Avant-propos
« Ma maison était initialement équipée d'une batterie de 10 kWh, et je souhaite maintenant en ajouter une autre de 10 kWh. Peut-on les connecter directement en parallèle ? »
C’est un problème courant pour de nombreux utilisateurs d’énergie solaire. Face à l’augmentation de la consommation d’électricité ou à la nécessité de recharger des véhicules électriques, de nombreux foyers souhaitent accroître la capacité de leurs batteries de stockage d’énergie. Mais les batteries neuves et anciennes sont-elles interchangeables ? Quelles sont les conséquences d’un branchement en parallèle ? Quelles précautions faut-il prendre lors de l’augmentation de la capacité ? Il est impossible de répondre à ces questions en se contentant de faire une recherche sur Internet.
Mélanger des batteries neuves et usagées ne se résume pas à savoir si c'est possible, mais implique de multiples considérations techniques telles que le type de batterie, sa capacité, sa marque, son niveau de dégradation et l'homogénéité de sa résistance interne. Une manipulation incorrecte peut affecter l'efficacité du système et même provoquer des accidents. Cet article explique clairement les précautions à prendre pour l'extension en parallèle des systèmes de stockage d'énergie, en vous indiquant les points à surveiller et les erreurs à éviter avant d'augmenter la capacité.
Pourquoi ne peut-on pas mélanger à volonté les piles neuves et usagées ?
Pour comprendre pourquoi on ne peut pas mélanger à volonté des batteries neuves et usagées, il faut d'abord comprendre le principe de base du branchement en parallèle des batteries.
Le principe du branchement en parallèle de batteries est de permettre à plusieurs batteries de se partager la charge. Idéalement, le courant fourni par chaque batterie est réparti proportionnellement à sa capacité. Par exemple, si deux batteries de 10 kWh sont branchées en parallèle, pour une charge de 20 kWh, chaque batterie fournira 10 kWh. Toutefois, cette répartition proportionnelle repose sur l'hypothèse que les caractéristiques des deux batteries sont parfaitement identiques.
En réalité, les paramètres des batteries neuves et usagées ne peuvent être exactement identiques. Les deux différences les plus importantes résident dans la résistance interne et le degré de dégradation.
Commençons par la résistance interne. Lors de la charge et de la décharge, le courant rencontre une résistance en circulant à l'intérieur de la batterie ; c'est ce qu'on appelle la résistance interne. Plus la résistance interne est élevée, plus la chute de tension lors de la décharge est importante et plus le rendement est faible. Les batteries neuves ont généralement une résistance interne faible et uniforme ; les batteries plus anciennes, du fait d'une utilisation prolongée, subissent une diminution de leur activité chimique interne, un épaississement du film SEI et une augmentation de la résistance de contact, ce qui entraîne une augmentation significative de la résistance interne. Si des batteries neuves et anciennes présentant des résistances internes très différentes sont connectées en parallèle, la distribution du courant sera très inégale : la batterie neuve, avec sa plus faible résistance interne, transportera davantage de courant, tandis que la batterie ancienne, avec sa plus forte résistance interne, ne fonctionnera qu'à moitié. Il en résulte un vieillissement accéléré de la batterie neuve et une diminution du rendement du système.
Parlons du degré de dégradation. Les différents degrés de dégradation entre les batteries neuves et usées impliquent des différences de capacité utile. Deux batteries, toutes deux nominalement de 10 kWh, peuvent avoir une capacité utile réelle de 9,5 kWh pour la batterie neuve et seulement 9 kWh pour la batterie usée, avec une dégradation de 5 %. Si ces deux batteries sont connectées en parallèle, le système les gérera en fonction de la capacité maximale de la batterie la plus ancienne ; la batterie neuve ne pourra pas se décharger efficacement. De plus, le BMS (système de gestion de batterie) définit généralement la tension de coupure de charge/décharge en fonction de la capacité totale moyenne, ce qui pourrait endommager la batterie neuve, l'empêchant de se charger ou de se décharger complètement.
Un autre problème souvent négligé est que les systèmes de gestion de batterie (BMS) de différentes marques peuvent utiliser des protocoles et des stratégies de gestion différents. Lorsqu'ils sont connectés en parallèle, les deux systèmes BMS doivent communiquer et se coordonner. En cas d'incompatibilité des protocoles, une situation de conflit peut survenir, entraînant une mise hors tension de protection du système, voire des risques de surcharge ou de décharge excessive.
En résumé, les principaux risques liés au mélange de batteries neuves et usagées sont les suivants : une répartition inégale du courant due à une différence de résistance interne, une gestion complexe liée à l’incompatibilité des protocoles de gestion de batterie (BMS), et une perte de capacité et une dégradation de l’efficacité du système dues aux différences de dégradation. Chacun de ces trois problèmes est important.
