Batteries et systèmes à courant continu
L’essai de capacité en charge décharge un banc de batteries dans des conditions contrôlées et mesure l’énergie qu’il peut réellement fournir par rapport à sa capacité nominale. C’est le seul essai qui démontre directement la capacité; on l’utilise à la réception, à intervalles en service et lorsque la batterie approche de la fin de sa vie.
Un essai de capacité en charge d’une batterie, aussi appelé essai de décharge, raccorde un banc de batteries à une charge contrôlée et en soutire de l’énergie à un rythme constant, pendant que l’on surveille la tension aux bornes de la chaîne et souvent de chaque élément. L’essai se poursuit jusqu’à ce que la chaîne atteigne sa tension finale spécifiée ou que la durée prévue soit écoulée, et le résultat est exprimé comme la capacité fournie par la batterie comparée à sa capacité nominale. Il en existe plusieurs variantes. L’essai de réception, réalisé sur une installation neuve, démontre que la batterie respecte sa capacité nominale. L’essai de performance, répété selon un calendrier ou lorsque la batterie vieillit, suit la capacité par rapport à la valeur d’origine. L’essai de service applique le cycle de service réel que la batterie doit fournir aux charges raccordées, afin de démontrer qu’elle peut soutenir ce service. L’essai s’applique aux batteries au plomb ouvertes, au plomb régulées par soupape et au nickel-cadmium ouvertes dans les applications de postes, de sous-stations, de centrales et de commande, et des essais de décharge semblables sont utilisés sur les systèmes de stockage d’énergie par batteries. La réalisation de l’essai et la variante retenue sont déterminées par le devis du projet et la norme sur les batteries applicable.
Une batterie peut sembler parfaite à toutes les autres mesures et pourtant être incapable de fournir son énergie au moment voulu. La tension de floating, la densité de l’électrolyte, les lectures ohmiques et l’inspection visuelle sont des indicateurs utiles, mais seul un essai de décharge montre directement la capacité. Cela compte, car la batterie existe pour les moments où tout le reste a failli : elle doit alimenter la commande des disjoncteurs, les relais de protection, l’éclairage de secours, les communications et les charges critiques pendant une panne. La sulfatation des plaques, la corrosion des grilles, la perte de matière active, l’assèchement, les courts-circuits internes et les éléments défaillants réduisent la capacité, souvent sans avertissement évident. Un banc dont la capacité est insuffisante peut laisser un poste sans protection au pire moment. La capacité diminue avec le vieillissement; les essais de décharge périodiques permettent donc de planifier le remplacement avant que la capacité ne tombe sous ce qu’exigent les charges, ce qui coûte beaucoup moins cher qu’un remplacement d’urgence ou un schéma de protection défaillant. À la réception, l’essai démontre que ce qui a été livré et installé correspond à ce qui a été acheté, alors que les éléments sont encore sous garantie.
Une batterie emmagasine l’énergie sous forme chimique, et sa capacité est la quantité de charge qu’elle peut fournir à un régime de décharge, à une température et à une tension finale spécifiés. La capacité dépend fortement du régime de décharge : une batterie déchargée rapidement fournit moins que la même batterie déchargée lentement, ce qui explique que les capacités nominales soient indiquées pour une durée donnée. Elle dépend aussi de la température, car le froid ralentit les réactions chimiques et réduit la capacité fournie; les résultats sont donc corrigés à une température de référence. Pendant la décharge, la tension de chaque élément baisse graduellement, puis chute plus vite à mesure que la matière active s’épuise. L’essai s’arrête lorsque les éléments les plus faibles atteignent la tension de fin de décharge définie pour le type d’élément, parce que poursuivre la décharge endommagerait la batterie et risquerait l’inversion de polarité d’un élément. Une batterie saine maintient une tension satisfaisante pendant toute la durée, alors qu’une batterie vieillie atteint plus tôt le point final. Le résultat de capacité est le temps jusqu’à la tension finale divisé par le temps nominal, ajusté selon la température, et il s’interprète comme une fraction de la capacité de plaque.
La batterie est chargée à fond et laissée au repos ou à l’égalisation pendant la période que précise le fabricant ou la norme, de sorte que l’essai parte d’un état connu. La charge est déconnectée du chargeur et de la batterie de la façon qu’exige la procédure; pour une batterie de poste, l’essai est souvent planifié pendant une fenêtre de panne ou avec une alimentation temporaire prévue pour les charges critiques. Avant l’essai, les connexions sont inspectées et la résistance des connexions entre éléments est prise en considération, car de mauvaises connexions causent de l’échauffement et faussent le résultat. Un banc de charge à courant réglable et mesuré est branché aux bornes de la chaîne. Le courant est fixé à la valeur dérivée de la capacité nominale ou du cycle de service et maintenu constant, ou appliqué selon le profil de l’essai de service. La tension de la chaîne, les tensions de chaque élément ou bloc et le courant sont consignés à des intervalles définis, avec des lectures plus fréquentes vers la fin de la décharge, de même que la température de l’électrolyte ou ambiante. L’essai est arrêté lorsque la tension finale est atteinte sur la chaîne ou sur un élément, selon ce que la procédure exige. La sécurité comprend la ventilation et les précautions relatives à l’hydrogène pour les éléments ouverts, l’équipement de protection contre l’électrolyte et les risques d’arc électrique, et un plan pour remettre rapidement la batterie en charge après la décharge.
