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Pourquoi des batteries de secours sont-elles nécessaires ?
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Types de batteries
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Modes de défaillance
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Approches de la maintenance
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Procédure pratique de test de batteries
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Questions fréquentes
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Présentation des produits Megger
Guide
de test de
batteries
2 Guide de test de batteries www.megger.com
TABLE DES MATIÈRES
Test de batteries stationnaires 4 Quel est l'intérêt des tests d'impédance ? 4 Quel est l'intérêt des tests de décharge ? 5 Pourquoi des batteries de secours sont-elles nécessaires ? 6 Pourquoi tester les systèmes de batteries ? 6 Raisons des défaillances de batteries 6 Types de batteries 7 Présentation des modèles plomb-acide 7 Présentation des modèles nickel-cadmium 7 Construction et nomenclature des batteries 8
Configurations 8
Batteries à borne unique 8
Batteries à bornes multiples 8
Modes de défaillance 9
Modes de défaillance pour batteries
plomb-acide (ouvertes) 9
Modes de défaillance pour batteries
plomb-acide à recombinaison de gaz (VRLA) 9 Modes de défaillance des batteries
nickel-cadmium 10
Approches de la maintenance 11 Comment assurer la maintenance d'une batterie ? 11
Normes et pratiques courantes 11
IEEE 450 11
Inspections 11
Un test de capacité (test de décharge)
doit être effectué 11
IEEE 1188 12
Inspections 12
Un test de capacité (test de capacité)
doit être effectué 12
Critères de remplacement des batteries 12
IEEE 1106 12
Inspections 12
Un test de capacité (test de décharge)
doit être effectué 12
Récapitulatif des meilleurs moyens de tester
et évaluer votre batterie 12
Intervalles entre les tests 12 Procédure pratique de test de batteries 13
Test de capacité 13
Matrice de test de batteries – pratiques
recommandées par l'IEEE 13
Procédure de test de capacité des batteries
plomb-acide ouvertes 14
Test d'impédance 15
www.megger.com 3
Théorie de l'impédance 15
Courant de floating 16
Courant ondulatoire 16
Température 17
Analyse des données 17
Localisation de défauts à la terre en courant continu
sans division en sections 20
Présentation 20
Méthodes de test actuelles 20
Meilleure méthode de test 20
Questions fréquentes 21
Conclusion sur la technologie des batteries 21 Présentation des produits Megger 22
Équipement de test d'impédance 22
BITE®3 22
BITE®2 et BITE®2P 22
Accessoires BITE® 23
Accessoires BITE®3 23
Accessoires BITE®2 et BITE®2P 23
TORKEL 860 24
BVM 24
Équipement de localisation de défaut à la terre 25
TORKEL 900 25
BGFT (Battery Ground Fault Tracer) 25 BGL (Battery Ground-fault Locator) 26 Micro-ohmmètres haute précision (DLRO®)
et micro-ohmmètres (MOM) 26
DLRO200 et DLRO600 26
Série DLRO 247000 26
DLRO10 et DLRO10X 27
MJÖLNER 200 et MJÖLNER 600 27
MOM200A et MOM600A 27
MOM690 27
Équipement de mesure de résistance d'isolement 28 Gamme de testeurs de résistance d'isolement MIT400/2 28
PowerDB™ 29
Logiciel de gestion des données de tests
d'acceptation et de maintenance 29
Formulaires de tests 29
4 Guide de test de batteries www.megger.com Les batteries stationnaires de secours représentent la dernière
chance d'un système de sécurité, une dernière chance dont la défaillance est interdite. Afin de garantir un fonctionnement sécurisé, il est recommandé d'adopter un programme de maintenance rigoureux et robuste.
Toutes les normes (IEEE 450, IEEE 1188, IEEE 1106) présentent des procédures distinctes concernant la maintenance des batteries, que nous avons résumées comme suit :
■ Dans le cadre du test d'acceptation, effectuez un test de capacité quand la batterie est neuve.
■ Effectuez un test d'impédance au même moment afin d'établir des valeurs de référence pour la batterie.
■ Répétez ces étapes avant deux ans, dans un souci de respect de la garantie.
■ Effectuez un test d'impédance chaque année pour les batteries ouvertes et chaque trimestre pour les batteries à recombinaison de gaz (VRLA).
■ Effectuez des tests de capacité à chaque fois que vous franchissez 25 % de la durée de vie prévue.
■ Effectuez un test de capacité annuel quand la batterie atteint 85 % de la durée de vie prévue ou si vous constatez une baisse de capacité de plus de 10 % depuis le test précédent, ou bien si la capacité passe sous le seuil de 90 % de la valeur nominale annoncée par le fabricant.
■ Effectuez un test de capacité si vous constatez un changement considérable de la valeur d'impédance.
■ Suivez une méthode reconnue (de préférence conforme à la norme IEEE concernée) pour tous les relevés de mesures, telles que la température, la tension et la densité et remplissez-les dans un rapport.
Cette procédure vous sera très utile dans le suivi des tendances et la recherche d'erreurs.
Cette procédure illustre les tests figurant dans un programme de maintenance efficace pour batteries stationnaires. Cependant, certains emplacements critiques peuvent nécessiter une attention plus poussée, tandis que divers environnements ruraux tolèrent un nombre d'interventions plus réduit. Les conditions dans lesquelles la batterie est entreposée constituent des paramètres importants dans l'établissement d'un programme de maintenance adéquat et robuste.
Quel est l'intérêt des tests d'impédance ?
Les batteries peuvent subir des défaillances entre deux tests de décharge. Ce test facile et rapide augmentera la fiabilité pour les charges cruciales.
Cela vous permettra non seulement de déceler les changements d'ordre chimique dans votre batterie, mais également de tester vos connexions intercellulaires, l'équilibrage de charge des batteries, ainsi que l'état du chargeur.
La mesure d'impédance en courant alternatif présente un avantage certain par rapport à la mesure de résistance en courant continu.
Les batteries ne sont pas des résistances. Leur capacité provient d'un effet de double couche qui se produit quand des liquides entrent en contact avec des solides (électrolyte et plaques). Cette valeur change assez tôt dans le cycle de vie de la batterie. Les tests en courant continu ne prennent pas en compte ce paramètre.
Les batteries à recombinaison de gaz sont habituellement des modèles de grande taille, présentant une faible impédance. Il est nécessaire d'avoir accès à une alimentation adéquate pour tester ces grandes batteries à faible impédance. Les petits testeurs portatifs ne peuvent pas prendre en compte les intensités à mesurer. Le modèle BITE2 permet d'effectuer des tests à une intensité de 10 A. Cela s'avère largement suffisant pour obtenir des mesures fiables et reproductibles sur de grandes batteries ouvertes.
Les batteries à recombinaison de gaz ont tendance à subir des défaillances en mode ouvert, provoquées par un assèchement.
Cela explique pourquoi elles sont normalement installées en parallèle pour les applications critiques.
Il est possible d'obtenir des mesures erronées sur les configurations en parallèle lorsque vous ne divisez pas la chaîne en sections. Le Megger BITE3 est le seul testeur de batterie conçu pour mesurer le courant de fuite sur les chaînes parallèles, ce qui vous évite de les diviser en sections.