II. La bonne façon de développer les systèmes de stockage d'énergie
Si l'on dit qu'il ne faut pas mélanger les batteries neuves et usagées, quelle est la bonne façon d'augmenter la capacité d'une batterie ?
Première méthode : ajouter des piles neuves du même modèle et du même lot.
Voici le scénario idéal. Si vous pouvez acheter des batteries du même modèle et du même lot que vos batteries actuelles, avec une résistance interne et une dégradation sensiblement identiques, le branchement en parallèle engendrera beaucoup moins de problèmes. Cependant, en pratique, certains produits du même lot peuvent être obsolètes ou difficiles à obtenir en raison de la rareté des points de vente. Si vous parvenez à vous en procurer, cette méthode reste la plus recommandée pour augmenter la capacité de votre système.
Deuxième approche : laisser l’ancien BMS gérer les nouvelles batteries de manière uniforme.
Certaines marques de batteries prennent en charge un mode « maître-esclave », où le BMS existant fait office de maître et la nouvelle batterie ajoutée d'esclave. Les informations provenant des batteries esclaves sont transmises au BMS maître pour gestion. Cette méthode exige que le BMS existant prenne en charge ce mode d'extension et que la nouvelle batterie soit de la même marque et du même modèle que la batterie d'origine ; dans le cas contraire, le protocole sera incompatible. L'opération consiste d'abord à charger complètement la nouvelle batterie séparément, afin de permettre au BMS d'identifier et de calibrer ses paramètres de capacité, puis à les connecter en parallèle.
Troisième approche : ajouter un système de stockage d’énergie séparé.
Il s'agit de la solution la plus sûre, mais aussi la plus coûteuse. Un système de batterie et d'onduleur distinct est ajouté au système de stockage d'énergie existant, chaque système étant géré et mesuré séparément. L'avantage de cette solution réside dans l'absence de problème d'incompatibilité entre les anciennes et les nouvelles batteries, et dans le fait que les deux systèmes n'interfèrent pas l'un avec l'autre. Les inconvénients sont un coût plus élevé et la nécessité de vérifier si l'onduleur dispose d'interfaces de batterie libres.
Quatrième méthode : remplacer toutes les piles
Si votre batterie est très dégradée (par exemple, après plus de 8 ans d'utilisation et une dégradation supérieure à 30 %), il est préférable de la remplacer complètement plutôt que de la réparer. Retirez l'ancienne batterie et vendez-la (certains recycleurs la rachètent), puis installez la nouvelle. Votre système aura ainsi retrouvé une seconde jeunesse. Cette solution représente un investissement initial plus important, mais elle est plus fiable à long terme.
III. Étapes spécifiques pour l'expansion parallèle des systèmes de stockage d'énergie
Si vous décidez d'ajouter des batteries à votre système de stockage d'énergie existant, quelle que soit la méthode, les étapes suivantes sont essentielles à prendre en compte.
La première étape consiste à vérifier si l'onduleur et le système de gestion de batterie (BMS) permettent l'extension de capacité. Tous les systèmes de stockage d'énergie ne sont pas extensibles. Certains onduleurs ou BMS de marques moins connues ne prennent en charge que des batteries de capacités spécifiques et ne permettent pas d'extension ; forcer l'extension peut entraîner une incompatibilité du système. Consultez les paramètres « capacité maximale de la batterie » et « nombre maximal de connexions en parallèle » dans le manuel de l'onduleur, ou contactez directement le fabricant.
La deuxième étape consiste à activer et tester la nouvelle batterie séparément. Après réception de la nouvelle batterie, ne la connectez pas directement au système existant. Commencez par la charger complètement à l'aide d'un chargeur dédié (ou laissez l'onduleur la reconnaître séparément), et observez toute anomalie pendant la charge : vérifiez que la tension est normale, que le courant de charge est stable et que la température de la batterie est normale. En cas d'anomalie, arrêtez immédiatement la charge et contactez le fournisseur.
La troisième étape consiste à couper l'alimentation pour des raisons de sécurité. Toute opération impliquant des connexions à la batterie doit être effectuée hors tension. Éteignez l'onduleur, débranchez l'interrupteur de la batterie et utilisez un multimètre pour vérifier l'absence de tension résiduelle. Le courant continu ne possède pas de neutre ; la seule mesure de sécurité consiste à s'assurer que l'alimentation est bien coupée.
Quatrièmement, connectez correctement les lignes de communication et d'alimentation. La ligne de communication (CAN ou RS485) des batteries connectées en parallèle doit être branchée en premier afin que le BMS puisse reconnaître la nouvelle batterie avant la mise sous tension. Les points de connexion parallèle des lignes d'alimentation (bornes positive et négative) doivent être au même endroit pour garantir un bon contact et éviter que des connexions desserrées ne provoquent une surchauffe et un incendie.
