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Publié : 22 octobre 2016

Réalisez un désulfateur de batterie au plomb

Le désulfateur permet d’améliorer l’état d’une batterie au plomb. Je montre ici une réalisation avec des modules bon marché qu’il suffit de connecter entre eux.

Réalisez un désulfateur de batteries
La batterie au plomb serait un bon système pour stocker l’énergie : puissant et assez bon marché, si elle n’avait un problème sérieux : sa durée de vie. En effet on lui attribue une durée de vie de 3 à 5 ans ce qui reste insuffisant si on veut stocker de l’électricité à un prix raisonnable. Dans une installation solaire le prix du stockage de l’électricité se trouve facilement supérieur au prix de la production (panneaux solaires.)
La batterie au plomb des véhicules a le même problème de durée de vie et là aussi, le désulfateur permet de prolonger la vie de certaines de ces batteries devenues trop faibles. Reste à continuer les tests pour avoir plus de recul et vérifier si l’efficacité se confirme à moyen terme.

Desulfateur_Batterie_Plomb_Desulfator

Le désulfateur de batteries est un appareil en principe capable de restituer à une batterie au plomb une partie de sa capacité perdue par suite du vieillissement, et des cycles de charge-décharge.
Son efficacité est incontestable, elle est confirmée par de nombreux tests approfondis et des dépôts de brevets (plus d’une soixantaine !)
Malheureusement la rançon du succès est qu’on voit vendre ou présenter sur internet de nombreux montages assez peu efficaces.
C’est pourquoi je présente ici ma propre expérience et des synthèses de contributions sur internet. La technique peut encore progresser, ceux qui ont déjà expérimenté sur ce sujet peuvent me contacter pour compléter les informations que je donne ici.

Le montage
Il n’y a rien à bricoler soi-même, tous les éléments se trouvent dans le commerce et pour un prix de revient très abordable, de l’ordre d’une vingtaine d’Euros.
Le matériel pour une batterie 12 volts
Une alimentation 220/ 24 volts au moins 5 ampères
Un circuit à découpage (appelé aussi PWM, ou modulation de largeur d’impulsion) de 10 à 20 ampères avec réglage de la largeur d’impulsion par potentiomètre) on en trouve sur Ebay par exemple.
Bien sûr les prises et fils : depuis le secteur vers l’alim, de l’alim au PWM, du PWM vers 2 pinces pour se brancher sur les cosses de la batterie.
Très recommandé pour le bon fonctionnement et le contrôle
Un condensateur 10000 microfarads 35 volts en sortie de l’alim 24 volts
Un ampèremètre 5 ampères ou 10 ampères
Un voltmètre 15 volts ou 30 volts.
Réglage très important
Le potentiomètre du circuit à découpage ne doit pas dépasser le 1/5e de sa course pour avoir des impulsions courtes.

Les limites du désulfateur
Ne pas se faire d’illusion néanmoins, même avec un bon appareil la désulfatation d’une batterie peut prendre jusqu’à 3 semaines. D’autre part le désulfateur ne va probablement pas améliorer une batterie trop ancienne ou en mauvais état, qui ne permet plus au démarreur de tourner, parce qu’à ce niveau les plaques risquent de s ’être effritées. Le désulfateur combat seulement les effets de la perte de conduction. Sur des batteries en état moyen j’ai constaté des effets réels.

Comment contrôler les résultats de la désulfatation ?
Deux types de contrôle simple sont possibles :

- la mesure de la densité de chaque élément avec un pèse-acide

- la mesure de la résistance interne en branchant quelques secondes un testeur spécial ; Voltmètre + résistance de puissance ou dispositif à forte consommation, par exemple plusieurs ampoules de phare en parallèle.

