Remplacement d'une batterie plomb-acide par une batterie lithium-fer-phosphate

Si vous possédez une batterie au plomb dans votre camping-car, comme beaucoup d'entre nous, à un moment ou à un autre, vous devrez la remplacer (en général, tous les 2 à 4 ans selon l'utilisation du véhicule). Bien qu'il soit tentant de ne rien changer, les batteries au plomb sont coûteuses à l'usage (oui, par rapport aux batteries au lithium, si l'on tient compte du coût d'utilisation réel) et présentent de nombreux inconvénients pénibles.

Comparaison des batteries au plomb et au lithium

Les inconvénients des batteries au plomb

1. Courte durée de vie de la batterie (300 cycles de charge, soit 3 mois d'utilisation par an).
2. Lourde (c'est du plomb, c'est lourd, c'est du métal)
3. Elle ne peut être déchargée à plus de 50 % sans nuire à sa durée de vie. Cela signifie également que vous portez 50 % du poids pour rien.
4. L'autodécharge est fréquente et peut être fatale à la batterie. Si on la laisse trop longtemps et qu'elle descend en dessous de 10V, elle est morte.
5. Le plomb est toxique. Mais il est aussi recyclable.

Avantages de la batterie au plomb

1. Vous pouvez la charger très facilement, elle est assez tolérante à une mauvaise procédure de charge.
2. Elle est si bien connue que beaucoup (sinon tous) de chargeurs et d'unités électriques dans les camping-cars sont conçus pour les batteries au plomb.
3. Elles peuvent être achetées presque partout (mais attention à la mauvaise garantie de la batterie).

Dans ce billet, je présenterai les avantages (et les inconvénients) des batteries au Lithium Fer Phosphate, également connues sous le nom de LiFePo4.

Les inconvénients de la batterie LiFePo4

1. Un peu plus chère à l'achat pour le même niveau d'énergie que la version au plomb, bien que le coût soit en baisse.
2. Il est probable qu'il faille changer tout le système électrique de votre camping-car pour faire face à l'augmentation de la consommation d'énergie.

Avantages de la batterie LiFePo4

1. Si l'on tient compte de tous les coûts d'utilisation, une batterie LiFePo4 est moins chère à utiliser qu'une batterie au plomb. Pourquoi : parce que pour une batterie au plomb de 100Ah, vous n'avez que 50Ah à 60Ah que vous pouvez utiliser, et vous pouvez l'utiliser pour 300 cycles, ce qui fait 1500Ah par produit. Sur une batterie LiFePo4, vous utiliserez 80Ah à 90Ah pendant au moins 2000 cycles, soit 160000Ah par produit. Si la batterie au lithium coûte 3x plus cher que le plomb (et ce chiffre est en baisse), elle est encore 35 fois moins chère que le plomb après utilisation.
2. Elle se charge très très rapidement. Les batteries au plomb ne peuvent être chargées qu'à un courant de C/10. Cela signifie qu'une batterie au plomb de 100Ah ne peut absorber que 10A de courant. La recharge de 50 % à 100 % prend 5 heures. Une batterie au lithium similaire peut absorber un courant de C/1, elle peut donc être chargée à 100A (bien que, pour des raisons de coût, vous ne souhaitiez pas un courant aussi important dans vos "petits" câbles). Même à 50A, la recharge ne prendra qu'une heure.
3. Presque pas d'autodécharge. Une batterie au lithium ne perd pas sa charge comme une batterie au plomb. Si vous laissez votre camping-car sans surveillance pendant 6 mois, il vous restera 88% de votre batterie pleine. Une batterie au plomb sera probablement morte dans un tel scénario.

Installation / mise à niveau d'une batterie LiFePo4

J'ai réussi à vous convaincre de remplacer votre batterie au plomb par une batterie au lithium. Quelles sont les étapes nécessaires pour en installer une ?

Tout d'abord, vous devez vous assurer de ce qui doit être changé dans votre camping-car. Si vous partez de zéro, c'est peut-être plus facile (voir ci-dessous). Dans une installation électrique typique d'un camping-car, vous trouverez :

1. Un boîtier de distribution CA (avec un interrupteur typique de 30mA)
2. Un chargeur CA/CC (générant 12 V pour charger la batterie de plomb à partir de la tension principale)
3. Un boîtier de distribution CC (avec de nombreux fusibles, capteurs et relais)
4. Un chargeur solaire
5. Un panneau de commande pour activer, surveiller et contrôler les systèmes de votre camping-car.

Dans certains cas, certains des systèmes ci-dessus sont combinés (et dans ce cas, vous aurez plus de difficultés à les mettre à niveau). Par exemple, les systèmes Calira combinent généralement le chargeur AC/DC et le boîtier de distribution DC. Le panneau de contrôle est toujours lié à la boîte de distribution CC. Par conséquent, si vous devez changer l'un, vous devez changer l'autre.

Puis-je simplement échanger les deux batteries ?

Le cycle de charge du plomb est différent de celui du lithium. La charge au plomb nécessite une tension de 14,2V/14,4V pendant un petit laps de temps (phase de tension constante), puis moins pour la phase de courant constant et la phase de flottement à 13,6V. Le lithium, au contraire, a besoin d'une tension constante de 14,4/14,6 V tout en contrôlant le courant car, pour le lithium, la tension ne change pratiquement jamais jusqu'à ce que la batterie soit épuisée.

