L'alimentation en énergie: L'alternateur fournit plus de courant avec peu d'efforts

Hauke Schmidt

· 21.06.2024

L'alimentation en énergie : L'alternateur fournit plus de courant avec peu d'efforts

Photo : YACHT/A. Worms

L'alternateur ne fournit généralement pas ce qu'il pourrait

L'alternateur charge la batterie, donc la batterie au plomb. Vraiment ? Pourquoi celle-ci est-elle alors presque vide, même après un long séjour au port ? Parce que l'alternateur est, pour le dire simplement, stupide. Il ne fournit tout simplement pas autant d'énergie qu'il le pourrait. Mais il est facile de le tromper : avec un chargeur de batterie à batterie, qui peut en outre être facilement installé ultérieurement.

Sujets dans cet article

Le facteur décisif est la tension de charge
La distribution de l'électricité n'est souvent pas idéale
Déjouer l'alternateur avec un chargeur B2B
Le bon dimensionnement
Voici comment mettre à niveau un chargeur B2B
Aperçu de sept chargeurs B2B

De nos jours, rares sont les plaisanciers qui partent en croisière sans électricité. Les yachts sont généralement équipés d'une prise de quai, d'un chargeur et d'un banc de batteries dès le départ du chantier naval. Mais l'installation existante est rarement suffisante pour être séparé de la prise de quai pendant plus d'un week-end. Outre la capacité de la batterie, c'est surtout la technique de chargement qui fait défaut. Remplir les batteries pendant la nuit à partir du réseau terrestre de 230 volts n'est pas un art, les chargeurs performants sont depuis longtemps à la pointe de la technique.

Il est beaucoup plus difficile de maîtriser le bilan électrique sans raccordement à la terre. Certes, le moteur diesel intégré dispose de tout ce qu'il faut pour charger une batterie, mais le diable se cache dans les détails et rares sont les yachts qui sont équipés au départ du chantier naval de manière à ce que le moteur puisse être utilisé comme source de courant efficace.

Le facteur décisif est la tension de charge

La tension de charge de l'alternateur sur le diesel est généralement bien inférieure aux valeurs recommandées par les fabricants de batteries.

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Les batteries au plomb régulent d'elles-mêmes le courant de charge à la valeur autorisée si la tension correcte est appliquée aux bornes de la batterie. L'accent est mis sur "si". Pour les batteries au gel, il s'agit de 14,6 volts, les types AGM ont même besoin de 14,7 volts. Les régulateurs de série ne sont toutefois réglés que sur des tensions comprises entre 13,8 et 14,2 volts. Cela s'explique par leur origine dans le secteur automobile. L'alternateur y fournit tout le courant pendant la conduite. Lorsque le moteur ne tourne pas, il n'y a pratiquement pas de consommation d'énergie. Il suffit donc de maintenir la batterie du véhicule à son niveau de charge ; c'est ce qu'on appelle le fonctionnement en mode tampon.

Pour cela, 13,8 volts sont tout à fait appropriés. Avec des tensions plus élevées, une batterie pleine commencerait à dégazer et à s'endommager lors de longs trajets.

Or, sur les yachts, le fonctionnement est dit cyclique : Une grande quantité de courant est régulièrement prélevée de la batterie pour l'éclairage, la réfrigération, la radio, le pilote automatique et la navigation, et celle-ci doit ensuite être rechargée en un minimum de temps. Pour cela, des tensions de charge plus élevées sont nécessaires.

La distribution de l'électricité n'est souvent pas idéale

Le problème est encore aggravé par la simplicité de la distribution électrique. De nombreux chantiers utilisent encore des relais de séparation ou des répartiteurs à diodes pour coupler, outre la batterie de démarrage, un banc de consommateurs à l'alternateur.