Les causes de la sulfatation des batteries et le décalage des tensions des éléments
Le problème de la sulfatation est encore augmenté par le fait que les batteries 12 volts sont constituées de 6 éléments en série sans contrôle individuel de charge, du coup le chargeur (solaire ou dynamo, etc) contrôle le total des tensions mais pas la tension de chaque élément. Il en résulte qu’au fil du temps la charge des éléments se décale en on en finit par avoir un ou plusieurs éléments moins chargés pour lesquels le sulfatage va s’accélérer, ensuite ils vont devenir peu à peu isolants et bloquer les autres éléments qui sont la plupart du temps encore en bon état.
J’estime que ce processus réduit la durée de vie des batteries d’environ 30 pour cent. Il est d’autant plus important que le nombre de cellules en série est important. Il était peu marqué sur les anciennes batteries de voiture (je me rappelle les anciennes voitures qui fonctionnaient en 6 volts) et il est encore plus marqué sur les batteries 24 volts ou 2 fois 12 volts en série si les 2 tensions des batteries ne sont pas contrôlées à part.
Pour renverser le processus de sulfatation des éléments en danger il faudrait pouvoir faire une charge à un potentiel de 15,6 volts, (soit 2,6 volts par élément) alors que la charge est stoppée à 14,4 volts. (Certains conseillent de monter jusqu’à 17 volts mais c’est dangereux surtout si la charge est mal contrôlée)
La charge telle qu’elle se fait sur les régulateurs solaires ou dans les voitures ne se poursuit pas au-delà de 14,4 volts pour des raisons de sécurité, en effet dans le cas d’une charge à courant constant, c’est le seuil à partir duquel il se produit un dégagement de gaz, qui est dangereux et entraîne un dessèchement de l’électrolyte.
Or un brevet montre qu’il existe un moyen de réaliser cette charge d’égalisation pratiquement sans dégagement gazeux, c’est par une charge séquentielle. D’ailleurs c’est plus ou moins ce que faisaient les anciens régulateurs de charge avec un simple relais qui coupait la charge lorsque la tension était atteinte. Et c’est ce qu’on retrouve ici avec le désulfateur mais dans une version électronique. D’après ce brevet la charge séquentielle devrait s’accompagner d’une légère décharge au 1/5e du courant de charge mais l’expérimentation a été faite sur des fréquences assez basses et n’a pas été tentée pour des fréquences élevées.

Le désulfateur et son principe de fonctionnement
Les modèles de désulfateur de batteries sont très nombreux, il suffit de lancer une recherche pour trouver beaucoup de plans.
Le plus classique fait appel à un oscillateur à NE555 suivi par un transistor Mosfet qui envoie des impulsions dans la batterie, voir ici :
http://www.thierry-lequeu.fr/data/SHEET595.HTM
Le procédé de fonctionnement : Les impulsions à haut courant produites par la self et le transistor ont pour effet de casser graduellement les cristaux de sulfate qui se sont collés aux plaques.
Le problème de ce schéma est qu’il est alimenté par la batterie elle-même. Si on veut rénover une batterie à bout se souffle, le courant tiré sur la batterie va finir de la décharger et on obtiendra l’effet inverse.
Il faudrait utiliser avec ce montage une petite alimentation en 14,4 volts branchée sur la batterie par l’intermédiaire d’une résistance afin de la maintenir correctement chargée.
Ce type de schéma a un autre inconvénient : Pour avoir des impulsions de forte intensité il faut une source de courant fiable.
Le condensateur de découplage, ici 100 microfarads, est trop faible pour assurer des courants importants. D’autre part il est nécessaire d’avoir une inductance avec une très bonne conductivité, de même pour le transistor et le câblage. Tout cela est faisable, mais nécessite une très bonne expérience de l’électronique, à défaut on risque des résultats décevants.
Voir ici quelques autres données sur les désulfateurs :
http://chemelec.com/Projects/Bat-Desulfator/2012-Desulfator.htm

Un désulfateur alimenté par une source extérieure et avec une interface entre oscillateur et transistor qui améliore la qualité des pics de tension :
http://www.barkeraircraft.com/files/Pulse3_web_layout_.pdf
Un désulfateur bien étudié au niveau du découplage :
http://mypower.cz/docs/desulfatace/desulfator/schema-e.png
Un désulfateur piloté par un circuit dédié de programmation d’impulsion
http://screwdecaf.cx/mini-d.html
Désulfateur avec régénérateur d’impulsion à transistor 2N2907 / ou circuit intégré TPS2812 ou CD 4049 ; On a intérêt en effet dans tous les cas à améliorer le courant de commande du transistor Mosfet pour s’assurer le plus fort pic d’intensité.
http://www.thompdale.com/battery_charger/desulfator/desulfator.htm
http://obrazki.elektroda.net/38_1276438816.jpg
http://visforvoltage.org/sites/default/files/manuals/leadacidbatterydesulfationpulsegener.pdf
http://a.moirier.free.fr/Electricit%E9/Batteries/A%20pulse%20desulfator.pdf

