent le plus souvent des batteries au plomb pour le démarrage en raison de leur prix abordable. Cependant, elles constituent la principale cause de panne des groupes électrogènes de secours.

Une batterie pour voiture/camion est composée de plaques minces collées, conçues pour fournir un courant de démarrage élevé à moindre coût. Elle est conçue pour les véhicules à circulation dense avec arrêts et redémarrages fréquents et a une durée de vie de 2 à 4 ans en conditions normales d'utilisation. Ces batteries ne sont pas prévues pour une utilisation prolongée en mode maintien de charge. Elles ne peuvent pas conserver leur charge plus d'un mois et, à moins d'utiliser un chargeur externe, le système doit fonctionner en continu pour maintenir la charge de la batterie, ce qui représente une dépense importante.

Si l'on opte pour une batterie au plomb, la seule solution pratique pour le démarrage est une batterie de voiture ou de camion. Les batteries au plomb de haute qualité utilisées dans les applications industrielles de secours sont plus fiables et ont une durée de vie plus longue, mais leurs plaques plus épaisses et leurs performances nettement inférieures les rendent inadaptées au démarrage. Par conséquent, le choix pour le démarrage d'un moteur se limite aux batteries au nickel et aux batteries au plomb de voiture ou de camion.

Technologie nickel pour une fiabilité totale

• Il n'y a pas de panne « subite » : même une batterie au plomb bien entretenue peut tomber en panne de manière inattendue et catastrophique en circuit ouvert en plein démarrage, tandis que les batteries au nickel se dégradent lentement et progressivement sans possibilité de panne subite.

 Les batteries au nickel n'ont pas besoin d'être remplacées fréquemment : leur durée de vie est bien supérieure à celle des batteries de camions. Même une batterie au plomb de la plus haute qualité doit être remplacée après 10 ans à 25 °C, tandis qu'une batterie au nickel dure plus de 20 ans. Les batteries au plomb sont également très sensibles à la température ; une légère augmentation de la température ambiante réduit leur durée de vie à moins de 5 ans, alors que les batteries au nickel sont beaucoup moins affectées par les hautes températures

• Les batteries de démarrage moteur doivent fournir de manière fiable des courants très élevés, et les batteries au nickel offrent non seulement des performances élevées, mais sont également beaucoup plus fiables que les batteries au plomb.
• Les batteries au nickel peuvent fonctionner sur une très large plage de températures, avec d'excellentes performances de décharge à basse température. À -20 °C, elles conservent plus de 90 % de leur capacité nominale, tandis que les batteries au plomb sont fortement affectées par les basses températures et que leurs performances chutent drastiquement en dessous de 0 °C.

Si l'on tient compte du coût des remplacements répétés et des pannes inattendues, les batteries au nickel constituent l'option la plus rentable pour démarrer votre moteur.

Saft SPH offre une puissance élevée dans un format compact

Saft a intégré tous les avantages de la technologie nickel dans la gamme SPH, spécialement conçue pour le démarrage des moteurs. L'un des atouts majeurs de la conception SPH réside dans sa puissance de démarrage exceptionnellement élevée, même avec une capacité en ampères-heures réduite. Ce point est crucial, car les groupes électrogènes sont de plus en plus volumineux sans que l'espace disponible pour la batterie de démarrage n'augmente en conséquence.

Figure 3 : Les batteries au nickel (Saft SPH dans ce cas) offrent une durée de vie plus longue que les batteries au plomb-acide, en particulier lorsqu'elles fonctionnent à des températures plus élevées.

La conception SPH offre une puissance de démarrage deux fois supérieure à celle d'une batterie au plomb-acide, à capacité Ah égale, et délivre des courants très élevés, jusqu'à 20 fois la capacité nominale de la batterie. Ceci permet de créer une batterie répondant aux exigences de démarrage avec une capacité et un coût moindres, offrant ainsi plusieurs avantages par rapport aux batteries au plomb-acide. De plus, la conception compacte de l'électrode négative en PBE et de l'électrode positive en SPH frittée permet à la batterie de maintenir des performances élevées tout au long de sa durée de vie, même partiellement déchargée.

Il n'y a pas de limite au nombre de batteries SPH pouvant être installées en parallèle, elles peuvent donc être utilisées pour démarrer même les plus gros moteurs.

Les batteries SPH remplacent directement les batteries au plomb-acide : elles utilisent le même système de charge. Fonctionnant correctement même à une capacité inférieure, elles sont plus compactes, ce qui élimine généralement les problèmes d'encombrement. Seules quelques modifications du boîtier peuvent être nécessaires en raison de leurs dimensions différentes.

