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    Batterie Nickel-Cadmium STM5 de SAFT


    Batterie d'accumulateurs Nickel-Cadmium 132 volts - 100 Ah constituée de 22 blocs STM5-100MR 6V de chez SAFT(5 éléments 1.2V par bloc)

    283kg environ réparti dans deux bacs situés sous le véhicule sans aucune perte de place dans le volume intérieur du Kangoo

  • Refroidissement par air
  • 55 Wh/kg à C/3
  • 88 Wh/dm3 à C/3
  • 122 W/kg à 80% DOD
  • 203 W/l (puissance par litre typique)
  • 12,9 kg
  • dimension en mm 248x120x260
  • volume 7,74 dm3
  • 175 cm3 d'Electrolyte liquide d'hydroxyde de potassium KOH d'une solution aqueuse appelé "potasse", type E13 de densité 1,21kg/dm3 à 400 g/l
  • Résistance interne 2mOhm à 4mOhm
  • Matériau de base polypropylène
  • Ref saft : 151297, 200996

    Faire le plein d'eau de ces batteries

    C'est un inconvénient de cette technologie, il faut faire le plein d'eau déminéralisée tous les 4000 km environ.
    Une procédure très spéciale est à respecter impérativement pour le faire le plein-eau-batterie.

    Regagner la pleine capacité de la batterie

    L'effet de mémoire n'est pas un mythe, seulement il vient principalement du calculateur du Kangoo qui tient compte de l'usage de votre Kangoo sur les 3 derniers jours pour charger la batterie:
    • Plus vous sollicitez l'autonomie, mieux la batterie se charge et aura donc de l'autonomie.
    • A contrario, un usage réduit régulier réduira la charge donc la capacité.
    Il faut trois cycles complets pour restaurer à 100% la capacité de la batterie - Voir ce topic auto décharge.

    Autonomie

    A 100% de capacité de la batterie, l'autonomie atteinte varie en fonction des températures et chute l'hiver jusqu'à 30% environ et d'autant plus que la capacité est en deça de 100%:

    A 25°C: 100% d'autonomie, à 10°C: 94%, à 0°C: 82%, à -10°C: 76%

    Ils temoignent sur leur usage

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    Electrolyte

    Un densimètre ou pèse-saumure correct(1,10 à 1,30) permet de mesurer le poids volumique de l'électrolyte. Le PH-mètre est moins précis que le densimètre.

    Il faudrait une sonde-pHmètrique dans l'électrolyte de chaque bloc STM5 pour juger de la pertinence d'ajout de K-OH mais c'est techniquement compliqué et couteux.

    Mesures intéressantes sur le site de elweb. Une densité relevée à 1,20g/cm3 correspond à de l'électrolyte potassique presque pur en densité, trés peu dilué, car la densité d'origine Saft est de de 1,21g/cm3.

    Un densimètre qui descend jusqu'à 1,00g/cm3 révèle de l'eau pure. Au-dessus de 1,00 jusqu'à 1,20 environ c'est la densité apportée par la potasse.
    Attention de ne pas utiliser un pèse-acide auto déjà employé dans une batterie plomb pour peser une batterie cadmium nickel, les traces d'acide présentes vont détruire la base(potasse), c'est chimiquement l'opposé => résultat erroné et batterie abimée.

    Il est conseillé d'utiliser un mélange déjà préparé plutôt que de le constituer soi-même. voir la filière des batteries aviation. ALCAD en suede par exemple.

    Pour info la contenance en electrolyte d'une batterie STM5 est de 175cm3 et la densité doit être d'environ 1.22kg/dm3.
    Il contient: 20 à 30%(pourcentage en masse) de KOH, 1 à 2.5%(pourcentage en masse) de cristaux LiOH et 68 à 80%(pourcentage en masse) d'eau.