Test de batteries stationnaires
1 = 1 + 1 R
TR
1R
21 = 1 + 1
R
1R
TR
2www.megger.com 5
Quel est l'intérêt des tests de décharge ?
Les tests de capacité constituent l'unique moyen d'obtenir une valeur précise de la capacité réelle de la batterie. Lorsqu'ils sont effectués régulièrement, ils permettent d'assurer un suivi de l'état de la batterie, de mesurer sa capacité réelle et d'estimer sa durée de vie restante. Lors de ce test, on mesure la capacité (résultante de l'intensité multipliée par le temps et exprimée en Ah) que la batterie peut délivrer avant que la tension terminale atteigne la tension de fin de décharge multipliée par le nombre de cellules.
L'intensité doit être maintenue à valeur constante. Si la batterie atteint la tension de fin de décharge simultanément avec la fin du test spécifié, la capacité réelle de la batterie représente alors 100 % de sa capacité nominale. Si elle atteint la fin de la décharge à 80 % (8 h) ou avant le seuil spécifié de 10 h, elle doit être remplacée.
Il est important de mesurer la tension des cellules individuelles. Cette opération doit être effectuée deux fois en cours de test. Il est crucial de mesurer les cellules en fin de test de décharge pour identifier les cellules faillibles. Il est également très important d'ajuster la durée OU l'intensité d'un test de décharge en fonction de la température de la batterie. Une batterie froide délivre moins d'Ah qu'un modèle chaud. Les facteurs de correction de la température sont décrits dans les normes IEEE.
Les batteries peuvent également être testées sur une durée plus courte que leur cycle d'utilisation, par exemple pendant une heure. L'intensité doit ensuite être augmentée. Cette méthode présente l'avantage de détecter les baisses de capacité qui peuvent provoquer divers problèmes, occasionner d'importantes dépenses et pertes de temps et mobiliser beaucoup de ressources.
Les batteries ont pour vocation de garantir le fonctionnement continu d'équipements électriques critiques. Les batteries sont utilisées dans de nombreux environnements. Il est quasiment impossible de tous les répertorier. Voici certains domaines d'application des batteries :
■ Dans les centrales et postes électriques pour la protection des commutateurs et relais
■ Dans les systèmes de téléphonie, en soutien de l'infrastructure téléphonique, notamment les services d'urgence
■ Dans les applications industrielles destinées à la protection et au contrôle
■ Dans les systèmes informatiques de secours, notamment pour ce qui concerne les données et informations financières
■ Dans les systèmes d'informations « moins critiques » en entreprise
Sans batteries de secours, les hôpitaux seraient contraints de fermer leurs portes jusqu'au rétablissement du courant.
Cependant, même en restreignant l'accès du public, les patients maintenus en vie par des respirateurs artificiels nécessitent une alimentation électrique fonctionnant à 100 %. En ce qui les concerne, comme le rappelle l'expression consacrée, « l'échec n'est pas une option ».
Il suffit d'observer le monde qui nous entoure pour se convaincre de la quantité d'électricité que nous utilisons et de l'importance des batteries dans la vie de tous les jours. Les nombreuses coupures d'électricités survenues en 2003 dans le monde illustrent à quel point les systèmes électriques sont désormais indispensables pour répondre à nos besoins de première nécessité. Les batteries sont très largement utilisées et sans elles, de nombreux services dont nous dépendons sans y réfléchir connaîtraient des défaillances, entraînant un nombre incalculable de problèmes.
Pourquoi tester les systèmes de batteries ?
Il existe trois raisons principales justifiant le test de systèmes de batterie :
■ Pour confirmer que l'équipement soutenu bénéficie d'un système de secours adéquat
■ Pour empêcher les défaillances soudaines en effectuant un suivi de l'état de la batterie
■ Pour prévoir la défaillance finale de la batterie
Les utilisateurs de batteries doivent se poser trois questions essentielles :
■ Quelles sont la capacité et l'état actuels de la batterie ?
■ Quand faudra-t-il la remplacer ?
■ Que puis-je faire pour améliorer sa durée de vie au lieu de la réduire ?
Pourquoi des batteries de secours sont-elles nécessaires ?
Les batteries constituent des mécanismes chimiques complexes.
Elles comptent un grand nombre de composants, tels que des grilles, des matériaux actifs, des bornes, des boîtiers, des couvercles, etc. Chacun est susceptible de connaître une défaillance. Comme pour tous les processus de fabrication industrielle, en dépit du soin apporté à leur conception, les batteries (et les interactions chimiques) conservent une part de mystère.
Une batterie se compose de deux composants métalliques différents réunis dans un électrolyte. Ainsi, il suffirait de placer une pièce de monnaie en cuivre et une en nickel dans un pamplemousse pour créer une batterie. Bien évidemment, une batterie industrielle est considérablement plus sophistiquée qu'une batterie rudimentaire en pamplemousse. Néanmoins, pour fonctionner conformément à son cahier des charges, une batterie nécessite un entretien adéquat. Un programme de maintenance de batterie peut permettre d'empêcher, ou tout au moins de réduire les coûts et les dégâts infligés aux équipements critiques suite à une coupure d'alimentation en courant alternatif.
Il existe de nombreuses applications destinées aux batteries, mais les batteries de secours sont installées pour deux raisons uniquement :
■ Pour protéger les équipements critiques et garantir leur fonctionnement lors d'une coupure de courant alternatif
■ Pour protéger les flux de revenus face aux pertes de service
Nous allons étudier les modes de défaillance en analysant les mécanismes et types de défaillances, avant de passer en revue les moyens de détecter les cellules faillibles. Nous présentons ci- dessous les méthodes de test, ainsi que leurs inconvénients et avantages respectifs.
Raisons des défaillances de batteries
Pour comprendre les défaillances de batteries, il faut connaître des notions élémentaires de chimie. Il existe deux catégories principales de batteries modernes : plomb-acide et nickel- cadmium. D'autres composés connaissent une montée en puissance, tels que le lithium, majoritaire dans les systèmes de batteries pour appareils portables, mais cela ne concerne pas encore les modèles stationnaires.
Volta a inventé la batterie principale (non-rechargeable) en 1800. Planté a inventé la batterie plomb-acide en 1859, tandis qu'en 1881, Faure était le premier à enduire les plaques plomb-acide d'une pâte spéciale. Grâce aux améliorations apportées au fil des décennies, la batterie est devenue une importante source électrique d'appoint. Parmi ces améliorations figurent de meilleurs alliages, modèles de grilles, matériaux de boîtiers et couvercles, ainsi que des joints plus efficaces entre le boîtier et le couvercle et les bornes. La découverte la plus révolutionnaire fut probablement la régulation par soupape. De nombreuses avancées similaires ont été réalisées dans le domaine des interactions chimiques de type nickel-cadmium.
