Le stockage d'électricité: quel type de batterie et quelle capacité ?

Si produire l'énergie reste le point central lors de l'aménagement d'un van, celui du stockage l'est tout autant. Pour cela, pas le choix, il est nécessaire d'utiliser une batterie. Comme chacun le sait, la batterie est l'élément le plus cher, même si certaines technologies le sont plus que d'autres. Et comme le monde parfait n'existe pas, chacune a ses avantages et ses inconvénients.

Batterie de traction ou batterie secondaire

Quelque soit le véhicule, celui-ci dispose déjà d'une batterie 12V. Utilisée pour faire fonctionner les appareils électriques et lancer le moteur, celle-ci est indispensable au fonctionnement du véhicule. Dès lors, pourquoi ne pas utiliser cette batterie ?

C'est en effet possible lorsque les besoins en énergie sont très limités. Mais cette solution nécessite d'être très rigoureux pour ne pas se retrouver avec un véhicule qui ne démarre plus. En effet, comme nous le verrons plus bas, ces batteries sont adaptées pour démarrer le véhicule et être constamment en chargement ce qui n'est pas le cas pour une telle utilisation.

Ainsi, même si on peut utiliser la batterie principale du véhicule pour ses équipements à bord, cela reste rare. Car le risque est bien de vider la batterie et de se retrouver bloqué pour repartir. Généralement, on privilégie donc l'ajout d'une batterie dite auxiliaire pour combler les besoins énergétiques de la vie à bord du camping-car. Choisir cette batterie auxiliaire n'est pourtant pas simple car différentes technologies existent, avec pour chacune des avantages et des inconvénients.

Volts, tension, ampères, Watts, Volts-Ampères, kesaco ?

Avant de parler technologie, il est utile de connaitre quelques notions techniques. Commençons par le plus simple, la tension. Exprimée en Volts, c'est généralement une donnée que nous maîtrisons, et chacun sait que les batteries sont généralement en 12V.

L'intensité est exprimée en Ampères (A), la puissance en Watts (W) ou Volts-Ampères (VA) tandis que la capacité (quantité d'énergie lors du stockage) l'est en Ampère/heure (Ah) ou Watt/heure (Wh). Cette unité est également utilisée pour parler de la puissance des moteurs pour lesquels on utilise soit le terme chevaux (ch) soit les kW. La puissance sera identique que l'on soit en 220W ou en 12V. En revanche, l'intensité sera bien plus forte en 12V qu'en 220V pour une même puissance.

Par exemple, une batterie de 100 Ah pourra débiter 100 A pendant une heure, ou 50 A pendant deux heures, 33,3 A pendant 3 heures, etc. Pour autant, comme on le verra plus bas, décharger totalement une batterie n'est jamais une bonne idée. De sorte, la capacité indiquée n'est pas celle que l'on peut réellement utiliser, loin de là.

C'est cette donnée qui va être importante dans le cas du calcul de la capacité nécessaire selon la puissance consommée de ses équipements électriques exprimés en Watts (ou parfois aussi en Volts-Ampères VA).

Quelques exemples de conversion:
- Conversion Ah en Wh : Tension en V * Capacité (Ah)

Ex: une batterie 12V de 100Ah peut donner 12*100 = 1200 W

- Conversion Watts en Ampères: Puissance en W / Tension en V

Ex: un appareil de 60W de puissance nécessite une intensité de 60 / 12 = 5A (en 12V) et 60 / 220 = 0,27A (en 220V)

- Conversion Ampères en Watts:  Intensité en A * Tension en V

Ex: un appareil qui affiche 0,27A en 230 V consomme 0,27 * 220 = 62,1 W

- Conversion Ampères en 230V vs Ampères en 12V:  (Intensité en A * Tension initiale en V) / Tension finale en V. 

Ex: conversion en 12V d'un appareil de 0.27A en 230V:    (0,27 * 230)/12 = 5,17 A

Les batteries de stockage classiques sont quasiment toutes en 12V , le choix se portera sur la capacité et sur la technologie, sachant la capacité choisie sera également dépendante de la technologie de la batterie du fait d'un taux de décharge acceptable différent.

Comment fonctionne une batterie ?

