Le document A de cette série a établi le profil de charge de batterie à l'intérieur des terminaux portatifs marines AIS et GMDSS : de longues fenêtres de veille, de brèves impulsions d'émission à fort courant et une batterie primaire réglementaire qui doit être prête après des années dans un placard. Ce document B passe des principes à la sélection et à la conception du pack. Il s'adresse à l'ingénieur OEM et à l'acheteur d'équipements marins qui doivent spécifier un pack de batteries rechargeables et une interface de charge pour une radio VHF portative quotidienne, embarquée ou de formation, ou pour un appareil AIS portable, sans confondre ce produit avec la batterie de détresse scellée et datée qu'exige réellement le système mondial de détresse et de sécurité en mer (GMDSS). Les calculs de rapport cyclique, les chiffres de capacité et les courbes de tension de ce document sont des exemples d'ingénierie détaillés, clairement marqués comme illustratifs ; les normes et les points de référence d'autonomie sont cités d'après les documents sources, et la valeur certifiée sur tout appareil réel figure toujours dans son certificat d'approbation de type.
Point clé 1. La résolution IMO MSC.149(77) et la norme IEC 61097-12 dimensionnent la batterie primaire de la VHF bi-bidirectionnelle d'embarcation de survie pour huit heures à un rapport cyclique de 1:9 — six secondes d'émission, six secondes de réception au-dessus du seuil d'ouverture du silencieux et 48 secondes de réception en dessous — à la puissance nominale la plus élevée. Les orientations britanniques MSIS recommandent au moins huit heures, de préférence 24 heures.
Point clé 2. L'AIS-SART est régi par la norme IEC 61097-14 alignée sur l'IMO MSC.246(83), en utilisant la recommandation ITU-R M.1371 sur les canaux AIS 161.975 MHz et 162.025 MHz ; des échantillons commerciaux représentatifs d'AIS-SART émettent environ 96 heures sur lithium primaire scellé, et les échantillons personnels d'AIS-MOB fonctionnent environ 48 heures à 1 W.
Point clé 3. Une cellule NiMH scellée a une tension nominale de 1,2 V, donc six cellules en série donnent 7,2 V et huit cellules donnent 9,6 V ; la capacité du pack se dimensionne à partir du courant moyen du rapport cyclique et de la tension à froid en fin de vie, et non à partir du seul courant de crête d'émission.
Point clé 4. Les cellules NiMH portatives scellées sont spécifiées par la norme IEC 61951-2 pour les performances, la norme IEC 62133-1 pour la sécurité des systèmes à nickel et la norme UN 3496 pour le transport, la disposition spéciale IATA A199 confirmant que le NiMH n'est pas soumis aux restrictions des marchandises dangereuses au lithium ; les radios portatives marines sont couramment scellées en IPX7 selon la norme IEC 60529 (immersion à 1 m).
Point clé 5. La batterie de détresse réglementaire, datée et au lithium primaire, ne peut pas être remplacée par un pack NiMH rechargeable. Par exemple, l'Icom BP-234 est un pack lithium primaire de 9,0 V et 3300 mAh, classé IPX7 une fois installé, et il doit être utilisé avec l'IC-GM1600E pour satisfaire au GMDSS. Le NiMH scellé sert aux radios quotidiennes, embarquées et de formation qui séjournent dans des berceaux de charge.
La décision de sélection la plus importante intervient avant tout calcul de capacité : déterminer quelle batterie le pack est réellement. L'appareil de détresse scellé — la VHF bi-bidirectionnelle d'embarcation de survie emportée pour le radeau de sauvetage, l'AIS-SART monté dans son support et la balise AIS-MOB sur le gilet de sauvetage — est régi par une norme de performance réglementaire et est livré avec une batterie lithium primaire scellée et datée, portant un sceau de témoin ou un sceau non remplaçable. Cette batterie doit être prête après deux ans ou plus de stockage pour la VHF, et typiquement six à huit ans sur les balises AIS représentatives, et elle est remplacée à sa date d'expiration. Elle n'est pas rechargeable, et un pack NiMH rechargeable ne doit pas être commercialisé comme son substitut.