6 Guide de test de batteries www.megger.com
Types de batteries
Il existe plusieurs types de batteries, divisées en sous-catégories :
■ Plomb-acide
■
■ Ouverte : plomb-calcium, plomb-antimoine
■
■ À recombinaison de gaz (Valve Regulated Lead-acid ou VRLA) (étanche) : plomb-calcium,
plomb-antimoine-sélénium
■
■ Absorbed Glass Matte (AGM)
■
■Gel
■
■ Plaque plane
■
■ Plaque tubulaire
■ Nickel-cadmium
■
■ Ouverte
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■ Étanche
■
■ Plaque à perforations
■
■ Plaque plane
Présentation des modèles plomb-acide
Dans une batterie plomb-acide, la réaction élémentaire dans laquelle l'acide sulfurique joue le rôle d'électrolyte, avec intervention du sulfate de l'acide dans la réaction, se définit comme suit :
PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2 + 1⁄2 O2
L'acide se décompose lors de la décharge et se reconstitue lors de la recharge. De l'hydrogène et de l'oxygène sont produits lors de la décharge et de la charge de floating (car la charge de floating compense l'autodécharge). Dans les batteries ouvertes, ils s'échappent et de l'eau doit être périodiquement ajoutée.
Dans les batteries plomb-acide à recombinaison de gaz ou VRLA (étanches), l'hydrogène et l'oxygène se recombinent pour former de l'eau. En outre, dans les batteries à recombinaison de gaz, l'acide est immobilisé par un matériau d'absorption en fibre de verre (absorbed glass matte ou AGM) ou un gel. Ce matériau ressemble à la fibre de verre utilisée dans l'isolation d'une maison. Il emprisonne l'hydrogène et l'oxygène produits lors de la décharge et permet leur migration pour produire à nouveau de l'eau par réaction. C'est pourquoi les modèles à recombinaison de gaz n'ont jamais besoin d'être réapprovisionnés en eau, contrairement aux batteries plomb-acide ouvertes.
Une batterie comporte des plaques négatives et positives montées alternativement et séparées par du caoutchouc microporeux dans les modèles plomb-acide ouverts, par du matériau absorbant en fibre de verre dans les modèles à recombinaison de gaz, par de l'acide gélifié dans les modèles à recombinaison de gaz gélifiés ou par des couches de plastique dans les modèles NiCd. Toutes les plaques présentant la même polarité sont soudées ensemble et reliées à la borne correspondante. Dans certaines batteries à recombinaison de gaz, une compression s'exerce sur le sandwich plaque/fibre de verre/plaque pour garantir un contact optimal entre leurs surfaces.
Elles sont également équipées d'une soupape d'aération régulée par pression (pressure relief valve ou PRV) à fermeture automatique, permettant d'évacuer les gaz en cas de surpression.
Présentation des modèles nickel-cadmium
Sur certains plans, les réactions chimiques des modèles nickel- cadmium s'apparentent à celles des batteries plomb-acide, dans la mesure où deux métaux différents sont placés dans un électrolyte. La réaction de base dans un électrolyte d'hydroxyde de potassium (alcalin) se décompose comme suit :
2 NiOOH + Cd +2 H2O Ni(OH)2 + Cd(OH)2
Cependant, dans les batteries NiCd, l'hydroxyde de potassium (KOH) ne participe pas à la réaction, contrairement à l'acide sulfurique des batteries plomb-acide. La configuration ressemble à celle des modèles plomb-acide, dans le sens où des plaques au chargement alternativement négatif et positif sont plongées dans un électrolyte. Bien qu'elles soient disponibles, les batteries NiCd étanches sont rarement utilisées.
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Figure 1 Schéma de construction d'une batterie
Maintenant que nous savons tout ce qu’il y a à savoir que les phénomènes chimiques des batteries, à l'exception des courbes de Tafel, de la diffusion des ions et des cellules équivalentes de Randles, etc, il est temps d'analyser la construction des batteries.
Une batterie nécessite certains éléments pour fonctionner correctement : un boîtier abritant l'ensemble des composants, un couvercle, un électrolyte (solution d'acide sulfurique ou d'hydroxyde de potassium), des plaques à charge négative et positive, des bandes de connexion reliant toutes les plaques de polarité identique et des bornes reliées aux bandes de connexion de polarité identique.
Toutes les batteries ont une plaque négative de plus que la plaque positive. En effet, la plaque positive est la plaque active. En l'absence d'une plaque négative sur la surface externe de la dernière plaque positive, l'ensemble de la surface externe de la dernière plaque positive n'aurait aucun élément permettant une réaction qui génère de l'électricité. C'est pourquoi une batterie comporte toujours un nombre impair de plaques. Ainsi, une batterie 100A33 comprend 33 plaques, dont 16 plaques positives et 17 plaques négatives.
Dans cet exemple, la valeur nominale de chaque plaque positive est de 100 Ah. En multipliant 16 par 100, on obtient la capacité pour 8 heures, à savoir 1 600 Ah. L'Europe utilise un mode de calcul légèrement différent des méthodes en vigueur aux États-Unis.
Les batteries dont les capacités sont supérieures possèdent fréquemment de quatre à six bornes. Cela permet d'éviter toute surchauffe des conducteurs d'électricité sur la batterie lors du passage de haut débit de courant ou de décharges prolongées. Une batterie plomb-acide se compose d'une série de plaques reliées à une bande de connexion, elle-même connectée à des bornes. Si la taille de la bande de connexion, des bornes et des connecteurs intercellulaires n'est pas suffisante pour permettre un transport sans danger des électrons, une surchauffe pourrait se produire (chaleur de type i2R), endommageant la batterie et, dans le pire des cas, les équipements électriques, en raison de la fumée ou d'un incendie.
Pour empêcher tout contact entre les plaques qui pourrait entraîner un court-circuit dans la batterie, un séparateur est placé entre les plaques. La Figure 1 schématise une batterie à quatre bornes, vue du dessus à travers le couvercle. Les séparateurs ne sont pas représentés.
Configurations
Il existe une multitude de configurations pour les batteries. En outre, elles peuvent être agencées selon de nombreuses méthodes, ce qui rend le nombre de configurations infini. Bien entendu, la tension représente le facteur le plus important en matière de configuration d'une batterie. Les batteries disposent de plusieurs bornes pour gérer des sollicitations plus intenses. Plus l'on demande à une batterie d'émettre du courant, plus les connecteurs doivent être surdimensionnés. Cet impératif concerne les bornes, les connecteurs intercellulaires, les jeux de barres et les câbles.
Batteries à borne unique
Les systèmes de batteries de taille plus réduite sont habituellement les plus simples et les plus faciles à entretenir.
Ils présentent souvent des batteries à borne unique connectés à des connecteurs intercellulaires solides. Ces batteries sont fréquemment accessibles facilement, mais en raison de leur petite taille, elles sont parfois installées dans des espaces très réduits, ce qui complique leur accès à des fins de tests et de maintenance.
Batteries à bornes multiples
Les batteries à bornes multiples pour chaque polarité présentent des intérêts non négligeables. Elles sont habituellement plus grosses et jouent fréquemment un rôle plus essentiel.