Diodes de séparation : C'est le câblage typique lorsque les batteries sont séparées par un répartiteur à diodes à faibles pertes. Si un répartiteur à diodes conventionnel est utilisé, la tension de l'alternateur doit être augmentée, pour cela une diode dite de compensation est bouclée dans le câble d'alimentation du régulateur d'alternateur, mais cela n'est pas possible avec tous les alternateurs.

Photo : YACHTDiodes de séparation : C'est le câblage typique lorsque les batteries sont séparées par un répartiteur à diodes à faibles pertes. Si un répartiteur à diodes conventionnel est utilisé, la tension de l'alternateur doit être augmentée, pour cela une diode dite de compensation est bouclée dans le câble d'alimentation du régulateur d'alternateur, mais cela n'est pas possible avec tous les alternateurs.

C'est le cas de notre X-37 d'occasion. Le bateau était équipé par le propriétaire précédent de batteries AGM fraîches, mais il était dans son état d'origine du point de vue de la technique de charge, c'est-à-dire que le moteur et les batteries de consommation étaient connectés ensemble via un relais commandé par la tension dès que le moteur se chargeait.

Relais de séparation et diodes

Relais de charge : le commutateur électromécanique couple le moteur et l'accu de consommation dès que la tension d'entrée est suffisamment élevée. La charge des deux batteries s'équilibre alors, des courants très élevés circulent et les contacts peuvent se souder.

Diode ou répartiteur : Avec les diodes, jusqu'à 0,7 volt de tension de charge est perdu, sans compensation, la batterie ne sera pas pleine. Les répartiteurs électroniques contrôlent le flux de courant presque sans pertes et les batteries sont indépendantes. La courbe caractéristique inefficace de l'alternateur reste

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Photo : YACHT/Jozef Kubica

Les conséquences sont apparues après les premières journées de navigation avec des nuits au mouillage. Avec environ 70 ampères-heures, environ la moitié de la capacité utilisable était consommée. Or, l'alternateur de 80 ampères fournissait à peine 20 ampères de courant de charge, même au régime de croisière. Arrivé au port, le chargeur de quai a rapidement reconstitué les réserves avec 50 ampères. C'est un signe que les batteries ne sont pas le problème. Le câblage en tant que tel a également pu être exclu, seuls 0,1 volt ont été perdus entre l'alternateur et la batterie. Mais avec 13,6 volts, la tension de charge était plutôt faible. Un examen plus approfondi du comportement de charge a révélé l'évolution typique du courant d'une courbe caractéristique en W simple.

Courbe caractéristique W : une courbe caractéristique W, comme celle des régulateurs d'alternateur simples. Le courant de charge est uniquement déterminé par la résistance interne de l'accumulateur. Pour éviter le dégagement de gaz, la tension de charge est limitée à 13,8 - 14,2 volts.

Photo : YACHTCourbe caractéristique W : une courbe caractéristique W, comme celle des régulateurs d'alternateur simples. Le courant de charge est uniquement déterminé par la résistance interne de l'accumulateur. Pour éviter le dégagement de gaz, la tension de charge est limitée à 13,8 - 14,2 volts.

La pleine puissance du générateur n'est pratiquement disponible que lorsque la batterie est complètement déchargée ; même à moitié vide, la tension des batteries augmente rapidement et le courant de charge diminue fortement. Dans notre cas, le courant a chuté de 45 ampères initiaux à moins de 20 ampères en l'espace de cinq minutes. Le temps de fonctionnement du moteur pendant 15 minutes d'une manœuvre d'ancrage n'a donc permis de recharger que quatre ampères-heures.

L'énorme différence avec le chargeur de quai est due à la courbe caractéristique. L'appareil de 230 volts fonctionne avec une courbe caractéristique IUoU. La batterie reçoit d'abord autant de courant que le chargeur peut en fournir. C'est la phase "I", appelée internationalement "Bulk". La tension de la batterie augmente alors plus ou moins rapidement en fonction de l'état de charge. Lorsqu'elle atteint la valeur maximale pour la tension de charge, la première phase "U", en anglais "Absorption", commence : le chargeur limite la tension, le courant - désormais donné par la batterie - diminue.

