Oggi quasi nessun velista naviga senza elettricità. Di solito gli yacht sono dotati di un collegamento alla rete elettrica, di un caricabatterie e di un banco di batterie direttamente dal cantiere. Tuttavia, l'impianto esistente è raramente sufficiente per essere scollegato dalla presa di corrente per più di un fine settimana. Oltre alla capacità delle batterie, manca anche la tecnologia di ricarica. Il rabbocco delle batterie durante la notte dalla rete elettrica a 230 volt non è un problema e i caricabatterie potenti sono da tempo lo stato dell'arte.
È molto più difficile tenere sotto controllo il bilancio energetico senza un collegamento a terra. Sebbene sul diesel incorporato sia disponibile tutto ciò che serve per caricare una batteria, il diavolo si nasconde nei dettagli e quasi nessuno yacht è equipaggiato dal cantiere in modo tale da poter utilizzare il motore come fonte di energia effettiva.
Il fattore decisivo è la tensione di carica
La tensione di carica dell'alternatore sul diesel è solitamente molto inferiore ai valori raccomandati dai produttori di batterie.
Le batterie al piombo regolano automaticamente la corrente di carica al valore consentito se ai morsetti della batteria viene applicata la tensione corretta. L'accento è posto su "se". Per le batterie al gel si tratta di 14,6 volt, per quelle AGM addirittura di 14,7 volt. Tuttavia, i regolatori standard sono impostati solo su tensioni comprese tra 13,8 e 14,2 volt. Ciò è dovuto alla loro origine nel settore automobilistico. In questo caso, l'alternatore fornisce tutta l'energia durante la guida. Quando il motore non è in funzione, non viene consumata quasi nessuna energia. La batteria del veicolo deve quindi essere mantenuta nel suo stato di carica, il cosiddetto funzionamento tampone.
Una tensione di 13,8 volt è perfetta per questo scopo. A tensioni superiori, una batteria piena inizierebbe a gassare e si danneggerebbe durante i lunghi viaggi.
Negli yacht, tuttavia, questo è noto come funzionamento ciclico: La batteria assorbe regolarmente una grande quantità di energia per il funzionamento delle luci, del raffreddamento, della radio, dell'autopilota e della navigazione e deve essere ricaricata nel più breve tempo possibile. Ciò richiede tensioni di carica più elevate.
La distribuzione dell'energia spesso non è ideale
Il problema è aggravato dalla semplice distribuzione dell'energia. Molti cantieri navali utilizzano ancora relè di isolamento o distributori di diodi per collegare un banco di utenze all'alternatore oltre alla batteria di avviamento.
Questo era anche il caso del nostro X-37 usato, che era ancora dotato di batterie AGM fresche dal precedente proprietario, ma l'imbarcazione era nel suo stato di carica originale, cioè le batterie del motore e dell'utenza erano collegate insieme tramite un relè controllato dalla tensione non appena l'unità era in carica.
Relè e diodi di isolamento
Le conseguenze sono apparse evidenti dopo i primi giorni di navigazione con le notti all'ancora. Con circa 70 ampereora, era stata consumata circa la metà della capacità utilizzabile. Tuttavia, l'alternatore da 80 ampere forniva a malapena 20 ampere di corrente di carica anche a velocità di crociera. Una volta in porto, il caricabatterie da terra ha rapidamente reintegrato le riserve con ben 50 ampere. Un'indicazione del fatto che il problema non sono le batterie. È stato possibile escludere anche il cablaggio in quanto tale, con una perdita di soli 0,1 volt tra l'alternatore e la batteria. A 13,6 volt, tuttavia, la tensione di carica era piuttosto scarsa. Un'analisi più approfondita del comportamento di carica ha rivelato la tipica curva di corrente di una caratteristica W semplice.
La piena potenza del generatore è praticamente disponibile solo quando la batteria è completamente scarica; anche quando è mezza vuota, la tensione delle batterie sale rapidamente e la corrente di carica diminuisce drasticamente. Nel nostro caso, la corrente è scesa dai 45 ampere iniziali a meno di 20 ampere in cinque minuti. Il tempo di funzionamento del motore di 15 minuti per una manovra di ancoraggio ha quindi reintegrato solo quattro ampereora.
L'enorme differenza rispetto al caricabatterie da terra è dovuta alla curva caratteristica. Il dispositivo a 230 volt funziona con una curva caratteristica IUoU. La batteria riceve inizialmente tutta la corrente che il caricabatterie è in grado di fornire. Questa è la fase "I", conosciuta internazionalmente come "bulk". La tensione della batteria aumenta più o meno rapidamente a seconda dello stato di carica. Quando raggiunge il valore massimo della tensione di carica, inizia la prima fase "U" (assorbimento): il caricabatterie limita la tensione e la corrente, ora specificata dalla batteria, diminuisce.