Construction et nomenclature
des batteries
Modes de défaillance
Modes de défaillance pour batteries plomb-acide
(ouvertes)
■ Corrosion de grille positive
■ Accumulation de particules (décohésion)
■ Corrosion de la bande de connexion
■ Sulfatation des plaques
■ Courts-circuits violents (amas de pâte)
Chaque type de batterie présente plusieurs modes de défaillance, dont certains sont plus fréquents. Les modes de défaillance les plus courants pour les batteries plomb-acide sont indiqués ci-dessus. Certains surviennent au fil de l'utilisation, comme l'accumulation de particules causée par un nombre excessif de cycles. D'autres se produisent naturellement, tels qu'une croissance de la surface de grille positive (oxydation). La défaillance de la batterie n'est alors qu'une question de temps. La maintenance et les conditions d'utilisation peuvent accroître ou réduire les risques de défaillance prématurée de la batterie.
La corrosion des grilles positives représente le mode de défaillance attendu pour les batteries plomb-acide. Les grilles sont des alliages en plomb (plomb-calcium, plomb-antimoine, plomb-antimoine- sélénium) qui se transforment en oxyde de plomb au fil du temps.
Dans la mesure où le cristal d'oxyde de plomb est plus gros que l'alliage métallique en plomb, la taille de la plaque augmente.
Le taux de croissance des plaques a été clairement caractérisé et il est pris en compte lors de la conception des batteries. De nombreuses fiches techniques de batteries spécifient une zone de dégagement au bas du boîtier afin de compenser l'excroissance des plaques sur la durée de vie prévue, par exemple 20 ans.
En fin de vie de la batterie, les plaques ont suffisamment grandi pour faire sauter le couvercle des batteries. Cependant, un cyclage excessif, des températures élevées et une surcharge peuvent également accélérer le processus de corrosion des grilles positives. L'impédance augmente au fil du temps, reflétant l'augmentation de résistance électrique des grilles au passage du courant. L'impédance augmente également tandis que la capacité chute, comme l'illustre le diagramme en Figure 2.
L'accumulation de particules (par décohésion) est proportionnelle à la quantité de cyclages qu'endure une batterie. Ce phénomène s'observe principalement sur les batteries de type UPS, mais il peut se produire sur d'autres modèles. Le terme de décohésion désigne la dégradation de matière active des plaques, qui se transforme en sulfate de plomb blanc. L'accumulation de particules représente la deuxième raison qui conduit les fabricants de batteries à ménager un espace au bas des boîtiers, afin d'accueillir une certaine quantité de particules sans que cet amas ne provoque de court-circuit sur la partie inférieure des plaques et donc une défaillance de la batterie. La tension de flottage chutera et l'amplitude de la baisse de tension dépendra de l'intensité du court-circuit. La décohésion constitue un phénomène normal, en quantités raisonnables.
Certains modèles de batteries présentent des plaques enroulées, permettant de maintenir les particules de matière contre la plaque, au lieu de les laisser tomber au fond. Ainsi, les particules ne s'accumulent pas sur les modèles aux plaques enroulées.
Le domaine d'application le plus courant pour les plaques enroulées est celui des batteries UPS.
Toute corrosion de la bande de connexion, qui relie les plaques et les bornes, est difficile à détecter même lors d'une inspection visuelle, car elle se produit près du haut de la batterie, dans une zone masquée par le couvercle. La batterie enregistrera une défaillance inéluctable en raison du haut débit de courant suite à une chute du courant alternatif. L'accumulation de chaleur lors de la décharge risque fort de faire fondre, puis de fendre le boîtier, entraînant une rupture de la chaîne entière et une défaillance catastrophique.
La sulfatation est un problème lié au parcours du courant. Une inspection visuelle minutieuse permet parfois de déceler des traces de sulfatation des plaques. La sulfatation est le processus de conversion de la matière active des plaques en sulfate de plomb blanc. La sulfatation est due à des paramètres de tension de chargeurs trop bas ou à une recharge incomplète après une coupure de courant. Les sulfates se forment quand la tension n'est pas paramétrée sur une valeur suffisamment élevée. La sulfatation entraîne une impédance supérieure et une capacité amoindrie.
Modes de défaillance pour batteries plomb-acide à recombinaison de gaz (VRLA)
■ Assèchement (perte de compression)
■ Sulfatation des plaques (voir ci-dessus)
■ Courts-circuits violents et progressifs
■ Fuite au niveau des bornes
■ Emballement thermique
■ Corrosion des grilles positives (voir plus haut)
L'assèchement est un phénomène causé par une chaleur excessive (absence de ventilation adéquate), par une surcharge qui peut provoquer une hausse des températures internes, des températures ambiantes élevées (dans la pièce), etc. Lorsque les températures internes sont élevées, les cellules étanches évacuent le gaz par soupape PRV. Une fois qu'une quantité suffisante d'électrolyte a été évacuée, la matière en fibre de verre n'est plus en contact avec les plaques, ce qui augmente l'impédance interne et réduit la capacité de la batterie. Dans certains cas, il est possible de retirer les PRV et d'ajouter de l'eau distillée (mais uniquement dans les situations critiques et à condition que l'opération soit effectuée par une société agréée, puisque le retrait des PRV pourrait invalider la garantie). Ce mode de défaillance est facilement détecté par des mesures d'impédance.
Il s'agit d'un des modes de défaillance les plus courants pour les batteries à recombinaison de gaz.
Plusieurs raisons peuvent donner lieu à des courts-circuits progressifs (courts-circuits dendritiques) et les courts-circuits violents. Les courts- circuits violents sont habituellement causés par des amas de pâte qui traversent la matière, provoquant un court-circuit sur la plaque adjacente (de polarité opposée). En revanche, les courts circuits progressifs sont causés par des décharges profondes. Lorsque la densité spécifique de l'acide passe sous un certain seuil, le plomb s'y dissout. Dans la mesure où le liquide (et le plomb dissous) sont immobilisés par la matière en fibre de verre, lors du rechargement de la batterie, le plomb quitte la solution en formant de fines ramifications métalliques, les dendrites, à l'intérieur de la matière.
Dans certains cas, ces dendrites de plomb provoquent un court-circuit
www.megger.com 9
Figure 2 : changements d'impédance en fonction de la capacité de la batterie en traversant la matière de la plaque adjacente. La tension de floating
peut enregistrer une légère baisse, mais la mesure d'impédance peut détecter facilement ce mode de défaillance. Il s'agit cependant d'une baisse de l'impédance et non pas d'une augmentation, comme celle qui survient lors d'un assèchement. Voir Figure 2, cellule anormale.
Un emballement thermique se produit quand les composants internes d'une batterie provoquent une augmentation de température dans une réaction auto-entretenue. Ce phénomène est habituellement prévisible au plus quatre mois en amont et au moins deux semaines à l'avance. L'impédance augmente avant l'emballement thermique, tout comme le courant de floating. Il est relativement facile d'éviter un emballement thermique, en utilisant des chargeurs à compensation de température et en ventilant de manière adéquate la salle ou le cabinet où est installée la batterie. Les chargeurs à compensation de température réduisent le courant de charge lorsque la température augmente. N'oubliez pas que la quantité de chaleur augmente en proportion du carré de l'intensité. Bien qu'il soit possible d'éviter l'emballement thermique à l'aide de chargeurs à compensation de température, la cause sous-jacente pourrait toujours être présente.