L'application rechargeable légitime est tout ce qui entoure cet appareil scellé : la VHF portative quotidienne utilisée sur la passerelle, le pont et le bateau de travail, l'AIS portable emporté pour le transfert de pilote et l'amarrage, la flotte de formation et les portatifs GMDSS « équipement complet » que les fabricants livrent avec un pack rechargeable et un berceau, à côté du primaire scellé. Ces radios sont chargées, utilisées, échangées et réutilisées chaque jour, et les orientations d'harmonisation du GMDSS encouragent positivement une utilisation pratique fréquente. Le NiMH scellé est bien adapté à ce rôle car il tolère les mauvais traitements et la décharge peu profonde, offre une réponse d'impulsion plate et prévisible, ne contient pas de lithium aux fins du transport et se rétablit après un séjour au froid qui perturberait profondément une chimie à plus haute impédance. Le tableau ci-dessous fixe la frontière avant le début du travail de conception.
| Appareil et rôle | Chimie de batterie et base de conception |
|---|---|
| VHF bi-bidirectionnelle d'embarcation de survie (appareil de détresse scellé) | Lithium primaire scellé ; sceau de témoin et date ; 8 h à 1:9 selon MSC.149(77)/IEC 61097-12 ; conservation pluriannuelle ; ex. Icom BP-234 9,0 V / 3300 mAh, IPX7 |
| Balises réglementaires AIS-SART et AIS-MOB | Lithium primaire scellé ; échantillons d'environ 96 h SART et 48 h MOB ; selon IEC 61097-14, MSC.246(83), ITU-R M.1371 ; stockage pluriannuel |
| VHF portative quotidienne / embarquée / de formation | NiMH scellé ou Li-ion rechargeable ; chargé dans le berceau, cyclé et utilisé ; dimensionné sur le service de quart, et non sur des années de stockage |
| AIS portable / portatif pour passerelle et bateau de travail | NiMH scellé ou Li-ion rechargeable ; alimenté en service par le navire ou le berceau ; même profil pulsé de veille à émission que la radio de survie |
| Cas de secours alcalin / à piles sèches | De nombreuses radios acceptent un boîtier AA scellé (ex. LR6 × 5) ; secours d'urgence utile mais pas un substitut au primaire réglementaire daté |
Une VHF portative consomme trois courants très différents. En émission, elle doit fournir le courant derrière la sortie RF — environ 1 A pour une portative 2 W représentative — plus les charges logiques et audio. En réception au-dessus du seuil d'ouverture du silencieux, elle peut consommer environ 120 à 200 mA, et à l'état calme, sous le silencieux ou en veille, elle peut ne consommer que 20 à 50 mA. La trame de charge d'embarcation de survie de la norme IEC 61097-12 est un modèle pratique et conservateur, également pour la radio quotidienne : six secondes d'émission, six secondes de réception au-dessus du silencieux et 48 secondes en dessous, se répétant toutes les 60 secondes. Le courant moyen du rapport cyclique est la somme pondérée de ces états sur une trame :
I_avg = (6 s × I_tx + 6 s × I_rx + 48 s × I_stdby) / 60 s
Avec des valeurs illustratives de 1,0 A en émission, 0,15 A en réception active et 0,03 A en veille, la moyenne est (6 × 1,0 + 6 × 0,15 + 48 × 0,03) / 60 = 8,34 / 60 = 0,139 A, soit environ 139 mA. La charge brute que le pack doit fournir est alors le courant moyen multiplié par l'objectif d'autonomie. L'objectif réglementaire VHF est de huit heures, tandis que les orientations britanniques MSIS pour les radios de survie opérationnelles sont d'au moins huit heures, de préférence 24 ; un concepteur avisé de pack quotidien utilise le chiffre de 24 heures comme objectif préféré, car une radio quotidienne qui n'est pas toujours remise dans son berceau doit tout de même survivre à un long quart. À 139 mA, huit heures nécessitent environ 1,11 Ah de charge brute et 24 heures environ 3,34 Ah. Ce sont des valeurs avant déclassement ; la capacité de cellule choisie à l'étape 3 sera plus grande.