Cela semblera fonctionner, puisque les batteries LiFePo4 ont un BMS (battery management system), mais elles n'atteindront jamais une charge complète, et selon le chargeur, vous brûlerez probablement le chargeur puisqu'il n'atteindra jamais la phase de courant constant, chauffant en dehors des spécifications, ou pire: il deviendra un consommateur de courant s'il entre dans la phase de floating (la tension de la batterie est plus élevée que la tension de floating, le courant circulera en sens inverse). S'il effectue une désulfatation (un bon chargeur au plomb devrait le faire régulièrement), il risque également de casser le BMS.

Que faire ?

Tout d'abord, identifiez dans la documentation technique de votre camping-car si le chargeur AC/DC et le boîtier de distribution DC peuvent tous deux prendre en charge une batterie au lithium (avec un interrupteur ou en le programmant différemment). Si c'est le cas, il pourrait être aussi simple de changer la position de l'interrupteur, d'échanger les batteries et d'en finir. Malheureusement, la plupart des chargeurs AC/DC installés jusqu'en 2018 ne fonctionnent qu'avec des batteries au plomb.

Si vous avez un système Nord Electronica ou CBE où le chargeur AC/DC est séparé du boîtier de distribution DC, la solution est très simple (voir ci-dessous). Vous devez identifier le relais qui relie la batterie de démarrage du camion (appelée starter) à la batterie principale et l'enlever. Vous devez absolument l'enlever ou le désactiver, car si ce relais se déclenche, il connectera les deux pôles positifs (et de masse) des batteries et la batterie au lithium essaiera instantanément de se décharger dans la batterie de démarrage (probablement une batterie au plomb) et de la tuer ou de brûler les fils. Comme la batterie au lithium a une tension plus élevée que la batterie au plomb, un courant énorme circulera vers la batterie au plomb jusqu'à ce qu'elle soit égalisée. Les fils entre les deux batteries ne sont pas conçus pour un tel courant (qui peut être de 2C pour certaines batteries au lithium, donc probablement de 200A pour une batterie de 100Ah) et vous aurez donc un problème (ou un fusible quelque part grillera). Encore une fois, lorsque la batterie du porteur est chargée, cela va sembler fonctionner. Mais c'est lorsque la batterie porteur sera épuisée que vous découvrirez le problème.

Le relais est généralement utilisé pour que le générateur du camion puisse également charger la batterie principale. Dans notre installation, nous utiliserons un autre système plus efficace pour cela, il est donc tout à fait possible de le désactiver.

Si vous avez un système Calira, il combine le chargeur AC/DC avec le boîtier de distribution. Il s'agit du même circuit imprimé pour les deux, de sorte qu'il est presque impossible de désactiver la fonction de charge (uniquement pour la batterie au plomb) et, dans ce cas, il est regrettable que vous deviez changer le boîtier de distribution et le panneau de commande.

Vous enlèverez alors le chargeur AC/DC (vous n'en avez plus besoin), et si vous suivez le schéma ci-dessous, vous enlèverez également le chargeur solaire. Cela représente une économie de 1 à 2 kg !

Vous devrez vérifier le diamètre des câbles entre votre camion et la batterie principale. Le diamètre le plus court est celui que vous recherchez (si, par exemple, vous avez un fil AWG 8 allant de la batterie du camion à un interrupteur et que, de là, vous n'avez qu'un fil AWG 10 vers la batterie, le diamètre à prendre en compte est AWG 10).

Pour plus de commodité, voici un tableau du diamètre extérieur (ce que vous mesurerez avec un pied à coulisse) par rapport à la dimension du fil et au courant maximal absolu qu'il peut supporter (il vaut mieux prendre une certaine marge ici) :

Quelques exemples d'installation

Voici un schéma d'installation après l'installation de la pile au lithium.

Cette installation est faite pour des fils de 6mm2 et le système Nord Electronica. Le relais RE1 doit être enlevé.

Le système central à 2 relais est utilisé pour couper en séquence le chargeur Renogy DC/DC avant de connecter le chargeur AC/DC. Un simple optocoupleur avec un diviseur de résistance (voir le schéma pour la valeur) sur l'entrée contrôlera 2 relais. L'un est en mode NC et est chargé d'isoler le chargeur DC/DC de la batterie. Il se déclenche à 12V. L'autre est en mode NO et va connecter le chargeur AC/DC à la batterie. Il se déclenche à 14,7 V.

Cela signifie que lorsque le chargeur AC/DC est branché sur le réseau principal, sa sortie passe de 0V à 14,7V. À 12V, le chargeur DC/DC est déconnecté de la batterie et à 14,7V, le chargeur AC/DC le remplace. Lorsqu'il est débranché, le chargeur AC/DC est d'abord déconnecté de la batterie, puis le chargeur DC/DC est reconnecté à la batterie.

Le circuit de seuil utilise un module prêt à l'emploi avec ce schéma :

L'optocoupleur utilisé est un modèle PC817X avec une tension de seuil de 1.2V.