Modes de défaillance des batteries nickel-cadmium
Les batteries NiCd semblent plus robustes que les modèles plomb- acide. Elles s'avèrent plus coûteuses à l'achat, mais le coût de revient est similaire aux batteries plomb-acide, surtout si les frais de maintenance sont pris en considération dans l'évaluation des coûts. Par ailleurs, les risques d'une défaillance catastrophique sont considérablement plus modestes que pour les batteries à recombinaison de gaz.
Les modes de défaillance des batteries NiCd sont bien plus limités que les modèles plomb-acide. Parmi les modes les plus importants figurent les scénarios suivants :
■ Perte progressive de capacité
■ Carbonatation
■ Effets de floating
■ Cyclage
■ Empoisonnement au fer des plaques positives
La perte progressive de capacité survient dans le cadre d'un processus d'usure normale. Elle est irréversible, mais ne constitue pas un problème catastrophique, tout comme l'agrandissement des grilles dans les batteries plomb-acide.
La carbonatation est à la fois progressive et réversible. La carbonatation est provoquée par l'absorption de dioxyde de carbone de l'air par l'électrolyte d'hydroxyde de potassium, ce qui explique la nature progressive de ce processus. Sans maintenance adéquate, la carbonatation risque d'empêcher la batterie de gérer la charge qui lui incombe, ce qui peut avoir des conséquences catastrophiques pour l'équipement protégé. Ce phénomène peut être inversé par le remplacement de l'électrolyte.
Les effets de floating correspondent à une perte progressive de capacité due à de longues périodes en floating sans cycle. Cette situation peut également provoquer une défaillance catastrophique concernant la charge soutenue. Cependant, une maintenance régulière permet d'éviter ces phénomènes. Les effets de floating sont réversibles par un ou deux cyclages profonds de la batterie.
En raison de leurs plaques plus épaisses, les batteries NiCd se prêtent moins facilement aux applications de cyclage. Les batteries aux durées de vie plus courtes disposent généralement de plaques plus fines, permettant une décharge plus rapide en raison d'une surface plus grande. Lorsque les plaques sont plus fines, on peut en placer un plus grand nombre dans un boîtier donné et donc augmenter la surface d'échange. Des plaques plus épaisses placées dans un boîtier de taille identique présentent une surface d'échange inférieure.
L'empoisonnement au fer est causé par des plaques corrosives et ce phénomène est irréversible.
10 Guide de test de batteries www.megger.com
Il existe différentes approches et divers degrés d'ambition concernant la maintenance et le test de batteries. Voici quelques exemples :
■ Remplacement des batteries en cas de panne ou de défaillance terminale. Degré minimal ou absence de maintenance et de tests. Bien entendu, l'absence de tests de batteries constitue la méthode la moins coûteuse si l'on considère uniquement les frais de maintenance, mais les risques sont considérables. Les conséquences doivent être prises en compte lors de l'analyse coûts-risques, puisque les risques dépendent de l'équipement protégé.
La durée de vie des batteries est limitée et elles peuvent connaître des défaillances prématurées. Les périodes entre deux pannes sont souvent longues et si une panne représente la seule occasion de mesurer les capacités d'une batterie, il existe un risque important de découvrir que le système de secours est médiocre, voire inexistant, au moment où vous en aurez besoin. Le fait d'avoir installé des batteries de secours pour les installations importantes, sans connaître leur état actuel, enlève à votre système toute semblance de fiabilité.
■ Replacement après un certain temps. Degré minimal ou absence de maintenance et de tests. Cette approche peut également s'avérer risquée. Les batteries
connaissent parfois des défaillances plus tôt que prévu.
Par ailleurs, un remplacement prématuré des batteries représente une dépense évitable. La durée de vie de batteries correctement entretenues peut dépasser la période de remplacement prédéterminée.
■ Programme de maintenance et de test rigoureux pour garantir le bon état des batteries, prolonger leur durée de vie et déterminer le moment optimal pour leur remplacement.Un programme de maintenance comprenant des tests d'inspection, d'impédance et de capacité permet d'assurer le suivi de l'état de la batterie. Les dégradations et défaillances seront détectées avant qu'elles deviennent problématiques, ce qui aide à éviter les mauvaises surprises. Les coûts de maintenance sont plus élevés, mais se justifient pour obtenir le degré de fiabilité recherché dans votre système de secours.
Le meilleur programme de test consiste à trouver un compromis parfait entre coûts de maintenance et risques de perte de la batterie et donc de l'équipement protégé. Ainsi, l'équivalent de plus de 10 millions de dollars transite chaque heure par certains postes électriques de distribution. Quel serait le coût d'une absence de maintenance des systèmes de batteries installés dans ces sous- stations ? Une batterie de 3 000 $ représente un investissement relativement modeste par rapport aux millions de dollars de perte de revenus potentielle. Chaque entreprise présente des spécificités particulières et doit procéder à sa propre évaluation de l'analyse coûts-risques de la maintenance de batterie.
Comment assurer la
maintenance d'une batterie ?
Normes et pratiques courantes
Il existe de nombreuses normes et pratiques professionnelles régissant les tests de batteries. Elles comprennent habituellement des inspections (observations, interventions et mesures effectuées en conditions de floating) et des tests de capacité. Les procédures les plus connues sont les normes IEEE :
■ La norme IEEE 450 concerne les batteries plomb-acide ouvertes
■ La norme IEEE 1188 concerne les batteries étanches plomb-acide
■ La norme IEEE 1106 concerne les batteries nickel-cadmium
IEEE 450
La norme IEEE 450, intitulée « pratique recommandée par l'IEEE pour la maintenance, le test et le remplacement des batteries plomb-acide ventilées par soupape de sécurité (VRLA) pour les applications stationnaires » décrit la fréquence et le type de mesures à effectuer pour valider le bon état de la batterie.
Cette norme couvre les inspections, tests de capacité, mesures correctives, critères de remplacement de batteries, etc.
Nous résumons ci-dessous les procédures de maintenance. Pour consulter l'intégralité des instructions, voir la norme IEEE 450.
Inspections
■ Inspections mensuelles comprenant les éléments suivants : inspection visuelle et mesure de la tension de chaîne, tension d'ondulation, courant d'ondulation, intensité et tension de sortie du chargeur, température ambiante, tension et température de l'électrolyte des cellules pilotes, courant de floating en chargement pour la batterie ou densité spécifique des cellules pilotes, mises à la terre accidentelles de la batterie, etc.
■ Les inspections trimestrielles comprennent les mêmes mesures que les inspections mensuelles, avec en plus la tension de chaque cellule, la densité spécifique de 10 % des cellules de la batterie et le courant de floating en chargement, ainsi que la température d'un échantillon représentatif d'au moins 10 % des cellules de la batterie.
■ Une fois par an, l'inspection trimestrielle doit être élargie pour inclure la densité spécifique de toutes les cellules de la batterie, la température de chaque cellule, ainsi que la résistance intercellulaire et de connexion des terminaux, sur l'intégralité de la chaîne.