Figure 1. Le flux de sélection et de dimensionnement en six étapes pour un pack rechargeable de portative marine (séquence de conception illustrative, et non une procédure d'un fabricant).
Avant de choisir la capacité, la longueur de la chaîne en série doit correspondre à la fenêtre de tension de la radio et à sa coupure de batterie faible. Une cellule NiMH scellée a nominalement 1,2 V, atteint environ 1,42 V à la fin d'une charge fraîche et est considérée comme déchargée vers 1,0 V. La plupart des portatives marines commerciales sont construites autour de l'une de deux classes de tension. Une radio de classe 7,2 V, qui a la même tension nominale qu'un pack Li-ion à deux cellules (l'Icom BP-265 est un exemple Li-ion 7,2 V), correspond à six cellules NiMH en série ; le pack à six cellules va d'environ 8,5 V à frais jusqu'à environ 6,0 V vide. Une radio de classe 9 V, y compris les conceptions dont le primaire réglementaire est l'Icom BP-234 de 9,0 V, correspond à huit cellules NiMH en série, allant d'environ 11,4 V à frais jusqu'à environ 8,0 V vide. Des chaînes parallèles sont ensuite ajoutées uniquement pour la capacité et le partage du courant, pas pour la tension.
| Configuration NiMH | Tension nominale / à frais / vide | Classe de radio typique |
|---|---|---|
| 6S (6 cellules en série) | 7,2 V / 8,5 V / 6,0 V | VHF portative de classe 7,2 V (équivalent courant Li-ion 2S) ; la coupure doit se situer sous la tension d'impulsion à froid 6S |
| 8S (8 cellules en série) | 9,6 V / 11,4 V / 8,0 V | Radios de classe 9 V et remplacements primaires 9 V (ex. classe BP-234 9,0 V) |
| Ajouter des chaînes parallèles (nP) | Tension inchangée ; capacité et courant d'impulsion partagés | 2P, 3P utilisés pour atteindre la capacité du quart et réduire de moitié le courant d'impulsion par cellule |
Le concepteur du pack doit vérifier la coupure réelle de la radio plutôt que la supposer. Une coupure trop haute déclarera la batterie morte alors qu'il reste de la capacité utilisable ; une coupure trop basse risque de décharger profondément les cellules lors d'une longue émission à froid. Les cellules de la chaîne doivent être appariées à partir d'un même lot de production, et le pack doit être construit de sorte qu'une cellule faible ou inversée ne puisse pas être entraînée en inversion profonde pendant un long quart.
La charge brute de l'étape 1 n'est pas la capacité nominale des cellules, car le pack doit fournir cette charge en fin de vie, sur un pont froid, avec une impulsion d'émission qui fait chuter la tension et une réserve de conception retenue. L'application de facteurs illustratifs — environ 0,85 de capacité utilisable à -20 °C, environ 0,85 au point de fin de vie nominale et une réserve de conception de 1,15 — donne une fraction utilisable combinée d'environ 0,63. L'objectif de huit heures de 1,11 Ah nécessite donc un pack nominal d'environ 1,8 Ah, et l'objectif préféré de 24 heures de 3,34 Ah nécessite environ 5,3 Ah. En pratique, un concepteur atteint ces chiffres avec des cellules AA standard à fort débit ou des cellules sub-C et SC plus grandes : une seule chaîne de six cellules AA à fort débit (environ 2,0 Ah) ne satisfait que marginalement le chiffre de huit heures après déclassement à froid et en durée de vie, donc un pack 6S2P AA (environ 4,0 Ah) est la conception confortable pour huit heures, et un pack 6S3P AA (environ 6,0 Ah) ou un pack 6S2P sub-C/SC haute capacité satisfait l'objectif préféré de 24 heures.