Afin d'empêcher tout gazage à long terme, la tension est ramenée au bout d'un certain temps à la valeur dite de maintien. C'est la deuxième phase "U", appelée internationalement "float".

Courbe caractéristique IUoU : la courbe caractéristique IUoU possède une phase de charge principale avec un courant constant et une tension qui augmente continuellement. Lorsque la tension de fin de charge est atteinte, elle est maintenue et l'intensité du courant est réduite. En fin de charge, la tension est réduite

Photo : YACHTCourbe caractéristique IUoU : la courbe caractéristique IUoU possède une phase de charge principale avec un courant constant et une tension qui augmente continuellement. Lorsque la tension de fin de charge est atteinte, elle est maintenue et l'intensité du courant est réduite. En fin de charge, la tension est réduite

Mais ce procédé n'est maîtrisé que par des régulateurs haute performance coûteux, qui ne peuvent pas être combinés avec n'importe quel alternateur.

Déjouer l'alternateur avec un chargeur B2B

Il est nettement plus simple de déjouer la régulation de l'alternateur. C'est exactement ce que font les chargeurs alternateur-batterie ou batterie-batterie, également appelés boosters de charge ou chargeurs B2B. Alors que les premiers sont directement connectés à l'alternateur et possèdent des sorties séparées pour le démarreur et le consommateur, les chargeurs de batterie à batterie sont simplement connectés à la batterie du moteur. Le système électrique du moteur reste alors tel que fourni par le fabricant : La batterie de démarrage est directement reliée au démarreur et à l'alternateur, les éventuels relais de séparation ou répartiteurs à diodes ne sont plus nécessaires.

Le chargeur B2B simplifie l'installation, l'alternateur, le démarreur et la batterie de démarrage sont directement connectés, comme s'il n'y avait qu'un seul banc de batteries à bord. Le booster de charge alimente la batterie de service à partir de la batterie de démarrage et adapte également la courbe de charge au type de batterie. Dans le cas d'un booster de charge bidirectionnel, le câble reliant le chargeur de quai à la batterie de démarrage est également supprimé.

Photo : YACHTLe chargeur B2B simplifie l'installation, l'alternateur, le démarreur et la batterie de démarrage sont directement connectés, comme s'il n'y avait qu'un seul banc de batteries à bord. Le booster de charge alimente la batterie de service à partir de la batterie de démarrage et adapte également la courbe de charge au type de batterie. Dans le cas d'un booster de charge bidirectionnel, le câble reliant le chargeur de quai à la batterie de démarrage est également supprimé.

Les deux systèmes font en sorte que la tension de sortie de l'alternateur soit abaissée à environ 13,0 volts. Cette valeur est toujours supérieure à la tension de repos de la batterie de démarrage, qui n'est donc pas sollicitée. Mais le régulateur de l'alternateur voit pratiquement toujours une batterie de démarrage vide et veille à ce que la puissance fournie soit maximale. L'électronique du chargeur B2B détecte si elle est suffisamment chargée et si du courant de charge est disponible ; ce n'est qu'à ce moment-là que le convertisseur de tension intégré se met en marche et met à disposition de la batterie secteur la tension de charge optimale.

Une puissance de charge plus élevée de l'alternateur signifie également que la courroie trapézoïdale est soumise à une charge plus importante, c'est pourquoi il convient de vérifier fréquemment la tension. Éventuellement, passer à une courroie de la série Quadpower de Gates, qui maintient mieux la tension.

Photo : Yacht/N. GünterUne puissance de charge plus élevée de l'alternateur signifie également que la courroie trapézoïdale est soumise à une charge plus importante, c'est pourquoi il convient de vérifier fréquemment la tension. Éventuellement, passer à une courroie de la série Quadpower de Gates, qui maintient mieux la tension.