    Modif Double Hybride: La densité de l'électrolyte n'est pas un critère pour évaluer l'état de charge de la batterie contrairement au batterie plomb/acide, toutefois la densité n'est pas la même en fin de surcharge (égalisation) car les plaques ont alors éjecté des molécules d'eau. Entre l'état de charge et de décharge la variation de niveau d'eau dans un élément STM5 est de 3mm. A noter toutefois, qu'en fin de charge d'égalisation le niveau d'eau monte beaucoup plus (ce qui permet de faire le plein d'eau en toute sécurité, débordement impossible par les charges normales suivantes). C'est cette non linéarité qui rend inutilisable la variation de densité de l'électrolyte pour faire une quelconque mesure.

    L'électrolyte fonctionne par imprégnation-infiltration lente des couches de tissus séparateur anode-cathode et l'ensemble est un sandwich serré, monté à la presse. Lors d'une mise à niveau, le renouvellement de l'électrolyte entre plaques est très progressif et aussi très lent.

    La réserve avant d'atteindre le haut des plaques est de 0,50 litre par bloc environ. Bref quand les batteries ont froid, elles n'ont plus grand chose dans le sac au dessous de 40% de charge.

    La charge du Ni Cd libère de l'eau, qui participe à la montée du niveau.

    C'est une interprétation erronée que de croire que l'eau reste au dessus de la solution de potasse puis "déborde" vers l'élément suivant.
    En réalité, le système de remplissage des STM5 est fait de telle sorte que l'électrolyte présent ne peut pas être entraîné par l'eau de remplissage (le débordement ne provient pas de l'intérieur des éléments, mais seulement des tuyaux de remplissage).

    Il y a une rampe commune, avec des trous pour que ça coule dedans et quand c'est assez rempli, le siphon se bouche et l'eau ne coule plus à la manière d'un clapet. Si on fait couler l'eau trop fort, ça ne remplit rien et ça ressort.



    Saft précise bien que le remplissage par gravité doit s'effectuer entre 0,7 et 1 litre par minute avec une pression inférieure à 0,15 bar.

    Mais on peut aussi penser que des molécules de potasse diffusent dans l'eau distillée et débordent par entraînement avec elle. Mais cela reste marginal.

    C'est vrai que faire la mise en eau avec de la potasse tend à augmenter la concentration de K+HO- dans l'électrolyte. Mais ça n'est pas gênant puisque le HO- est très utile(anion de migration entre les électrodes), et que compte tenu des très petits volumes rajoutés, l'impact sur la concentration doit être faible.

    Il y aura par contre une incidence sur le potentiel(minime) de chaque électrode via la loi de Nernst, mais normalement la ddp(différence de potentiel) est rigoureusement inchangée puisque intervient également dans les 2 demi-équations rédox qualibrée à 2 électrons.

    Un compartiment vide s'explique par soit une fuite, soit une évaporation. La différenciation est aisée car dans le cas de l'évaporation tous les éléments sont en général impactés.
    La fuite est souvent due à la fusion du plastique suite à un début de court circuit entre plaques. Si un compartiment est vraiment vide, c'est que la fuite est dessous.

    On peut tenter de remplir à l'aide de l'eau distillée par le coté le plus proche de l'élément vide. On va donc remplir aussi le ou les éléments entre l'orifice et celui qui est vide. ce n'est pas conseillé de le faire normalement hors charge de maintenance mais vu que la batterie est certainement morte. La fuite est visible aussitôt en général.

    On peut après détection et repérage de la fuite, étancher le bloc avec la colle et le mastic du kit Renault/Ixell puis ensuite compléter le remplissage avec une solution de KOH à 300g/l à 400g/l. Porter des gants et lunettes de protection.

    Si la fuite a été provoqué par un court-circuit, rien n'est résolu car le CC sera toujours là et repercera la batterie. Il y a donc peu de chance de le récupérer. J'ai quand même récupéré 2 blocs sur 3 à l'aide de cette méthode qu'il faut donc réserver aux micro-fuites.

