Bien plus qu’un calculateur de capacité de batterie

Lorsqu’on construit un parc batteries pour un bateau, on pense généralement à la tension, aux ampères-heures et au gros câble qui alimente le moteur, l’onduleur ou la distribution électrique principale.

Pourtant, un parc batteries peut comporter plusieurs types de câbles parcourus par des courants importants, et ces câbles ne transportent pas nécessairement le même courant.

Installer un gros câble principal ne signifie pas que le reste du parc batteries est correctement câblé.

Le calculateur Baywatt analyse l’architecture complète du parc : la configuration des batteries, le courant disponible par branche, les câbles principaux, les liaisons entre batteries et les câbles reliant les branches parallèles aux busbars.

Que pouvez-vous vérifier avec ce calculateur ?

Indiquez la tension et la capacité d’une batterie, son C-rate de décharge continue, ainsi que le nombre de batteries montées en série et en parallèle.

Le calculateur estime ensuite :

• La tension totale du parc batteries
• La capacité totale en Ah
• L’énergie totale en kWh
• Le courant continu maximal par branche de batteries
• Le courant continu maximal disponible pour l’ensemble du parc
• La section des câbles principaux de batterie
• La section des câbles reliant les batteries en série
• La section des câbles des branches parallèles
• Un calibre indicatif de disjoncteur ou de fusible
• Le calibre du coupe-batterie
• Le calibre des busbars
• Le calibre du shunt de contrôle batterie

Montage en série et montage en parallèle : ce n’est pas la même chose

Batteries montées en série

Le montage en série augmente la tension du système tandis que la capacité en Ah de la branche reste identique.

Par exemple, quatre batteries de 12 V 100 Ah montées en série donnent :

• 48 V de tension système
• 100 Ah de capacité
• 4,8 kWh d’énergie nominale

Les câbles reliant ces batteries entre elles transportent le courant de cette branche de batteries.

Batteries montées en parallèle

Lorsque plusieurs branches sont montées en parallèle, la capacité totale en Ah augmente, tout comme le courant potentiellement disponible.

Trois branches de 48 V 100 Ah montées en parallèle forment ainsi un parc de 48 V 300 Ah.

Chaque branche ne transporte toujours que son propre courant, mais le câble principal peut devoir transporter le courant cumulé des trois branches.

Les câbles entre les batteries sont tout aussi importants

C’est probablement l’un des éléments les plus souvent négligés dans les installations de batteries à fort courant.

Un même parc batteries peut nécessiter trois dimensionnements de câbles différents :

• Câbles principaux de batterie : ils transportent le courant cumulé entre le parc batteries, les busbars, les protections et la charge.
• Câbles de liaison en série : ils relient les batteries d’une même branche et transportent le courant de cette branche.
• Câbles des branches parallèles : ils relient chaque branche aux busbars positif et négatif communs.

Il ne faut donc pas automatiquement supposer que tous ces câbles doivent avoir exactement la même section.

Par exemple, si trois branches de batteries peuvent fournir chacune 100 A en continu, chaque branche peut transporter environ 100 A alors que le câble principal peut devoir transporter jusqu’à 300 A.

Connaître le C-rate de vos batteries est essentiel

La capacité en Ah vous indique la quantité de charge électrique que peut stocker une batterie, mais elle ne vous indique pas à quelle vitesse cette énergie peut être délivrée ou rechargée.

C’est précisément le rôle du C-rate.

Sans connaître le C-rate de la batterie, il est impossible de déterminer correctement :

• Le courant continu que la batterie peut fournir
• La puissance que le parc peut réellement délivrer à un moteur ou à un onduleur
• La vitesse maximale de charge autorisée
• Si le BMS peut supporter la charge électrique prévue
• Le nombre de branches parallèles nécessaires

Pour une batterie de 100 Ah, un C-rate de décharge de :

• 0,5C correspond à environ 50 A
• 1C correspond à environ 100 A
• 2C correspond à environ 200 A

Le même principe de C-rate s’applique à la recharge. Par exemple, une batterie de 100 Ah acceptant une charge à 0,5C peut théoriquement recevoir environ 50 A.