| Objectif d'autonomie (illustratif) | Charge brute à 139 mA | Nominal après facteur ~0,63 | Pack représentatif |
|---|---|---|---|
| 8 h (plancher réglementaire VHF) | ~1,11 Ah | ~1,8 Ah | 6S1P AA à fort débit marginal ; 6S2P AA (~4,0 Ah) confortable |
| 24 h (opérationnel préféré) | ~3,34 Ah | ~5,3 Ah | 6S3P AA (~6,0 Ah) ou 6S2P sub-C/SC haute capacité |
Les impulsions d'émission sont la deuxième raison de surdimensionner. Sur une chaîne 1 A, 7,2 V, une seule cellule AA de 2,0 Ah est sollicitée à environ 0,5 C dans une salve d'émission ; cela reste dans les capacités d'une cellule à fort débit mais produit une chute de tension visible à basse température, et la chute est la plus profonde en fin de quart, lorsque l'état de charge est déjà bas. Le concepteur spécifie donc des cellules à fort débit et faible résistance interne, ajoute une chaîne parallèle pour réduire de moitié le courant d'impulsion par cellule, et vérifie que la tension du pack à la fin de l'impulsion la plus froide et en fin de vie reste au-dessus de la coupure de la radio. La courbe de tension illustrative ci-dessous montre le pack déclinant lentement sur un quart de 24 heures avec des creux d'émission périodiques, tout en restant au-dessus de la coupure ; la courbe réelle est spécifique à la radio et à la cellule et doit être mesurée plutôt que supposée.
Figure 2. Tension du pack sur un quart de 24 heures avec des impulsions d'émission périodiques ; le pack est dimensionné pour rester au-dessus de la coupure lors de l'impulsion la plus froide en fin de vie (illustratif, non mesuré).
La stratégie de charge fait partie du produit batterie, et non un ajout après coup. La détection de charge complète NiMH repose sur la chute de tension caractéristique -delta V et sur l'élévation de température dT/dt, étayées par un temporisateur de sécurité ; pour un berceau marin, où la fiabilité compte plus que la vitesse, la méthode conservatrice est une charge contrôlée à 0,1 C pendant la nuit (environ 14 à 16 heures) avec un entretien de charge de C/20 à C/40 par la suite, assez douce pour laisser la radio en place sans surchauffer les cellules. La charge doit être interdite en dehors d'environ 0 à 45 °C, afin qu'un pack revenant d'un pont gelé ou d'un conteneur de radeau chaud puisse revenir à la température ambiante avant de charger ; le pack porte normalement une thermistance afin que le berceau puisse l'imposer. Le berceau accepte le 12 V ou 24 V CC du navire via un module de charge, utilise des contacts résistants à la corrosion ou dorés qui ne se gripperont pas dans l'air salin, et maintient l'étanchéité IPX7 lorsque la radio est en place.
À l'intérieur du pack, les cellules utilisent des languettes soudées plutôt que des clips à ressort, des cellules appariées, des gaines thermorétractées et une isolation aux chocs afin que les essais de chute et de vibration des normes IEC 60945 et IEC 61097-12 n'ouvrent pas une connexion ; un fusible thermique ou un dispositif de protection réarmable protège contre les courts-circuits externes et les surintensités, et le boîtier utilise un joint, un chemin d'évent et une retenue de cellule robuste. L'enveloppe externe est la même que celle de la radio de survie : plage de fonctionnement de -20 à +55 °C, immersion jusqu'à l'exigence IPX7 de la norme IEC 60529 (1 m pendant 30 minutes ; l'ensemble de survie lui-même satisfait 1 m pendant au moins 5 minutes selon la norme IEC 61097-12), résistance au brouillard salin et utilisation par du personnel portant des gants de combinaison d'immersion. Chacune de ces caractéristiques est spécifiée pour que la radio quotidienne se comporte comme l'appareil de sécurité qu'elle seconde.
Un pack NiMH rechargeable pour radios marines quotidiennes suit une voie de conformité claire mais délibérément limitée. Les cellules elles-mêmes sont spécifiées selon la norme IEC 61951-2 pour les performances et les dimensions des cellules NiMH portatives scellées et selon la norme IEC 62133-1 pour la sécurité des cellules et batteries scellées contenant du nickel ; l'enveloppe de l'équipement relève de la norme IEC 60945 pour l'environnement et la CEM et de la norme IEC 60529 pour le code IP. Le transport est simple : les batteries NiMH sont expédiées sous la référence UN 3496, et la disposition spéciale IATA A199 les considère comme non soumises aux règles des marchandises dangereuses au lithium, à condition que les bornes soient protégées contre les courts-circuits — un avantage pratique notable sur le lithium pour un OEM qui expédie des radios et des pièces de rechange par air. L'appareil de détresse réglementaire lui-même porte cependant la marque à barre MED au titre de la directive européenne sur les équipements marins 2014/90/EU, et cette approbation est attachée à l'appareil scellé complet avec sa batterie primaire datée. Un pack NiMH rechargeable ne prolonge ni ne remplace cette source de détresse marquée à barre, et les deux ne doivent pas être confondus sur un plan, une fiche technique ou une allégation marketing.