    C'est une probable montée en température par un pontage conducteur dans le séparateur entre 2 plaques anode-cathode, où l'accumulation d'un dépôt conducteur en fond de cuve, dans les angles par exemple, sur un point précis, celui du trou qui sont à l'origine du percement.

    Des dépôts blancs très fins apparaissent dans les angles du bloc témoignant de fuites de potasse.

    Pour tester un bloc et connaître sa vraie capacité, lors de la décharge, le seuil batterie vide(ou presque) est de 5V, aussi il est inutile de descendre plus bas car il ne reste plus que quelques % de capacité et l'important c'est la répétabilité de la mesure maximale de décharge. Cependant, sous un courant élevé, il faut descendre un peu le seuil à 4,5V sous 50A.

    Une autre méthode consiste à placer la batterie dans un bloc d'eau et de le gonfler avec une pompe a vélo. Cela permet de localiser la fuite qui peut être toute petite comme une piqure d'insecte. Certains tentent de ressouder le bloc...

    Le cadmium est toxique (mais le plomb l'est presque autant). Il est dangereux pour les environnements aquatiques. Il ne faut pas le disperser dans la nature. Mettre des gants et se renseigner au Screlec(0825 82 82 82) ou à la SNAM(05 65 43 77 30) pour élimination ou le déposer dans les bacs de récupération piles & batteries(grande surface, etc).

    Le mieux serait selon certain de déposer le bloc HS chez Peugeot en précisant qu'il provient d'un Scootélec.

    Le cadmium se recycle très bien et ça vaut des sous. Un accus au Ni Cd se recycle à 75%. SNAM Viviez Mrs Agnès Marion Avenue Jean Jaurès F-12110 Viviez Tel : +33 565 43 77 30 Fax : +33 565 43 03 95; SCRELEC(specialises in professional batteries) 11 rue de l’Amiral Hamelin F-75016 Paris Tel: +33 825 82 82 82 Fax : +33 565 43 03 95 www.screlec.fr

    La différence de niveau de l'électrolyte dans le bloc entre une batterie chargée et une batterie déchargée mesuré au sommet du couvercle est de 3mm ce qui représente 50ml par compartiment donc 250ml par bloc.

    Saft a prévu que cette opération d'initialisation reste rare dans la vie de la batterie: mise en service, arrêt prolongé >1 an ou remplacement de bloc dans un coffre. Elle doit être évitée si dans ce dernier cas le bloc inséré est vieux car il pourrait ne pas supporter et entrainer en destruction les autres blocs en cascade. Préférer alors une simple charge d'entretien avec ou sans mise en eau.

    Seule la charge d'entretien, permet de monter l'électrolyte au plus haut, et la séparation eau/potasse, aussi lors d'une charge d'égalisation ou initialisation il ne devrait pas y avoir de débordement d'électrolyte.

    Le bloc STM5 est soumis au dégagement de gaz hydrogène extrèmement inflammable et détonnant d'où les 6 ventilateurs dans chaque bac de batteries.

    Le niveaux de charge élevé lors du stockage des batteries Ni Cd peut conduire à la croissance des cristaux sur l'électrode de cadmium. Les cristaux peuvent percer les couches de séparation et ainsi provoquer un court-circuit interne de la cellule. Les batteries Ni Cd sont mieux conservée à 40% de charge(éviter une décharge profonde) car cela réduit la croissance des cristaux.

    La surcharge des batteries Ni Cd peut endommager le bloc, provoquer un dégazage dû à une surchauffe et être irréversible. elweb

    Une batterie qui vieillit peut avoir sa résistance interne qui augmente.

    Il n'y a pas de dissociation potasse-eau dans la solution électrolyte, ce qui est libre sort, seule la partie emprisonnée dans le sandwich des plaques est plus difficile à faire migrer dans la partie libre. Certains l'estime à plus où moins la moitié. Une technique possible est d'utiliser le gazage pendant une phase de surcharge pour accélérer l'échange.