Attention cependant : le C-rate maximal de charge peut être différent du C-rate maximal de décharge. Il faut donc toujours utiliser les valeurs spécifiées par le fabricant de la batterie et par le BMS.

C’est pourquoi connaître les véritables caractéristiques de décharge et de charge de vos batteries est indispensable pour comprendre ce que votre parc peut réellement fournir.

La section d’un câble ne dépend pas uniquement du courant

Le dimensionnement d’un câble dépend à la fois du courant transporté et de sa longueur.

Un câble parfaitement adapté sur une longueur de 30 cm peut devenir insuffisant sur plusieurs mètres, car la chute de tension augmente avec la longueur du conducteur.

Le calculateur vous demande donc :

• La longueur aller simple du câble principal
• La longueur des câbles entre batteries ou entre branche et busbar
• La chute de tension maximale souhaitée

Pour le câble principal, indiquez simplement la distance physique aller entre le parc batteries et la charge. Le calculateur tient automatiquement compte du trajet positif et négatif.

Pourquoi une tension plus élevée réduit fortement le courant

Les systèmes DC de forte puissance peuvent nécessiter des courants extrêmement élevés lorsqu’ils fonctionnent à basse tension.

À titre de comparaison, une puissance électrique de 6 kW représente environ :

• 500 A sous 12 V
• 250 A sous 24 V
• 125 A sous 48 V

C’est l’une des principales raisons pour lesquelles les systèmes de propulsion électrique de forte puissance utilisent généralement des tensions de batterie plus élevées.

Protections et distribution électrique

Une fois le courant maximal du parc batteries déterminé, le calculateur fournit également une première estimation des principaux composants de protection et de distribution.

Cela comprend notamment le disjoncteur ou fusible principal, le coupe-batterie, les busbars, les cosses de câble et le shunt du contrôleur de batterie.

Le dimensionnement de la protection doit toujours respecter la relation :

Courant normal de la charge ≤ Calibre de protection ≤ Courant admissible du câble

La protection finale doit également être compatible avec la batterie, le BMS, le contrôleur moteur, l’installation des conducteurs et les recommandations des fabricants.

Exemple : parc 48 V avec trois branches en parallèle

Prenons douze batteries de 12 V 100 Ah organisées avec quatre batteries en série et trois branches en parallèle, soit une configuration 4S3P.

Le parc obtenu est de :

• 48 V
• 300 Ah
• 14,4 kWh d’énergie nominale

Si chaque batterie de 100 Ah est donnée pour une décharge continue de 1C, chaque branche en série peut fournir environ 100 A.

Avec trois branches montées en parallèle, l’ensemble du parc peut théoriquement fournir environ 300 A en continu.

Le câble principal peut donc devoir transporter jusqu’à 300 A, alors que les câbles situés à l’intérieur de chaque branche ne transportent qu’environ 100 A.

C’est exactement pour cette raison qu’il faut vérifier l’ensemble du câblage du parc batteries et pas uniquement le gros câble principal.

Vérifiez votre parc batteries

Utilisez le calculateur ci-dessus pour vérifier votre configuration de batteries, le courant réellement disponible et les sections de câble nécessaires dans les différentes parties du parc.

Il peut être utilisé pour la propulsion électrique marine, les parcs de servitude, les onduleurs et de nombreuses autres installations DC à fort courant.

Important

Ce calculateur est un outil de pré-dimensionnement électrique. L’intensité admissible réelle des câbles ainsi que le calibre des fusibles et disjoncteurs dépendent notamment de l’isolation du conducteur, de la température ambiante, du regroupement des câbles, de la méthode d’installation, des limites de la batterie et du BMS, ainsi que des exigences des équipements utilisés.

Vérifiez toujours l’installation finale selon les recommandations des fabricants et les règles électriques applicables au bateau.