Un test de capacité (test de décharge) doit être effectué
■ Lors de l'installation (test d'acceptation)
■ Dans la période de deux ans suivant la mise en service
■ Périodiquement. Les périodes entre deux tests ne doivent pas dépasser 25 % de la durée de vie prévue.
■ Annuellement, quand la batterie montre des signes de dégradation ou atteint 85 % de sa durée de vie prévue. La dégradation est effective quand la capacité de la batterie enregistre une baisse de plus de 10 % par rapport au test de capacité précédent, ou qu'elle passe sous le seuil de 90 % de la valeur nominale annoncée par le fabricant. Si la batterie a atteint 85 % de sa durée de vie, qu'elle délivre au moins 100 % de la capacité nominale annoncée par le fabricant et ne présente pas de signe de dégradation, on peut la tester à intervalles de deux ans jusqu'à ce qu'elle présente des signes de dégradation.
Approches de la maintenance
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IEEE 1188
La norme IEEE 1188, intitulée « pratique recommandée par l'IEEE pour la maintenance, le test et le remplacement des batteries plomb- acide ventilées par soupape de sécurité (VRLA) pour les applications stationnaires », décrit les tests recommandés, ainsi que leur fréquence.
Nous résumons ci-dessous les procédures de maintenance. Pour consulter l'intégralité des instructions, voir la norme IEEE 1188.
Inspections
■ L'inspection mensuelle comprend les rubriques suivantes : tension de floating de terminaux de batterie, intensité et tension de sortie du chargeur, température ambiante, inspection visuelle et intensité du courant continu de floating par chaîne.
■ Chaque trimestre, une inspection reprendra les mêmes catégories que l'inspection mensuelle, en ajoutant la valeur d'impédance de la cellule/unité, la température du terminal négatif de chaque cellule et la tension de chaque cellule. Pour les applications affichant un taux de décharge d'une heure ou moins, la résistance de 10 % des connexions intercellulaires sera mesurée.
■ Tous les six mois, les mêmes mesures seront effectuées que pour l'inspection trimestrielle, accompagnée d'une mesure (consignée dans un registre) de la tension de chaque cellule/unité, des valeurs ohmiques internes de chaque cellule/unité, de la température du terminal négatif de chaque cellule/unité de la batterie.
■ Une fois par an et lors de l'installation initiale, les mesures ci-dessus doivent être relevées, avec en complément la résistance intercellulaire et la résistance de connexion des terminaux pour la batterie entière, ainsi que le courant alternatif ondulatoire et/ou la tension imposée à la batterie.
Un test de capacité (test de capacité) doit être effectué
■ Lors de l'installation (test d'acceptation)
■ Périodiquement. Les périodes entre deux tests ne doivent pas dépasser 25 % de la durée de vie prévue ou deux années, selon laquelle de ces périodes est la plus courte.
■ Quand les valeurs d'impédance ont considérablement changé depuis le dernier relevé de mesure ou quand des changements d'ordre physique ont été remarqués
■ Annuellement, quand la batterie montre des signes de dégradation ou atteint 85 % de sa durée de vie prévue. La dégradation est effective quand la capacité de la batterie enregistre une baisse de plus de 10 % par rapport au test de capacité précédent, ou qu'elle passe sous le seuil de 90 % de la valeur nominale annoncée par le fabricant.
Critères de remplacement des batteries
Les normes IEEE 450 et IEEE 1188 préconisent le remplacement de la batterie si sa capacité tombe sous le seuil de 80 % de la valeur nominale annoncée par le fabricant. La fenêtre maximale de remplacement est d'une année. Les caractéristiques physiques, telles que l'état des plaques ou les températures anormalement élevées des cellules sont souvent des facteurs déterminants appelant le remplacement de la batterie entière ou de cellules individuelles.
IEEE 1106
La norme IEEE 1106 est intitulée « pratique recommandée par l'IEEE pour l'installation, la maintenance, le test et le remplacement des batteries nickel-cadmium stationnaires ventilées ».
Nous résumons ci-dessous les procédures de maintenance. Pour consulter l'intégralité des instructions, voir la norme IEEE1106.
Inspections
■ Inspection trimestrielle au minimum : tension de floating des terminaux de la batterie, inspection visuelle, intensité et tension de sortie du chargeur, température de l'électrolyte de la cellule-pilote.
■ Tous les six mois, effectuez une inspection générale et mesurez la tension de chaque cellule.
Un test de capacité (test de décharge) doit être effectué
■ Dans la période de deux ans suivant la mise en service
■ Tous les cinq ans, jusqu'à ce que la batterie donne des signes de perte de capacité excessive.
■ Annuellement en cas de perte de capacité excessive
Récapitulatif des meilleurs moyens de tester et évaluer votre batterie
Intervalles entre les tests
1. Effectuez un test de capacité quand la batterie est neuve, dans le cadre du test d'acceptation.
2. Effectuez un test d'impédance au même moment afin d'établir des valeurs de référence pour la batterie.
3. Répétez ces étapes avant deux ans, dans un souci de respect de la garantie.
4. Effectuez un test d'impédance chaque année pour les batteries ouvertes et chaque trimestre pour les batteries à recombinaison de gaz (VRLA).
5. Effectuez des tests de capacité à chaque fois que vous franchissez 25 % de la durée de vie prévue.
6. Effectuez un test de capacité annuel quand la batterie atteint 85 % de la durée de vie prévue, si vous constatez une baisse de capacité de plus de 10 % depuis le test précédent, ou bien si la capacité passe sous le seuil de 90 % de la valeur nominale annoncée par le fabricant.
7. Effectuez un test de capacité si vous constatez un changement considérable de la valeur d'impédance.
8. Suivez une méthode reconnue (de préférence conforme à la norme IEEE concernée) pour tous les relevés de mesures, telles que la température, la tension et la densité et consignez-les dans un rapport.
Cette procédure vous sera très utile dans le suivi des tendances et la recherche d'erreurs.
12 Guide de test de batteries www.megger.com
La matrice de test de batteries ci-dessous pourrait s'avérer utile, même pour les techniciens les plus chevronnés, et vous aidera à simplifier les pratiques recommandées.
Vous trouverez ci-dessous une description de certains tests et paramètres de maintenance.
Test de capacité
Les tests de capacité constituent l'unique moyen d'obtenir une valeur précise de la capacité réelle de la batterie. Lorsqu'ils sont effectués régulièrement, ils permettent d'assurer un suivi de l'état de la batterie, de mesurer sa capacité réelle et d'estimer sa durée de vie restante.
Quand la batterie est neuve, sa capacité peut être légèrement inférieure à la valeur annoncée. Il s'agit d'un phénomène normal.
Le fabricant fournit des valeurs de capacité nominale. Toutes les batteries sont accompagnées de tableaux indiquant le courant de décharge pour un moment spécifique, jusqu'à une tension spécifique de fin de décharge. Le tableau ci-dessous illustre un exemple fourni par un fabricant de batterie
Tens.
fin / cellule
Modèle 8 h Valeurs
nomi- nales en Ah
Valeurs nominales à 25 º C
Ampères (y compris baisse de tension du connecteur)
1 h 2 h 3 h 4 h 5 h 6 h 8 h 10 h
1,75 DCU/
DU-9
100 52 34 26 21 18 15 12 10 DCU/
DU-11
120 66 41 30 25 21 18 15 13 DCU/
DU-13
150 78 50 38 31 27 23 19 16 Les durées de test sont de cinq ou huit heures et la tension de fin de décharge habituelle pour une cellule plomb-acide est de 1,75 ou 1,80 V.