    On peut extraire par exemple par aspiration jusqu'à 0,7L environ, le reste est piégé par le "sandwich" des plaques et les recoins du circuit d'eau. Le rinçage à l'eau est ensuite préconisé.

    Une mesure intéressante pour estimer l'encrassement du bloc: la teneur de carbonate de potassium par le titrage d'un échantillon d'électrolyte extrait d'un vieux bloc. Une opération simple en labo, teinture d'héliantine et acide chlorhydrique.

    La rénovation de l'électrolyte dans les batteries Ni Cd est étroitement liée à cette donnée. C'est la principale pollution qui affecte le fonctionnement à long terme avec la déconcentration de la teneur en potasse.

    La teneur en carbonate de potassium restant piégé dans la batterie, surtout avec des multi-éléments scellés, serait de l'ordre de 11%/w à 5%/w(120g à 50g par litre) forums.futura-sciences

    La méthode suivante de regénération permet d'augmenter l'énergie restituée à hauteur de +60% selon les tests Saft effectués sur 7000 blocs
    "PROCEDE ET DISPOSITIF POUR REGENERER L'ELECTROLYTE D'ACCUMULATEUR ALCALIN" sur worldwide.espacenet

    Il y a une étude bien fouillée en anglais sur le site de dtic là-dessus faite par les militaires pour les batteries Ni Cd embarquées(aviation-missiles) dans les années soixante.

    les courbes sont explicites de la conjonction froid-carbonate de Potassium sur la capacité. Cela peut même geler(-40°C). Air Force Canada les retiraient du service à 5% de carbonate. Si on retrouve l'autonomie avec la remontée des températures, ce sera ce phénomène en cause.

    Les STM5 existent en version 2 couches et 4 couches. La consommation d'eau est plus importante avec les vieux blocs car ils ont plus de place interne(couches internes), mais aussi lorsque le transporteur d'énergie appelé potasse est faible(en concentration), le bloc alors s'échauffe plus facilement.

    Le nombre de couches de séparateurs à été augmenté dans la seconde génération de STM5 pour résoudre le problème dû à la métallisation.

    Les blocs de 97 sont conçus avec des séparateurs double couche.

    Il y aurait un rénovateur tchèque en cours de test.

    Charge et décharge manuelle

    il n'est pas possible de poser un diagnostic sur une mesure statique d'un pack de batteries, c'est lié à son état de charge et au courant de décharge.

    La mesure de blocs au repos n'est pas une indication fiable de leur état. Une mesure en fin de décharge(à 25% )avec 30A où 40A serait plus parlante.

    On peut poser une résistance entre les bornes d'un bloc pour le décharger(Saft ligne 22 sur worldwide.espacenet).



    On peut également le décharger totalement en mettant en court-circuit les bornes d'un bloc pendant un temps suffisant(Saft ligne 24 sur worldwide.espacenet).

    Une ampoule de phare peut remplacer une résistance car cela permet de visualiser en permanence le bon fonctionnement par le niveau d'éclairement. Mais si la résistance est constante(à une tension donnée, l'intensité consommée sera aussi constante I=U/R), l'ampoule fluctue et ne permet pas la précision.

    La tension de charge préconisée par Saft est de 8,45V à 0°C et 7,78V à 35°C. cf Technical manual Page 16 ci-dessous dans Documentations

    Certains préconisent une décharge à 30A mini pendant plusieurs heures comme révélateur de bloc à l'aide d'une grosse résistance bobinée de faible résistance 0,2Ohm environ pour un débit de 30A sous 6v avec 2 câbles batteries avec pinces et un voltmètre connecté coté pinces-batterie.

    P=UxI=6Vx30A=180W, et U=RI ou R=U/I donc une résistance serait de valeur R=6V/30A=0,2Ohms à confirmer mais une tige filetée serait préférable. L'objectif est de maintenir une décharge constante de 30A difficile à obtenir en fin de décharge quand le bloc chute à 5V.