Un désulfateur à double bobine transformateur de tension, nécessiterait si possible l’ajout d’un condensateur de découplage entre + et moins :
http://deltajp.pagesperso-orange.fr/montages/desulfa.html
Une étude claire et bien illustrée sur l’origine chimique de la sulfatation
http://eddiet1716.myweb.hinet.net/english.htm
Une comparaison sur l’effet du désulfateur
http://www.impactbattery.com/blog/2013/02/battery-desulfators-do-they-work/

Mon montage de désulfateur

J’ai choisi pour mon montage de réaliser un plan à la fois simple et efficace connu sous le nom de « Jerry desulfator »
Au lieu de tenter de produire une pointe de tension et de courant on utilise tout simplement une alimentation qui donne une tension plus importante que le 14 volts : on conseille l’utilisation d’une tension de 30 volts. Ici j’ai utilisé une alimentation à découpage de 24 volts et 5 ampères. (prix de vente environ 12 Euros.)
Si on a déjà un chargeur de batterie 24 volts ou bien une alimentation 24 volts on peut s’en servir il suffira juste de rajouter le circuit à découpage.
Ensuite cette tension passe par un découpeur PWM , il est destiné à l’origine à servir de graduateur pour des moteurs à courant continu de 12 à 40 volts sous une intensité de 10 à 20 ampères. Il est vendu sous le nom de « PWM motor controller » à un prix de 5 à 10 Euros. (lancer une recherche sur Ebay ou bien un moteur de recherche)
Ici j’ai utilisé le modèle « 6-90V 15A DC Motor Speed Controller Pulse Width PWM » qui fonctionne à une fréquence de 15 Khz.
La fréquence : Il y a un débat sur la meilleure fréquence à employer, certains emploient une fréquence entre 1100 hz et 1350 hz, d’autres estiment qu’elle a tendance à casser les cristaux qui risquent de tomber au fond , alors que la méthode appelée « nanopulse » à une fréquence de 25 Khz semble meilleure car elle décomposerait mieux les cristaux sans altérer les électrodes.

La sécurité
Ce montage est expérimental, voici les conditions à respecter : Il est très puissant et s’il est mal utilisé il peut au contraire surcharger les batteries.
Une batterie doit être chargée dans un lieu aéré car la réaction est susceptible de créer des gaz.
Ne pas monter le potentiomètre de puissance à plus d’un cinquième de sa course pour garder des pics de charge relativement courts et correspondant à de fortes intensités. En tournant le potentiomètre vers la droite on irait vers une charge en continu, ce qui n’est pas le but recherché et entraînerait un dégagement gazeux au détriment de la durée des plaques.
Surveiller la tension et l’intensité, la tension ne doit pas monter au-delà de 15,6 volts et l’intensité au-delà de 2 ampères. Il faut mesurer avec de bons vieux appareils à aiguilles car les mesures électroniques seraient faussées par les pics d’intensité.

Une limitation de charge ?
On pourrait imaginer un système de sécurité et de limitation de charge automatique, ce serait une mesure de la tension de sortie qui commanderait à proximité de la tension maxi, une réduction du rapport de phase, autrement dit la réduction de la durée des pics.
Ce système est relativement facile à fabriquer, voir un exemple ci-dessous, on peut aussi faire une mesure par un circuit intégré, ou employer un circuit tout prêt vendu sous le nom de « Low power cutoff » dont on peut régler la tension de déclenchement. Il faut bien sûr une petite adaptation pour faire fonctionner le circuit en opposé pour qu’il réduise la sortie non pas en l’absence de tension mais en cas de dépassement de tension.
On pourrait très bien moyennant une adaptation, le faire fonctionner sur tous les véhicules et aussi sur les installations solaires, ce qui améliorait la durée de vie des batteries et éviterait tout entretien supplémentaire.
Précautions à prendre pour avoir des pics d’intensité importants
- l’ampèremètre doit être à la sortie de l’alimentation avant le condensateur de découplage pour éviter que sa résistance soit sur le chemin du courant.