Lors de ce test, on mesure la capacité (résultante de l'intensité multipliée par le temps et exprimée en Ah) que la batterie peut délivrer avant que la tension terminale atteigne la tension de fin de décharge multipliée par le nombre de cellules. L'intensité doit être maintenue à valeur constante. Il est conseillé de sélectionner une période de test approximativement égale au cycle d'utilisation de la batterie.
Procédure pratique de test de batteries
Matrice de test de batteries – pratiques recommandées par l'IEEE
Instrument Paramètre
BITE3 BITE2 DLRO MOM/
Mjölner BGFT BGL DMA35 TORKEL Visual
Capacité ■■
Valeur ohmique interne ■■ ■■
Résistance de connexion
intercellulaire ■■ ■■ ■■ ■■
Tension de chaque cellule /
cellule pilote ■■ ■■
Dens. spéc. et temp. de
chaque cellule / cellule pilote ■■
Corrosion des terminaux ■■ ■■ ■■
Courant continu de floating ■■ ■■
Mises à la terre accidentelles ■■ ■■ ■■
Courant d'ondulation de
batterie ■■ ■■
Courant continu de floating
du chargeur ■■
Cyclage des batteries Ni / Cd ■■
Intégrité structurelle du rack /
de l'armoire ■■
Analyseur de spectre ■■
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Les durées de test sont de cinq ou huit heures et la tension de fin de décharge habituelle pour une cellule plomb-acide est de 1,75 ou 1,80 V. Il est recommandé d'employer la même période de test pour toute la durée de vie de la batterie. Cela améliorera la précision du suivi des changements de capacité de la batterie.
Si la batterie atteint la tension de fin de décharge simultanément avec la fin du test spécifié, la capacité réelle de la batterie représente alors 100 % de sa capacité nominale. Si elle atteint la fin de la décharge à 80 % (8 h) ou avant le seuil spécifié de 10 h, elle doit être remplacée. Voir Figure 3.
Procédure de test de capacité des batteries plomb-acide ouvertes
1. Vérifiez que la batterie a bénéficié d'une charge d'équilibrage si le fabricant le préconise
2. Vérifiez toutes les connexions de la batterie et assurez-vous que toutes les mesures de résistances sont correctes
3. Mesurez et notez la densité spécifique de chaque cellule 4. Mesurez et notez la tension de floating de chaque cellule 5. Mesurez et notez la température d'une cellule sur six
pour obtenir une moyenne de température
6. Mesurez et notez la tension de floating des terminaux 7. Déconnectez le chargeur de la batterie
8. Lancez la décharge. Le courant de décharge doit être pondéré en fonction de la température obtenue à la cinquième étape (sauf si la capacité est corrigée immédiatement) et maintenu pendant l'intégralité du test.
9. Mesurez et notez la tension de chaque cellule et la tension des terminaux de la batterie au début du test de décharge
10. Mesurez et notez la tension de chaque cellule et la tension des terminaux de chaque cellule de la batterie une ou plusieurs fois à des intervalles spécifiques lors du test
11. Poursuivez la décharge jusqu'à ce que la tension des terminaux de la batterie soit tombée au seuil de tension de fin de décharge spécifié (par exemple 1,75 x le nombre de cellules)
12. Mesurez et notez la tension de chaque cellule et la tension des terminaux de la batterie à la fin du test.
La tension des cellules en fin de test a beaucoup d'importance, car elle permet de révéler les cellules faillibles.
13. Calculez la capacité réelle de la batterie
Il est important de mesurer la tension des cellules individuelles.
Cette opération doit être effectuée deux fois en cours de test. Il est crucial de mesurer les cellules en fin de test de décharge pour identifier les cellules faillibles.
Il est également très important d'ajuster la durée OU l'intensité d'un test de décharge en fonction de la température de la batterie. Une batterie froide délivre moins d'Ah qu'un modèle chaud. Les facteurs de correction de la température sont décrits dans les normes IEEE.
Les fabricants peuvent également mentionner une puissance constante de décharge dans les caractéristiques de leurs batteries. Cette information est utilisée quand la charge est accompagnée de régulateurs de tension. Dans ce cas, l'intensité augmentera à mesure que la tension diminue. La procédure de test de ces batteries est identique, mais l'équipement de charge doit permettre une décharge à puissance constante.
Les batteries peuvent également être testées sur une durée plus courte que leur cycle d'utilisation, par exemple pendant une heure. L'intensité doit ensuite être augmentée. Cette approche présente l'avantage de solliciter une quantité moindre de capacité auprès de la batterie (pour les modèles plomb-acide) et de nécessiter moins de temps pour la recharge. Par ailleurs, ce test requiert moins de temps d'intervention. Pour de plus amples informations, adressez-vous au fabricant de votre batterie. À des taux plus élevés, il est plus important de superviser la température de la batterie.
Entre des tests de charge, les mesures d'impédance représentent un excellent moyen d'évaluer l'état des batteries. En outre, il est recommandé d'effectuer un test d'impédance avant tout test de chargement pour améliorer la corrélation entre capacité et impédance.
Figure 3 Si la batterie atteint la fin de la décharge à 80 % (8 h)
ou avant le seuil spécifié de 10 h, elle doit être remplacée. Figure 4 Il est recommandé de procéder au remplacement de la batterie quand la capacité se situe à 80 % des valeurs nominales annoncées.
Figure 5 Montée de l'impédance et tension de fin correspondante Les batteries peuvent également être testées sur une durée plus courte que leur cycle d'utilisation, par exemple pendant une heure. L'intensité doit ensuite être augmentée. Cette approche présente l'avantage de solliciter une quantité moindre de capacité auprès de la batterie (pour les modèles plomb-acide) et de nécessiter moins de temps pour la recharge. Par ailleurs, ce test requiert moins de temps d'intervention. Pour de plus amples informations, adressez-vous au fabricant de votre batterie. À des taux plus élevés, il est plus important de superviser la température de la batterie.
Entre des tests de charge, les mesures d'impédance représentent un excellent moyen d'évaluer l'état des batteries. En outre, il est recommandé d'effectuer un test d'impédance avant tout test de chargement pour améliorer la corrélation entre capacité et impédance.
Test d'impédance
L'impédance, mesurée par test ohmique interne, représente une résistance au courant alternatif. En ce qui concerne les systèmes à batteries en courant continu, l'impédance indique l'état des batteries. Dans la mesure où ce test mesure l'état de l'intégralité du parcours électrique d'une batterie, d'une plaque de terminal à l'autre, l'impédance permet de déceler facilement et de manière fiable des vulnérabilités des cellules et connecteurs intercellulaires.
Pour schématiser, disons que le test d'impédance s'effectue en appliquant un signal en courant alternatif, en mesurant la baisse de tension en courant alternatif sur la cellule ou le connecteur intercellulaire et en calculant l'impédance à l'aide de la loi d'Ohm.