    Mettre en place une mesure de courant en série pour évaluer les ampères rentrant pendant la charge. Atteindre 8V aux bornes pendant la charge pour être sur d'avoir dépassé les 80% de charge du bloc. Il faut veiller à rester dans la préconisation de la courbe de charge Saft.

    Tester chaque batterie en tirant dessus 50A à 100A et utiliser 4 tiges filetés diamètre 4mm de 1mètre reliées en série achetées à castorama. Les batteries faibles devraient s'écrouler en dessous de 5v.

    On peut aussi prendre du constantan pagesperso démonté dans des radiateurs électriques, mettre les brins en parallèles, ce qui permet d'ajuster l'intensité absorbée, et contrôler par un ampèremètre assez précis. Des lampes halogènes peuvent faire l'affaire aussi.

    Méthode de test de bloc en bac: il faut pouvoir débiter 30A minimum, décharger chaque bloc successivement sans rien démonter sur le bac, pendant une durée identique, 30s ou 1mn par exemple et relever la tension à vide et en charge après 30s. La durée dépend de l'état de charge des blocs en test pour être dans la zone "de chute". Un bon bloc sous 30A descend régulièrement(linéairement) jusqu'à 4,80v sans à-coups tandis qu'un bloc à changer va tomber très rapidement dès les 5,70v /5,60v passé jusqu'à rejoindre 2,5v/3v.

    Il faut s'assurer que la charge d'initialisation a été faite, comme indiqué sur la doc technique Saft sinon l'état de charge des batteries remplacées peut varier grandement avec le reste et fausser toute la mesure des moyennes de bacs en charge.
    La charge d'initialisation(ou charge usine) est celle qu'on lance lorsqu'on change des éléments(stm5) de la batterie(bac de stm5) ou qu'on met en place une batterie neuve tout entière.

    Pour calculer l'autonomie, on peut aussi pratiquer cette méthode: décharger à 50A et arrêter la décharge à 5,80V puis finir avec une ampoule 6V à 2A pour éviter les inversions de polarités tout en bénéficiant d'un contrôle visuel. On trouve l'information déconcertante et apparement contradictoire de Saft et d'accus services d'aller jusqu'à 0V et coucircuiter le + et - pour stocker les batteries...

    Quand l'autonomie tombe on peut prendre la tension des batteries en effort et contrôler l'isolement des bacs à l'ohmètre entre le + au niveau du fusible et la carrosserie une fois le fusible retiré. Attention danger!

    Il faut tester les modules individuellement et constituer des coffres batterie homogènes en performances/capacité.

    Un peu de dilution n'est pas forcément préjudiciable à la longévité de la batterie, au contraire selon SAFT, elle permet de réduire la métallisation, ennemie N°1 de nos batteries de traction.
    La charge forte en ampères diminue sensiblement la métallisation et prolonge la durée de vie.

    Les bancs de tests en Norvège on mis en évidence que les charges rapides éclaircissent les monoblocs.

    Les batteries Ni Cd supportent particulièrement bien les charges rapides à condition de contrôler la température. Elles supportent également des décharges à très fort courant, jusqu'à 50C pour certains modèles.

    Si le bloc chauffe à 50°C il est défectueux.

    En moyenne, il est convenu de dire que lorsqu'une batterie ne fournit plus que 80% de sa capacité initiale, elle est en fin de vie mais rien n'empêche de continuer à l'utiliser. De même pour la résistance interne, si elle dépasse le double de la valeur initiale, on la considère comme mourrue.

    Colmatage

    Sur le site français d'ixell, taper 7711421432 dans la zone rechercher et agrandir la page 8-1.

    colle à pare-brise, kit Ixell 77 11 421 432 SP KIT



    Le petit tube de colle peut suffire à colmater. Le mastic complémentaire peut alors être conservé pour un trou plus gros.