Une batterie est composée d'une borne positive, la cathode, et d'une borne négative, l'anode. Les deux bornes sont plongés dans une solution appelée électrolyte qui peut être liquide, semi-solide (Gel) ou solide et séparées par une plaque. Lors de la décharge, les ions (des atomes chargés en courant positifs ou négatifs) vont ainsi passer de l'anode vers la cathode lors de la recharge, et dans le sens inverse lors de la recharge.

Les différentes technologies de batteries

Batteries plomb-acide

Les batteries au plomb représentent la plupart de celles qui équipent les voitures. Relativement peu chères (comparées aux autres), leur taux de décharge est limité à 50% sans quoi sa durée de vie se réduit drastiquement. Cela veut dire que sur une capacité de 100 Ah, seuls 50 Ah seront réellement utilisables.

Gros inconvénient, la recharge sera assez lente. D'une part, on recommande pour la charger de limiter la puissance à environ 1/3 de sa capacité ce qui veut dire que pour une capacité de 100 Ah, on devra se limiter à une charge de 33 Ampères. Mais surtout, si jusqu'à 80% de la capacité la charge est linéaire (donc en 33A, sur une batterie qui disposent encore de 50A, il faudra environ 1h30 si on charge à 33A), les derniers 20% seront très longs (2 à 6h). Ce qui implique, qu'elle sera en réalité rarement chargée à 100% mais plus souvent à 80%, ce qui réduit encore la capacité utilisable ou qui va pousser à choisir une plus grande capacité.

Par ailleurs, elle s'avère très lourde et encombrante et sa durée de vie reste limité en nombre de cycles (en respectant un taux de décharge de 50%) et à une longévité de 3/4 ans.

Plusieurs batteries Plomb-Acide existent sur le marché: plomb-acide simple, Gel, AGM et Plomb-Carbone.

Batteries GEL plomb-acide

Les batteries GEL disposent d'un électrolyte (pour rappel, le liquide par lequel les ions se déplacent entre l'anode et la cathode) sous la forme de... GEL grâce à la présence de silice. Elle s'avère ainsi plus solide et plus durable et supporte plus de cycles de charge ( 1 800 à 30% de décharge et 750 cycles à 50% de décharge selon myshop-solaire. En revanche, elle ne supporte pas une forte intensité nécessaire au démarrage d'un véhicule, raison pour laquelle elle n'est pas utilisée dans ce cadre. Mais pour alimenter les appareils électriques classiques d'un van, cela n'est pas un inconvénient. Elle a donc souvent les faveurs des acheteurs qui équipent leur van. Comptez 260 € pour une 90 Ah.

Batteries AGM plomb-acide

Les batteries AGM sont les plus performantes des batteries au plomb. Elles acceptent 3 fois plus de cycle de charge/décharge qu'une batterie classique au plomb, et si elles s'avèrent moins durables que les batteries au GEL (700 cycles à 50%), ces dernières années, des progrès notables ont été faits, les rapprochant des batteries Gel.
En revanche, elles sont capables de délivrer une forte puissance au démarrage. Elles sont désormais largement utilisée pour les voitures disposant d'un S&S et de plus en plus en batterie auxiliaire pour les Van. Comptez autour de 250 € pour une 90 Ah.

Batterie Plomb-acide-Carbone

Les batteries AGM et GEL ont également vu une évolution ces dernières années avec l'arrivée du carbone. En recouvrant l'une des électrodes de carbone sous forme de graphène, la batterie gagne en durée de vie grâce à la baisse du phénomène de sulfatation (responsable de "l'usure" des batteries). On estime sa durée de vie à 1 500 à 1 750 cycles pour une décharge à 50%. Comptez environ 300 € pour une 80/90 Ah.

Batterie Lithium

Ces dernières années, les batteries au Lithium se sont grandement démocratisées. On les retrouve désormais partout, sur nos téléphones portables, ordinateurs, vélo électrique et bien sur, au coeur de nos voitures électriques.

Il faut dire qu'à ce jour, il s'agit de la technologie la plus avancée, et celle qui offre les meilleures performances, expliquant ainsi leur démocratisation.

Les batteries lithium acceptent sans problème une décharge jusqu'à 20% et leur temps de chargement est considérablement réduit jusqu'à 100% de capacité. C'est d'autant plus vrai qu'elles acceptent en outre une puissance de charge allant de 1 et 2 fois sa capacité (donc pour une batterie de 100 Ah, une recharge en 100 voire dans certains cas en 200 A est possible). Dans le cas d'un fourgon, un panneau solaire photovoltaïque ou une charge par alternateur n'atteindra jamais ces niveaux de puissance.