| Aspect | Référence pour le pack NiMH quotidien rechargeable |
|---|---|
| Performance et dimensions des cellules | IEC 61951-2 (cellules NiMH portatives scellées cylindriques, prismatiques et bouton) |
| Sécurité des cellules et batteries | Sécurité nickel IEC 62133-1 ; essais de transport alignés sur la pratique de la norme IEC 62281 |
| Environnement et pénétration | IEC 60945 environnement marin/CEM ; IEC 60529 IPX7 (1 m / 30 min) ; brouillard salin, -20 à +55 °C |
| Transport | UN 3496 ; disposition spéciale IATA A199 — non soumis aux restrictions lithium ; protéger les bornes |
| Frontière de détresse réglementaire | La marque à barre MED au titre de la directive 2014/90/EU reste avec l'appareil scellé et son lithium primaire daté ; non remplacée par le NiMH |
Non. La VHF bi-bidirectionnelle scellée d'embarcation de survie est tenue par l'IMO MSC.149(77) et la norme IEC 61097-12 de porter une batterie primaire datée qui délivre huit heures à 1:9 après des années de stockage, typiquement un pack lithium primaire scellé tel que l'Icom BP-234 (9,0 V / 3300 mAh, IPX7 une fois installé). Le NiMH scellé est conçu pour les radios quotidiennes, embarquées, de formation et en équipement complet, rechargées dans des berceaux et utilisées régulièrement, et non pour la source de détresse scellée réglementaire.
À partir du courant moyen du rapport cyclique sur une trame de 60 secondes : I_avg = (6 × I_tx + 6 × I_rx + 48 × I_standby) / 60. Avec des courants illustratifs de 1,0 A, 0,15 A et 0,03 A, cela fait environ 139 mA. Multipliez par l'objectif d'autonomie (8 h, ou de préférence 24 h selon les orientations MSIS britanniques), puis divisez par le facteur combiné de température à froid, de fin de vie et de réserve de conception, qui vaut environ 0,63 dans l'exemple détaillé. Cela donne un pack nominal d'environ 1,8 Ah pour 8 h ou 5,3 Ah pour 24 h, avant de choisir une configuration de cellules standard.
Chaque cellule NiMH scellée a nominalement 1,2 V. Six cellules en série donnent 7,2 V (environ 8,5 V à frais, 6,0 V vide) et conviennent à une portative de classe 7,2 V, la même classe nominale qu'un pack Li-ion 2S. Huit cellules donnent 9,6 V (environ 11,4 V à frais, 8,0 V vide) et conviennent à une radio de classe 9 V telle que la classe primaire BP-234 de 9,0 V. Les chaînes parallèles sont ajoutées uniquement pour la capacité et le partage du courant d'impulsion, et la coupure de batterie faible de la radio doit être vérifiée contre la tension du pack à froid en fin de vie.
Oui, avec un déclassement délibéré. Les basses températures augmentent la résistance interne et abaissent la capacité disponible et la tension en fin d'impulsion ; les concepteurs utilisent donc des cellules à fort débit et faible résistance, surdimensionnent le pack, ajoutent des chaînes parallèles pour réduire le courant d'impulsion par cellule et confirment que la radio n'atteint jamais sa coupure lors de l'émission la plus froide en fin de vie. Les packs ne doivent être chargés qu'après être revenus à environ 0 à 45 °C, et non lorsqu'ils sont gelés.