Étape 5 : Débogage et surveillance. Une fois le raccordement en parallèle effectué, laissez le système fonctionner pendant quelques jours et surveillez en continu plusieurs indicateurs clés : l’équilibre des courants de charge et de décharge de la nouvelle batterie, la cohérence des niveaux de charge (SOC) des anciennes et nouvelles batteries, et la présence d’alarmes anormales. Une répartition anormale du courant (par exemple, une décharge de 20 A pour la nouvelle batterie et de seulement 5 A pour l’ancienne) indique un problème important de résistance interne, qui doit être résolu rapidement.
IV. Problèmes courants et solutions lors de l'expansion des capacités
En pratique, le branchement en parallèle de batteries neuves et usagées peut engendrer divers problèmes. Voici quelques-uns des plus courants et leurs solutions.
Question 1 : La nouvelle batterie surchauffe considérablement après avoir été branchée en parallèle. Cette surchauffe indique que la batterie consomme un courant excessif, probablement dû à une répartition inégale du courant causée par des différences de résistance interne. La solution consiste à réduire la charge ou à déconnecter temporairement la nouvelle batterie du système pour l’inspecter séparément. Si la nouvelle batterie surchauffe toujours considérablement lorsqu’elle fonctionne seule, elle présente peut-être un défaut de fabrication et il convient de contacter le fournisseur pour la faire remplacer.
Question 2 : Alarme système « Incompatibilité de batterie ». Il s’agit d’une alarme de protection déclenchée par le BMS qui détecte une différence significative de paramètres entre l’ancienne et la nouvelle batterie. Pour résoudre ce problème, accédez au menu des paramètres du BMS et vérifiez si l’option « Détection de compatibilité de la batterie » (proposée par certaines marques) est disponible. Si ce n’est pas le cas, essayez de mettre à jour le micrologiciel du BMS vers la dernière version. Si le problème persiste, vous devrez peut-être remplacer l’ancienne batterie ou utiliser une solution système distincte.
Question 3 : La nouvelle batterie ne peut être ni chargée ni déchargée complètement. En effet, le BMS a configuré les seuils de charge/décharge en fonction de la capacité maximale de l’ancienne batterie. Pour résoudre ce problème, il faut demander au BMS de recalibrer la capacité de la batterie : en effectuant un cycle complet de charge/décharge, le BMS pourra identifier à nouveau la capacité réelle de la nouvelle batterie. Certains BMS permettent de paramétrer manuellement la capacité de chaque batterie ; vous pouvez ainsi saisir manuellement la capacité nominale de la nouvelle batterie.
Question 4 : L’efficacité du système chute significativement après un branchement en parallèle. Si l’efficacité globale du système est inférieure à ce qu’elle était après le branchement en parallèle, cela indique que la différence de résistance interne entre l’ancienne et la nouvelle batterie a affecté les performances du système. Dans ce cas, il peut être nécessaire de configurer la nouvelle batterie en mode « charge uniquement », c’est-à-dire qu’elle ne reçoit que l’énergie excédentaire et ne participe pas à la décharge. Bien que ce mode ne soit pas la solution optimale, il permet d’éviter que la nouvelle batterie ne soit pénalisée par l’ancienne.
Conclusion
La question de savoir si l'on peut mélanger des piles neuves et usagées n'est pas un simple « oui » ou « non », mais plutôt « généralement déconseillé sauf en cas d'absolue nécessité ».
Si votre système de stockage d'énergie nécessite une extension, la meilleure solution consiste à ajouter des batteries du même modèle et du même lot, permettant ainsi au système de gestion de batteries (BMS) de les gérer de manière uniforme. Si le même modèle est introuvable, la meilleure alternative est d'ajouter un système de stockage d'énergie distinct. L'approche la moins recommandée est de mélanger sans discernement d'anciennes batteries de marques, spécifications et niveaux de dégradation différents : réaliser de légères économies sur les coûts d'extension peut se faire au détriment de l'efficacité du système, de la durée de vie des batteries et même de la sécurité.
Lorsqu'il s'agit d'étendre les systèmes de stockage d'énergie, la prudence est toujours de mise. En effet, la batterie est l'élément central d'un système de stockage d'énergie ; si cet élément central dysfonctionne, la valeur de l'ensemble du système s'en trouve diminuée.
Nous espérons que cet article vous aidera à déterminer les étapes à suivre avant de mettre à niveau votre onduleur ou la capacité de votre batterie. Si vous avez encore des questions spécifiques, la solution la plus sûre est de consulter le fabricant de votre onduleur ou de votre batterie, car il connaît parfaitement la compatibilité et les solutions de mise à niveau de ses produits.
Veuillez contacter Simon immédiatement pour discuter de votre projet :
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