Le relevé identifie la batterie, son type, sa capacité nominale et son âge, ainsi que le type d’essai réalisé. Il documente le courant de décharge, le temps jusqu’à la tension finale, les lectures de tension de la chaîne et des éléments ou blocs aux intervalles choisis, et la température au début et pendant l’essai. On y note le banc de charge et les instruments utilisés, l’état de charge et l’historique de charge avant l’essai ainsi que l’état des connexions tel que trouvé. La capacité calculée, corrigée selon la température et exprimée par rapport à la capacité nominale, est consignée avec les éléments ayant atteint la tension finale en premier, tout comportement anormal et la recharge effectuée par la suite.
Les résultats de capacité sont jugés par rapport à la capacité nominale de la batterie et aux critères de l’IEEE 450-2020 pour les batteries au plomb ouvertes, ainsi qu’aux pratiques recommandées correspondantes pour les batteries régulées par soupape et au nickel-cadmium. La capacité calculée, corrigée à la température de référence, est comparée au niveau de réception pour une batterie neuve et au seuil de remplacement pour une batterie en service, et la tendance des essais antérieurs est aussi significative que n’importe quel chiffre isolé. Un essai de service est jugé réussi ou non selon que la batterie soutient le service exigé sans que la tension ne tombe sous le minimum que les charges tolèrent. Les éléments individuels qui atteignent tôt la tension finale, ou dont la tension chute brusquement, révèlent des éléments faibles. Les niveaux exigés sont fixés par les documents cités et par le fabricant, et l’ANSI/NETA ATS-2025 et l’ANSI/NETA MTS-2023 demandent l’essai dans leurs sections sur les batteries; il convient donc de les consulter pour connaître les critères qui s’appliquent.
L’essai de capacité de réception est habituellement réalisé sur un banc neuf, souvent après son installation et sa charge et avant que l’on s’y fie, et il peut aussi être fait en usine. L’essai de performance en entretien est réalisé selon un calendrier qui se resserre à mesure que la batterie vieillit, et plus tôt si d’autres indicateurs se dégradent. L’essai de service est la preuve la plus directe de l’aptitude à la charge réelle. Les batteries au plomb ouvertes, régulées par soupape et au nickel-cadmium ont des tensions finales, des régimes et des pratiques recommandées différents; la procédure doit donc correspondre à la technologie. Les batteries régulées par soupape sont particulièrement sensibles au vieillissement et peuvent exiger des essais plus hâtifs et plus fréquents. Les systèmes de stockage d’énergie par batteries sont éprouvés par décharge au moyen de leur onduleur et de leur système de gestion de batterie, l’énergie disponible étant mesurée par rapport à la valeur nominale. L’essai est perturbateur; il est donc planifié avec l’exploitation et protégé contre les interruptions.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
La tension, la densité de l’électrolyte et les lectures ohmiques sont des indicateurs utiles, mais ils ne font qu’estimer l’état. L’essai de décharge est le seul moyen de mesurer l’énergie que la batterie peut réellement fournir, ce dont la charge a besoin pendant une panne.
L’essai de performance mesure la capacité par rapport à la capacité nominale avec une décharge constante. L’essai de service applique le cycle de service réel que la batterie doit fournir, afin de démontrer qu’elle peut soutenir cette charge précise. Chacun répond à une question différente.
Un essai bien mené, arrêté à la tension finale spécifiée et suivi d’une recharge rapide, est considéré comme sécuritaire et fait partie de l’entretien normal des batteries. Une décharge excessive ou un délai avant la recharge peut abîmer les éléments; il faut donc suivre la procédure.
L’intervalle provient de la norme sur les batteries, du fabricant et du programme du propriétaire, et il se raccourcit à mesure que la batterie vieillit ou si d’autres indicateurs se dégradent. Consultez l’ANSI/NETA MTS-2023 et la pratique applicable aux batteries pour le calendrier.
La capacité varie avec la température, car le froid réduit l’énergie qu’une batterie peut fournir. Consigner la température permet de corriger le résultat à une valeur de référence, de sorte que des essais pris dans des conditions différentes puissent être comparés équitablement.
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