Pas pour la fonction réglementaire. Les AIS-SART selon les normes IEC 61097-14 et MSC.246(83) sont conçus pour environ 96 heures d'émission et les AIS-MOB personnels pour environ 48 heures, après des années de stockage sans utilisation ; c'est pourquoi les échantillons commerciaux utilisent du lithium primaire scellé (par exemple McMurdo SmartFind S5A, AMEC PLOMO-500 et SAILOR 5052). Une chimie rechargeable ne peut pas garantir cette disponibilité ; l'AIS rechargeable est cantonné aux transpondeurs portables alimentés et chargés par le navire ou le berceau.
Utilisez la norme IEC 61951-2 pour les performances des cellules NiMH portatives scellées, la norme IEC 62133-1 pour la sécurité des systèmes à nickel, la norme IEC 60945 pour l'environnement marin et la CEM, la norme IEC 60529 pour la pénétration IPX7, et la référence UN 3496 avec la disposition spéciale IATA A199 pour le transport aérien, qui n'impose pas les restrictions des marchandises dangereuses au lithium. L'appareil de détresse complet lui-même est marqué à barre MED au titre de la directive 2014/90/EU ; cette approbation n'est pas reportée sur le pack rechargeable.
Normes et points de référence de performance : résolution IMO MSC.149(77) et norme IEC 61097-12 (VHF bi-bidirectionnelle d'embarcation de survie ; 8 h à 1:9 ; durée de conservation du primaire) ; résolution IMO MSC.246(83) et norme IEC 61097-14 (AIS-SART) ; recommandation ITU-R M.1371 (caractéristiques techniques AIS, 161.975 / 162.025 MHz) ; IEC 61108 (GNSS) ; IEC 62287 (AIS de bord classe A/B) ; IEC 60945 (environnement et CEM des équipements de navigation et radio marins) ; IEC 60529 (code IP, IPX7) ; IEC 61951-2 (cellules NiMH portatives scellées) ; IEC 62133-1 (sécurité des cellules nickel) ; UN 3496 et disposition spéciale IATA A199 (transport NiMH) ; directive européenne 2014/90/EU (équipements marins, marque à barre MED) ; UK MSIS chapitre 12 (orientation 8 h minimum, 24 h préférées).
Données produits représentatives utilisées pour ancrer la frontière de chimie : Icom BP-234 (9,0 V, 3300 mAh, lithium primaire, IPX7, à utiliser avec l'IC-GM1600E), Icom BP-265 (Li-ion 7,2 V), Icom BP-291 (boîtier LR6 AA × 5), McMurdo SmartFind S5A AIS-SART (environ 96 h, stockage pluriannuel), AMEC PLOMO-500 AIS-SART et SAILOR 5052 AIS-SART. Tous les calculs de capacité, de courant et de tension de ce document sont des exemples d'ingénierie détaillés et marqués illustratifs ; les valeurs certifiées réelles de tout appareil sont celles de son certificat d'approbation de type et de sa fiche technique.
Weijiang Power fabrique des packs de batteries NiMH scellés et Li-ion et des berceaux de charge pour les portatives OEM marines et industrielles, y compris des packs rechargeables pour les VHF quotidiennes et de formation et les radios AIS portables. Nous dimensionnons chaque pack à partir du courant moyen du rapport cyclique, faisons correspondre la chaîne série 6S ou 8S à la fenêtre de tension de la radio, spécifions des cellules à fort débit pour les impulsions d'émission à froid et concevons le berceau autour d'une charge terminée par -delta V/dT ou à 0,1 C, de l'étanchéité IPX7 et de la résistance à l'air salin, en suivant la voie IEC 61951-2, IEC 62133-1 et UN 3496 (IATA A199). Nous ne remplaçons pas la batterie de détresse lithium primaire scellée et datée qu'exige le GMDSS ; nous construisons le matériel rechargeable qui garde les équipages entraînés et la flotte de radios quotidienne opérationnelle. Envoyez-nous la bande radio, la puissance d'émission, le rapport cyclique, la fenêtre de tension, la plage de température et l'objectif d'autonomie, et nous dimensionnerons le pack et l'interface de charge ensemble. Dans le document C, nous abordons le régime d'essais de type, de certification et de transport que le pack fini et son appareil doivent passer.