A lire également: comment réduire sa facture d'électricité en utilisant le panneau solaire de son camping-car.

Autre avantage et non des moindres, en comparaison des autres technologies, l'encombrement est réduit, tout comme le poids, et ce, d'autant plus que l'on peut dimensionner à la baisse son installation grâce à une plus grande capacité à aller puiser dans la batterie. C'est également celle qui affiche la meilleure durée de vie et de loin, tant en termes de durée, que de cycles de recharge.

Très technologiques, ces batteries doivent faire appel à un BMS (Battery Management System), c'est à dire un dispositif électronique qui va gérer les différentes cellules de la batterie. En effet, sur une batterie de 12V (14,4V en réalité), les 4 cellules de 3,6V doivent avoir la même charge. Le BMS s'occupe ainsi d'équilibrer la charge de chaque cellule. Ce système peut être intégré à la batterie ou externalisé selon les modèles.

Comme pour les batteries au plomb, les batteries au Lithium se déclinent en plusieurs sous familles, même si deux d'entres elles sont le plus courrament utilisées:

Lithium-Nickel-Manganèse-Cobalt (NMC)

Batterie que nous connaissons sur la Zoé et la plupart des véhicules électriques ou encore dans nos appareils électroniques, la NMC est composée de Lithium, Nickel, Manganèse et Cobalt sur le côté de la cathode. Moins chère à produire que les autres batteries Lithium malgré un surplus de terres rares, elle propose également une meilleure capacité de charge, ce qui permet à la fois d'alléger la batterie et la rendre plus fine. En revanche, son cycle de vie est bien moindre, autour de 800 cycles pour une décharge à 80%. Mais comme pour les autres types de batteries, moins on puise dedans, plus le nombre de cycles potentiel augmente.

Lithium-Fer-Phosphate (LFP)

Technologie la plus coûteuse, ce type de batterie présente la meilleure durée de vie (4 500 cycles pour une décharge à 80%) ce qui en fait la batterie la plus durable, et de très loin. En terme de sécurité, elle ne prend pas feu à l'air libre comme la technologie NMC.
Malheureusement, elle est sujette aux températures: la décharge n'est plus possible sous les -20° tandis que la charge doit être stoppée entre 0 et 5°, ce qui rend compliqué son utilisation sur un véhicule électrique (même si des solutions existent pour réchauffer et refroidir) d'autant plus qu'elle se révèle plus lourde et plus massive qu'une batterie au Lithium-Cobalt. En effet, la densité énergétiques d'une telle batterie est plus faible qu'une NMC c'est à dire qu'à capacité égale, une batterie LFP sera plus lourde et plus imposante qu'une batterie NMC. Cela explique notamment le fait qu'on ne la retrouve que très peu dans les véhicules électriques pour lesquels, les constructeurs cherchent à l'intégrer au plancher.

En revanche, pour une utilisation en Van, ces défauts peuvent facilement être contournés: la densité, comparée à une batterie au plomb reste incomparable, et la question de la température, à moins de vivre en Laponie peut facilement être contournée (par exemple, en puisant dans la batterie pour la réchauffer avant de la recharger).

Malgré toutes ses qualités, la batterie Lithium a cependant un gros inconvénient: LE PRIX. Ainsi, une batterie Lithium de 100 Ah sera affichée autour de 1 000 € !

En synthèse:

* Pour une décharge à 50%
** Pour une décharge à 80%

Comment choisir sa batterie ?

Au final, comment choisir sa batterie ? En premier lieu, il est nécessaire de connaitre ses besoins en énergie. Une fois le calcul effectué, vous connaitrez la la capacité à choisir. N'oubliez pas, pour une batterie au Plomb, il est recommandé de n'utiliser que 50% de sa capacité. Ainsi si vos besoins sont de 100 Ah, vous allez vous orientez sur une batterie Plomb de 200 Ah ou de 120 Ah au Lithium.

Se posera ensuite la question de la technologie. Pour une utilisation occasionnelle lors des beaux jours, une batterie Plomb semble suffisante. Attention cependant car cela implique aussi qu'elle devra être changée tous les 4 à 5 ans. Pour une utilisation plus intensive, ou si votre budget le permet, une batterie Lithium reste la solution la plus efficace.