SPH garantit un démarrage fiable

Saft développe depuis longtemps des batteries nickel pour le démarrage, basées sur la technologie frittée/PBE, offrant une maintenance réduite et une longue durée de vie dans un format compact et léger. Cette approche est parfaitement maîtrisée dans la gamme SPH de Saft, qui bénéficie d'une réputation inégalée pour les applications de démarrage grâce à une vaste expérience d'installation à travers le monde.

Les batteries SPH ont été conçues pour garantir une fiabilité optimale en toutes circonstances. Elles fonctionnent normalement entre -20 °C et +50 °C et peuvent supporter des températures extrêmes de -50 °C à +70 °C pendant de courtes périodes. Elles peuvent également être stockées pendant de nombreuses années avant leur mise en service sans que leurs performances ultérieures ne soient altérées.

De plus, la fiabilité générale du réseau électrique fait que l'entretien des batteries de générateur est souvent négligé. Installées à température ambiante, les batteries SPH ne nécessitent pratiquement aucun entretien pendant les 10 premières années, tout en garantissant la puissance nécessaire au démarrage du générateur. Ce point est crucial pour les installations situées dans des zones reculées, notamment dans les pays en développement, où les coûts de transport peuvent rendre la maintenance onéreuse. Si nécessaire, l'entretien des batteries SPH se limite à une recharge unique à l'eau distillée. À l'inverse, les batteries au plomb nécessitent des contrôles fréquents pour un fonctionnement optimal. La conception des batteries SPH offre une durée de vie de plus de 20 ans, selon l'application. C'est environ cinq fois la durée de vie d'une batterie de démarrage au plomb.

La gamme de batteries SPH offre une puissance de démarrage maximale tout au long de sa durée de vie. Même partiellement chargée, la fiabilité au démarrage est quasi garantie. La batterie SPH est ainsi idéale pour les démarrages prolongés, où le moteur peut nécessiter jusqu'à 240 secondes. Après un démarrage, elle se recharge rapidement jusqu'à 85 % de sa capacité, selon le courant de charge disponible.

Par conséquent, dans la plupart des cas, le moteur démarrera en quelques secondes et la batterie sera rechargée en quelques minutes seulement.

Les batteries SPH offrent une durée de vie cinq fois supérieure à celle des batteries au plomb-acide

La corrosion des batteries au plomb peut entraîner une panne soudaine, voire mortelle. Les batteries SPH sont exemptes de corrosion et de gaz corrosifs, ce qui garantit leur fiabilité même en cas de circuit ouvert. Toutes les pièces soumises à la charge, telles que les bornes de connexion et la structure des plaques, sont en acier, tandis que le boîtier des éléments, les séparateurs et les évents sont en polypropylène. L'électrolyte alcalin ne réagit pas avec les composants en acier et sert uniquement de milieu de transfert d'ions.

La batterie SPH est dotée d'un grand réservoir d'électrolyte qui, associé à sa construction robuste, lui permet de fonctionner même dans des conditions extrêmes. Elle ne vieillit pas prématurément et offre un service fiable pendant 20 ans, voire plus

SPH ne génère pas de gaz corrosifs

La corrosion des batteries au plomb peut entraîner une panne soudaine, voire mortelle. Les batteries SPH sont exemptes de corrosion et de gaz corrosifs, ce qui garantit leur fiabilité même en cas de circuit ouvert. Toutes les pièces soumises à la charge, telles que les bornes de connexion et la structure des plaques, sont en acier, tandis que le boîtier des éléments, les séparateurs et les évents sont en polypropylène. L'électrolyte alcalin ne réagit pas avec les composants en acier et sert uniquement de milieu de transfert d'ions.

La batterie SPH est dotée d'un grand réservoir d'électrolyte qui, associé à sa construction robuste, lui permet de fonctionner même dans des conditions extrêmes. Elle ne vieillit pas prématurément et offre un service fiable pendant 20 ans, voire plus.

SPH facile à calculer

Les calculs de taille SPH peuvent être effectués rapidement avec BaSics, le logiciel de calcul de batteries facile à utiliser de Saft.

Après la saisie des critères de performance, BaSics détermine le courant de démarrage et la capacité de la batterie adaptés à l'application de démarrage moteur. Un courant de démarrage élevé permet souvent d'utiliser une batterie de plus faible capacité, ce qui réduit le coût total.

SPH pour un coût total de possession (CTP) optimal

Saft a développé la gamme SPH pour garantir un coût total de possession (CTP) optimal. Bien que son coût initial soit supérieur à celui d'une batterie au plomb, la SPH offre de meilleures performances pour le démarrage des moteurs lorsque toute défaillance est inacceptable, qu'une longue durée de vie est requise ou qu'il existe un risque de maintenance complexe.

À propos de l'auteur :

Mikael Greis est responsable des produits nickel-cadmium pour les marchés industriels chez Saft. Il est expert au sein de Saft.