Per evitare la formazione di gas a lungo termine, la tensione viene ridotta al cosiddetto valore di mantenimento dopo un certo periodo di tempo. Questa è la seconda fase "U", conosciuta internazionalmente come "float".
Tuttavia, questo processo è possibile solo con costosi regolatori ad alte prestazioni, che non possono essere abbinati a tutti gli alternatori.
Sfidare l'alternatore con un caricabatterie B2B
È molto più facile ingannare la regolazione dell'alternatore. Questo è esattamente ciò che fanno i cosiddetti caricatori da alternatore a batteria o da batteria a batteria, noti anche come caricatori di carica o caricatori B2B. Mentre i primi sono collegati direttamente all'alternatore e hanno uscite separate per il motorino di avviamento e l'utenza, i caricabatterie da batteria a batteria sono semplicemente collegati alla batteria del motore. L'impianto elettrico del motore rimane quello fornito dal costruttore: La batteria di avviamento è collegata direttamente al motorino di avviamento e all'alternatore, eliminando la necessità di relè di isolamento o distributori di diodi.
Entrambi i sistemi assicurano che la tensione di uscita dell'alternatore sia ridotta a circa 13,0 volt. Questo valore è ancora superiore alla tensione a circuito aperto della batteria di avviamento, che quindi non è sotto carico. Tuttavia, il regolatore dell'alternatore riconosce praticamente sempre una batteria di avviamento scarica e garantisce la massima potenza in uscita. L'elettronica del caricabatterie B2B riconosce se la batteria è sufficientemente carica e se è disponibile la corrente di carica; solo allora il convertitore di tensione integrato entra in funzione e fornisce alla batteria di rete la tensione di carica ottimale.
L'installazione a posteriori di un caricabatterie B2B è semplice, poiché non è necessario posare nuovi cavi. Soprattutto se, come nel nostro caso, è stato installato un relè di interruzione automatica. In questo caso, il caricabatterie B2B può praticamente occupare la sua posizione ed è necessario solo un cavo di terra aggiuntivo.
Se è presente un distributore a diodi, questo deve essere rimosso in modo che la batteria del motore sia collegata direttamente all'alternatore, quindi il cablaggio del caricabatterie B2B è identico.
È ideale se il caricabatterie è installato vicino alla batteria di consumo, in quanto compensa automaticamente la caduta di tensione sulla linea di alimentazione. Nel nostro caso, tuttavia, non c'era spazio sufficiente. Inoltre, si potrebbe utilizzare il cavo ridondante dal caricabatterie da terra alla batteria di avviamento. Il dispositivo scelto da Sterling Power funziona in entrambe le direzioni: quando la batteria di consumo viene caricata tramite la rete elettrica, il caricabatterie B2B si occupa automaticamente della batteria del motore. Ciò significa che è disponibile una sezione di 40 millimetri quadrati e che la caduta di tensione è trascurabile.
Un problema dell'installazione nel vano motore può essere la temperatura; i dispositivi funzionano in modo estremamente efficiente e generano poco calore di scarto. Tuttavia, se il motore riscalda troppo l'ambiente circostante, potrebbe comunque riscaldarsi troppo e il caricabatterie B2B si spegnerebbe. Monitoreremo le temperature e, in caso di dubbio, riposizioneremo il dispositivo in inverno.
Il giusto dimensionamento
Il caricabatterie deve essere dimensionato in modo da fornire il 60-75% della potenza nominale dell'alternatore.
Con un alternatore da 80 ampere, si dovrebbe quindi scegliere un caricabatterie con una corrente di carica massima di 60 ampere. Un caricabatterie troppo piccolo non sfrutta appieno il potenziale dell'alternatore. Un caricabatterie troppo potente assorbe dalla batteria di avviamento una quantità di corrente superiore a quella che il motore può ricaricare. Ciò provoca un calo della tensione di ingresso e il caricabatterie B2B riduce l'uscita o si spegne completamente. Di conseguenza, l'intera corrente di carica dell'alternatore fluisce nella batteria di avviamento e la sua tensione aumenta di nuovo fino a quando il caricabatterie B2B si risveglia e continua a caricare la batteria di consumo. Il processo si ripete nel giro di pochi minuti e ritarda notevolmente il processo di carica.
Tali oscillazioni on-off possono verificarsi anche con un caricabatterie B2B correttamente dimensionato quando il motore è al minimo e l'alternatore non eroga tutta la potenza, ma non sono critiche.