    Documentations

    - Fiche technique STM5 de Saft

    - Manuel d'installation, opération et maintenance STM5 de Saft

    - Charge des modules STM5 de Saft

    - Electrolyte

    - Prendre les tensions des bacs de batteries

    - Données de sécurité batteries Nickel Cadmium Saft

    Formule de réaction chimique

    une électrode positive: NiOOH
    une électrode négative: Cd
    un séparateur
    un électrolyte

    Electrode négative: Cd+2OH- <-> Cd(OH)2 + 2e-

    Electrode positive: 2NiO(OH) + 2H2O + 2e- <-> 2Ni(OH)2 + 2OH-

    Bilan: 2NiO(OH) + Cd+2H2O <-> 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 ni-cd.net

    A la charge, la réaction se fait vers la gauche et libère 2 molécules d'eau

    A la fin du cycle de charge, la tension augmente dans les cellules jusqu'à 1,55V à 1,6V dépassant la tension de décomposition de l'eau liée aux conditions de la cellule provoquant un dégagement de gaz hydrogène:

    électrode négative: 4 H2O + 4e- -> 2 H2 + 4 OH

    électrode positive: 4 OH -> 2 H2O + O2 + 4 e-

    La réaction globale: 2 H2O -> 2 H2 + O2

    La solubilité dans l'eau à 25 °C est de 1100g/l, donc une préparation à 30% représente 300gr/litre à 400gr/litre

    La potasse caustique(KOH) ou hydroxyde de potassium est tout aussi dangereuse que la soude. Attention: Cause la cécité si une seule micro goutte touche l'oeil !

    Remarques

    Les lettres G(gauche) et D(droite) dans un cercle sont apparentes à la surface du bloc ainsi que le mois et l'année de fabrication.

    La pression de serrage en Newton-mètre à appliquer sur les écrous de serrage des plaques métalliques est de 12Nm ±2Nm mesurable à l'aide d'une clef dynamométrique.

    Les blocs STM5-100MRE de PSA ne sont pas compatibles physiquement à 100%. Il s ne s'insèrent pas au fond du bac à cause des barres métalliques qui font un petit mur de 4cm de chaque coté du bloc. Si la longueur du bloc PSA est rigoureusement la même au mm près ce n'est pas le cas de la largeur qui est supérieure de 5mm environ! Les tuyaux de branchement sont également inversés rendant impossible le mélange de ces 2 types MRE(PSA) et MR(Renault). Cette différence de largeur s'explique par l'ajout d'un espace du au système de refroidissement interne du bloc PSA. Il suffirait peut-être de limer la partie basse sur 4 cm environ mais avec un risque de perçage. Selon moi ils sont purement incompatibles!

    Il faut ajouter qu'Accu-Service vend des blocs d'occasion refaits pour 30€ à 60€ avec électrolyte neuf(vert). Accu-Service sait ouvrir les blocs et couper la partie haute au niveau des tubulures pour les inverser.

    SAFT a réalisé des blocs STM5-140 pour Renault Express et des blocs STM5-180 également qui ne sont plus produits depuis plus de 10 ans.

    SAFT a aussi réalisé des blocs STM5-100 pour l'armée américaine mais "sur mesure et optimisés". Ils ne contiennent que très peu d'électrolyte et sont équipés en revanche d'une plaque horizontale qui renvoie la condensation vers le bas naturellement car le bloc est totalement étanche pour une durée de vie qui serait exceptionnelle et sans entretien. La perle des blocs de traction à se procurer ?

    Le site de batteries4pro vend des blocs neufs à 1124,24€ TTC

    Liens utiles

    Le site d'Arnaud Meunier
    STM5 sur le site de la SAFT
    Le site de Mobil Eco
    Le site de evdl
    Librairie du site de evdl
    Le site de batteryuniversity