La mise à niveau d'un chargeur B2B est simple, car il n'est guère nécessaire de poser de nouveaux câbles. Surtout si, comme dans notre cas, un relais de coupure automatique était installé. Dans ce cas, le chargeur B2B peut pratiquement prendre sa place et seul un câble de masse supplémentaire est nécessaire.

S'il y a un répartiteur à diodes, il faut le retirer pour que la batterie du moteur soit directement reliée à l'alternateur, ensuite le câblage du chargeur B2B est identique.

L'idéal est d'installer le chargeur à proximité de la batterie de consommation, car il compense automatiquement la chute de tension sur le câble d'alimentation. Mais dans notre cas, il n'y avait pas assez de place à cet endroit. De plus, la ligne devenue superflue entre le chargeur de quai et la batterie de démarrage a également pu être utilisée. L'appareil choisi de Sterling Power fonctionne dans les deux sens, c'est-à-dire que lorsque la batterie du consommateur est chargée par le courant de quai, le chargeur B2B s'occupe automatiquement de la batterie du moteur. Cela permet de disposer d'une section de 40 millimètres carrés et la chute de tension est insignifiante.

La température peut être un problème lors de l'installation dans le compartiment moteur ; les appareils fonctionnent de manière extrêmement efficace et génèrent peu de chaleur perdue. Mais si le moteur chauffe trop l'environnement, il pourrait quand même faire trop chaud et le chargeur B2B s'arrêterait. Nous surveillerons les températures et, en cas de doute, nous déplacerons tout de même l'appareil en hiver.

Le bon dimensionnement

Le chargeur doit être dimensionné de manière à fournir 60 à 75 % de la puissance nominale de l'alternateur.

Pour un alternateur de 80 ampères, il faut donc choisir un chargeur avec un courant de charge de 60 ampères maximum. Un chargeur trop petit n'utilise pas tout le potentiel de l'alternateur. Un chargeur trop puissant prélève plus de courant dans la batterie de démarrage que ce que le moteur peut recharger. La tension d'entrée diminue alors et le chargeur B2B réduit sa puissance ou s'arrête complètement. Ainsi, tout le courant de charge de l'alternateur passe dans l'accumulateur de démarrage et sa tension augmente à nouveau jusqu'à ce que le chargeur B2B se réveille à nouveau et continue à charger l'accumulateur de consommation. Ce processus se répète en quelques minutes et retarde considérablement le processus de charge.

De telles oscillations marche-arrêt peuvent également se produire avec un chargeur B2B correctement dimensionné, lorsque le moteur tourne au ralenti et que l'alternateur ne fournit pas la pleine puissance, mais elles ne sont alors pas critiques.

S'il n'existe pas de modèle avec la puissance adéquate, il est possible de brancher plusieurs chargeurs en parallèle. Ou alors, on choisit un modèle plus puissant qui peut être étranglé. Chez Sterling Power, cela est possible via la télécommande en option. D'autres appareils, comme le nouvel Orion XS de Victron, peuvent être adaptés à la capacité de conduction de l'alternateur via une application, mais ne fonctionnent pas de manière bidirectionnelle.

Nous avons conçu le chargeur de manière plutôt conservatrice et avons choisi une variante de 40 ampères. Pour tirer le maximum de l'alternateur, il aurait également été possible d'installer un appareil de 70 ampères et de réduire sa puissance à 85 pour cent.

Le chargeur B2B 40 améliore déjà nettement le bilan énergétique, le courant maximal de l'alternateur est plafonné à environ 38 ampères, mais en contrepartie, il ne le fournit pas seulement pendant quelques minutes, mais en permanence, jusqu'à ce que la batterie ait atteint environ 80% de sa capacité.

Même lorsque le diesel tourne au ralenti, entre 35 et 38 ampères sont disponibles. Il serait possible d'améliorer encore le processus de charge en passant à des batteries au lithium. L'alternateur est déjà prêt pour cela.