Se non c'è un modello con la giusta potenza, è possibile collegare in parallelo più caricabatterie. Oppure si può scegliere una versione più potente che può essere regolata. Con Sterling Power, questo è possibile utilizzando il telecomando opzionale. Altri dispositivi, come il nuovo Orion XS di Victron, possono essere adattati alle prestazioni dell'alternatore tramite un'app, ma non funzionano in modo bidirezionale.
Abbiamo progettato il caricabatterie in modo piuttosto conservativo, scegliendo una variante da 40 ampere. Per ottenere il massimo dall'alternatore, sarebbe stato possibile installare un'unità da 70 ampere e limitarne la potenza all'85%.
Anche il caricabatterie B2B serie 40 migliora notevolmente il bilancio energetico; la corrente massima dell'alternatore è limitata a circa 38 ampere, ma non viene erogata solo per pochi minuti, bensì in modo continuo fino a quando la batteria non ha raggiunto circa l'80% della sua capacità.
Anche quando il diesel è al minimo, sono disponibili tra i 35 e i 38 ampere. Il processo di ricarica potrebbe essere ulteriormente migliorato passando alle batterie al litio. L'alternatore è già pronto per questo.
Come adattare un caricatore B2B
L'installazione è semplice, le sezioni dei cavi e i fusibili devono essere conformi alle specifiche.
Sette caricatori B2B in sintesi
Sono disponibili numerosi booster di ricarica per sistemi a 12 volt, una selezione di dispositivi di corrente
- Modello Booster di carica
- Prezzo A partire da 469 euro
- Corrente d'ingresso/riducibile 30A; 50A/no
- Curva caratteristica, batteria al piombo-acido IUoU
- Tipi di batteria supportati Umido, AGM, Gel, LiFePo4
- Sensore di temperatura Batteria
- Telecomando/display Sì
- Attivazione D+, tensione
- Caratteristiche speciali Sensore di tensione
- Ricarica bidirezionale No
- Modello Potenza perfetta
- Prezzo A partire da 205 euro
- Corrente d'ingresso/riducibile 10A; 20A; 40A/no
- Curva caratteristica, batteria al piombo-acido IUoU
- Tipi di batteria supportati Umido, AGM, gel
- Sensore di temperatura Batteria (opzionale)
- Telecomando/display No
- Attivazione D+, accensione
- Caratteristiche speciali Nessuno
- Ricarica bidirezionale No
- Modello Mac Plus
- Prezzo 655 Euro
- Corrente d'ingresso/riducibile 50A/regolabile
- Curva caratteristica, batteria al piombo-acido IUoU
- Tipi di batteria supportati Umido, AGM, Gel, LiFePo4
- Sensore di temperatura Batteria
- Telecomando/display Opzionale
- Attivazione Tensione
- Caratteristiche speciali Sensore di tensione, bus Czone
- Ricarica bidirezionale No
- Modello DCE 12
- Prezzo 595 Euro
- Corrente d'ingresso/riducibile 65A/regolato
- Curva caratteristica, batteria al piombo-acido IUoU
- Tipi di batteria supportati Umido, AGM, Gel, LiFePo4
- Sensore di temperatura Batteria, Lima
- Telecomando/display Opzionale, via autobus
- Attivazione Tensione
- Caratteristiche speciali P-Bus, configurabile
- Ricarica bidirezionale No
- Modello Serie Saturn
- Prezzo A partire da 249 euro
- Corrente d'ingresso/riducibile 10-200A/ tramite telecomando
- Curva caratteristica, batteria al piombo-acido IUoU
- Tipi di batteria supportati Umido, AGM, Gel, LiFePo4
- Sensore di temperatura Batteria
- Telecomando/display Opzionale
- Attivazione Accensione, tensione, vibrazioni
- Caratteristiche speciali Nessuno
- Ricarica bidirezionale Sì, a metà potenza
- Modello Orione XS
- Prezzo 417 Euro
- Corrente d'ingresso/riducibile 50A/via app
- Curva caratteristica, batteria al piombo-acido IUoU
- Tipi di batteria supportati Umido, AGM, Gel, LiFePo4
- Sensore di temperatura Batteria
- Telecomando/display Via app, via autobus
- Attivazione Accensione, tensione, BMS
- Caratteristiche speciali Sensore di tensione tramite bus VE
- Ricarica bidirezionale No
- Modello VCC1212
- Prezzo A partire da 180 euro
- Corrente d'ingresso/riducibile 24-90A; 50A/sì
- Curva caratteristica, batteria al piombo-acido IUoU
- Tipi di batteria supportati Umido, AGM, Gel, LiFePo4
- Sensore di temperatura Batteria
- Telecomando/display Opzionale
- Attivazione D+, tensione
- Caratteristiche speciali Sensore di tensione
- Ricarica bidirezionale No