Sur le plan pratique, on mesure non seulement la baisse de tension alternative, mais aussi l'intensité alternative. L'intensité alternative est mesurée en raison des autres intensités alternatives (additives ou soustractives) d'une batterie. D'autres courants alternatifs émanant du système de chargeur sont présents. Le test s'effectue en appliquant un signal alternatif aux plaques des terminaux. On mesure ensuite l'intensité alternative totale dans la chaîne et la baisse de tension de chaque unité de la chaîne en mesurant chaque cellule et connecteur intercellulaire consécutivement, jusqu'à ce que la chaîne entière ait été mesurée. L'impédance est calculée, affichée et enregistrée. À mesure que les cellules vieillissent, l'impédance interne augmente, comme l'illustre la Figure 2. La mesure de l'impédance permet de vérifier la condition de chaque cellule de la chaîne et d'évaluer sa tendance, afin de déterminer quand remplacer une cellule ou la chaîne, ce qui aidera à planifier vos besoins budgétaires.
Le test d'impédance est une véritable mesure à quatre points selon la méthode de Kelvin, qui assure une excellente fiabilité et des données hautement reproductibles permettant de prendre des décisions rationnelles concernant la maintenance et le remplacement de la batterie. L'impédance permet également d'identifier les cellules faillibles, afin de prendre des mesures de maintenance préventive. En effet, malgré les dépenses qu'elle induit, la batterie soutient une charge critique ou un flux de revenu essentiel. Si une cellule unique s'ouvre.
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Figure 8 Caractéristiques de charge d'une tension constante et d'un courant constant
La densité spécifique ne fournit habituellement pas une grande aide dans la détermination d'une défaillance imminente d'une batterie.
Cette valeur change d'ailleurs très peu après les trois à six premiers mois de la durée de vie d'une batterie. Ce changement initial s'explique par la fin du processus de formation, qui convertit la matière pâteuse inactive en matière active en réagissant avec l'acide sulfurique. Une densité spécifique basse pourrait indiquer que la tension du chargeur est trop basse, occasionnant une sulfatation des plaques.
Dans une batterie plomb-acide, le sulfate est un système fermé dans le sens où le sulfate se trouve soit sur les plaques soit dans l'acide. Si la batterie est entièrement chargée, le sulfate est logiquement dans l'acide. Si la batterie est déchargée, le sulfate est sur les plaques. Par conséquent, la densité spécifique reflète la tension et donc l'état du chargement. Il importe de procéder à des relevés de densité spécifique quand on constate des problèmes dans la batterie, afin d'obtenir le plus d'informations possible au sujet de la batterie.
La densité spécifique des batteries varie selon les applications et les lieux, au gré des différents taux, des températures, etc.
Le tableau suivant décrit certaines applications, ainsi que leurs densités spécifiques.
Densités spécifiques et applications
Densité spécifique Pourcentage
d'acide Application
1,170 25 Stationnaire tropical
1,215 30 Stationnaire normal
1,250 35 UPS/Taux élevé
1,280 38 Automobile
1,300 40 Stationnaire VRLA
1,320 42 Puissance motrice
1,400 50 Torpille
Courant de floating
L'intensité constitue l'une des branches du triangle de la loi d'Ohm. La tension du chargeur sert à maintenir le niveau de charge d'une batterie, mais la tension n'est autre qu'un vecteur permettant de transmettre le courant à la batterie (ou l'en extraire en phase de décharge). Ce courant convertit le sulfate de plomb en matière active sur les grilles.
On observe deux types de courant continu dans une batterie : le courant de recharge, servant à recharger une batterie après une décharge, et le courant de floating, qui sert à maintenir un état de charge optimal dans la batterie. En cas de variation entre les paramètres du chargeur et la tension de la batterie, la différence induit une circulation du courant. Lorsque la batterie est complètement chargée [1], le seul courant qui circule est le courant de floating, qui compense l'autodécharge de la batterie (< 1 % par semaine). Dans la mesure où le différentiel de tension entre le chargeur et la batterie est modeste, le courant de floating est de faible ampleur. Lorsqu'il existe une différence de tension importante, comme après une décharge, le courant est élevé et limité par le chargeur jusqu'à ce que la différence de tension s'atténue. Quand le courant atteint un plateau sur le diagramme ci-dessous, on parle de courant limite. Quand le différentiel de tension baisse, le courant de charge chute, comme l'illustre la trajectoire descendante de la ligne représentant l'intensité sur le diagramme de la Figure 8. La tension de charge correspond à la tension de la batterie et non pas au paramètre du chargeur, ce qui explique son augmentation.
Le courant de floating varie en fonction de la taille de la batterie.
Plus la batterie est grande, plus elle nécessitera de courant de floating pour préserver un niveau de charge optimal. Il existe plusieurs causes pouvant provoquer une augmentation du courant de floating : défauts de mise à la terre sur les systèmes de floating de la batterie et déficiences internes de la batterie.
Nous évoquerons plus tard les défauts de mise à la terre. À mesure que l'impédance interne d'une batterie augmente, le courant doit augmenter pour franchir cette impédance supérieure. L'augmentation de courant de floating peut indiquer des défaillances de la batterie. Sans devoir mesurer le courant de floating, un grand nombre de ces problèmes peuvent être détectés grâce à l'impédance.
Dans les batteries à recombinaison de gaz (VRLA), le courant de floating[2,3] semble indiquer des problèmes de batterie, à savoir un emballement thermique. L'emballement thermique est le résultat d'un problème de batterie et non pas son origine.
Diverses causes peuvent entraîner un emballement thermique, notamment un court-circuit de cellule, des défauts de mise à la terre, un assèchement, un niveau de charge excessif et une évacuation insuffisante de la chaleur. Ce processus nécessite entre deux semaines et quatre mois pour se produire une fois que le courant de floating commence à augmenter. En mesurant le courant de floating, il peut être possible d'éviter une défaillance catastrophique de la batterie, ainsi que des dégâts aux équipements connectés et installés à proximité. L'impédance détectera un grand nombre de ces problèmes.
Courant ondulatoire
À l'instar des appareils alimentés en courant continu, les batteries préfèrent recevoir du courant continu. Le rôle du chargeur consiste à convertir le courant alternatif en courant continu, mais aucun chargeur n'atteint un niveau d'efficacité de 100 %.
Fréquemment, des filtres sont intégrés aux chargeurs pour supprimer le courant alternatif du courant continu délivré. La part de courant alternatif dans le courant continu constitue ce
[1] Cole, Bruce, et al., Operational Characteristics of VRLA Batteries Configured in Parallel Strings, GNB Technologies [2] Brown, AJ, An Innovative Digital Flat Current Measurement Technique - Part Two, Proceedings of BattConn® 2000 [3] Boisvert, Eric, Using Float Charging Current Measurements to Prevent Thermal Runaway on VRLA Batteries, Multitel [4] Ruhlmann, T., Monitoring of Valve Regulated Lead Acid Batteries, Proceedings of BattConn® 2000
16 Guide de test de batteries www.megger.com