- il faudrait que les fils qui vont vers la batterie soient assez courts et le plus gros possible. En ayant des fils courts on limitera aussi les parasites produits par la commutation. l’idéal serait de monter la batterie et l’alim dans une cage de Faraday reliée à la terre.

Peut on désulfater les batteries par des traitements mécaniques, nettoyage et rinçage, ou chimiques ?
Je voudrais parler ici des autre méthodes pour régénérer les batteries car effectivement on peut se demander s’il est indispensable d’utiliser un désulfateur électronique dans la mesure où d’autres procédés sont présentés.
On trouve beaucoup de films sur internet qui montrent des essais pour désulfater des batteries avec des produits à rajouter dans l’électrolyte.
La plupart de ces produits ont pour effet de dissoudre les cristaux de sulfate qui se sont déposés sur les plaques.
Mais si on enlève ces cristaux la batterie va perdre la plus grande partie de sa capacité car ces cristaux ont pour mission de se recombiner avec l’électrolyte au moment de la charge. C’est donc un traitement qui peut améliorer un peu pour le court terme mais à mon avis il ne serait pas efficace à long terme ou alors au prix d’une réduction de capacité.
Je pense que c’est valable pour toutes les solutions comme le bicarbonate, vinaigre, « sels d’epsom », et même l’EDTA, qui sans dissoudre le sulfatage, le rend inactif, ce qui le rend indisponible pour les recharges.
Le seul additif valable d’après ce que j’ai lu, serait l’oxyde de cadmium, qui permet d’améliorer la conduction. Malheureusement il est difficile à trouver et cher, il est utilisé surtout comme colorant pour la céramique.
Je donne la dose que j’ai trouvé à tout hasard pour ceux qui auraient la disponibilité du produit : Une cuillère à café par cellule dans le cas d’une capacité de 60 AH. Pour les autres calculer au prorata. (il a 6 cellules dans une batterie de 12 volts donc la dose sera de 6 cuillères à café pour une batterie de 60 AH.) J’ai tiré ces d’informations du forum suivant :
http://batteryuniversity.com/learn/article/sulfation_and_how_to_prevent_it
L’oxyde de cadmium n’est pas suffisant à lui seul, il faut l’accompagner d’une charge pulsée comme on l’a vu précédemment.

Les méthodes de nettoyage des plaques :
Le vidage de l’électrolyte, nettoyage et remplissage par de l’électrolyte neuf :
Lorsqu’une batterie ne démarre plus on a en général un ou 2 éléments qui sont en mauvais état et déchargés. L’électrolyte dans ces éléments est peu dense, pour simplifier on dira qu’il se rapproche davantage de l’eau puisque une grande partie des sulfates sont déposés.
Je pense qu’avant de faire cela il faudrait essayer de mettre la batterie en charge lente pendant une longue durée ou mieux de lui brancher le désulfateur électronique pour essayer d’égaliser les charges des éléments. Sinon les concentrations en électrolytes risquent d’être déséquilibrées quand on recharge, et les éléments mal chargés au départ vont rajouter de la concentration dans un électrolyte qui était déjà concentré au maximum. Or si on dépasse la concentration normale du sulfate de plomb on a une usure prématurée. Ou alors autre solution serait de mesurer la concentration de chaque électrolyte et remplacer après nettoyage par un électrolyte de même concentration. Mais on a tout intérêt pour simplifier à commencer par la charge.br /

Tests et résultats du désulfateur

J’ai branché au désulfateur une batterie de traction au plomb de 100 AH. Elle était très déchargée depuis longtemps, à la mesure au pèse-acide tous les éléments étaient complètement dans le rouge.
Il a fallu une semaine de branchement à une intensité moyenne de 5A (contrôlée à l’ampèremètre) pour que tous les éléments reviennent dans le vert, c’est à dire arriver à une charge complète. En fin de charge, lorsque le pèse acide est en fin de zone blanche je baisse l’intensité à 2 ampères. Ensuite la batterie parait avoir retrouvé sa capacité.

PeseAcide

Comment contrôler si on arrive en fin de charge ?

- Soit lorsque tous les éléments sont dans le vert comme on le voit avec le test au pèse acide.

- Si ce n’est pas possible, par un test au voltmètre, mais on est moins précis.
Je pense qu’une batterie de véhicule (supérieure à 40 ampères heure) doit pouvoir alimenter 2 ampoules de phares 50 watts, autrement dit doit pouvoir débiter 10 ampères, pendant 15 minutes, sans descendre en-dessous de 12 volts. J’ai constaté que ce test donne une assez bonne idée de la qualité d’une batterie.
A noter qu’avec une charge par impulsions à 5 ampères comme je la réalise, une batterie en mauvais état peut avoir besoin de se charger jusqu’à une semaine là où une batterie correcte aurait besoin de moins d’une journée !

Vient ensuite une deuxième partie destinée à casser les dendrites de sulfates qui ont pu se maintenir :
On va réaliser une décharge par impulsions. Pour cela on va utiliser le même type de PWM mais avec quelques aménagements : il ne faut plus de condensateur à l’entrée sinon il va lisser la décharge or ici on veut obtenir des pointes de décharge aux environs de 60 ampères.
Voici le montage que nous avons utilisé et qui est vendu tout prêt comme variateur pour moteur. Comme charge nous avons pris une ampoule de phare dont nous avons connecté ensemble les 2 filaments pour diminuer sa résistance. Il faut tourner le bouton du PWM juste au début de la course pour que l’ampoule s’éclaire à peine. En effet on veut se servir de la résistance à froid du filament qui est environ dix fois plus faible que la valeur à chaud pour avoir les meilleurs pointes d’intensité.
La mesure de consommation moyenne de ce montage est de 0,5 ampères, on peut le laisser sans problèmes pendant quelques jours.
Pour finir de rétablir le fonctionnement de la batterie j’ai vu qu’il fallait descende la décharge à 11 volts à condition que tous les éléments se déchargent à la même vitesse ( à contrôler au pèse acide) sinon l’un d’eux risquerait de passer près de zéro ou en négatif ce qui pourrait lui être fatal. Eventuellement rajouter un dispositif "low power cutoff" tel qu’on l’a dans les contrôleurs de charge pour panneau solaire, pour stopper la décharge le moment venu.
J’ai constaté que la batterie, une fois déchargée, se charge tout à fait normalement sur un chargeur classique et semble avoir récupéré toutes ses fonctions. Je ne sais pas si elle va les garder à l’usage. En effet comme certains éléments ont plus souffert que d’autres on peut se demander si l’écart ne risque pas de se creuser à nouveau entre les éléments.
Je pense que pour une telle batterie il serait judicieux d’appliquer beaucoup plus souvent une charge d’égalisation pour s’assurer que tous les éléments reviennent bien au même niveau de charge.

Dechargeur_Batterie_Decoupage_NE555

Le montage déchargeur.

On a noté 2 types de transistor différents car ils peuvent varier selon les fournisseurs. Ce montage est donné pour 10 ampères maxi mais il a supporté sans problème des pointes de plusieurs dizaines d’ampères car le Mosfet supporte 98 Ampères. On voit bien sur le schéma que la diode d’entrée est une simple protection et qu’elle risque de ralentir les impulsions voire de claquer sur de fortes intensités car c’est seulement une 20 Ampères. J’indique les composants qui définissent la fréquence au cas où on voudrait la modifier.

Conclusions

Résultats de l’expérience sur plusieurs batteries

En général les améliorations des batteries sont vraiment nettes, sauf quelques cas irrécupérables. Mais il ne faut pas hésiter à charger tant que tous les éléments ne sont pas complètement "dans le vert" (en suivant toutes les règles : surveiller l’échauffement, l’intensité de charge, l’élimination de gaz...)
Si on ne charge pas entièrement une batterie sulfatée, la tension s’écroule dans les premières minutes de fonctionnement.
Une fois remises en état, il faudrait pouvoir remettre les batteries en utilisation assez longtemps pour voir si elles ont été récupérées durablement.

Ce montage reste expérimental, pour améliorer le processus on pourrait faire se succéder les impulsions de charge-décharge mais il faudrait un contrôle commun pour éviter qu’elles se télescopent, encore une fois c’est relativement facile à réaliser aussi. Pour une batterie de 50 ampères heures par exemple, les courant seront à diviser par deux car la charge crée des émissions de gaz et un échauffement qui sont préjudiciables à l’état de la batterie.

Jean-Louis Ramel

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