mardi 1 septembre 2015

Plus loin avec l'électricité du camping car















Cet article complète et approfondit mes articles :

Par ailleurs, il fait un peu de prospective.



Un peu de vocabulaire

Pour comprendre les unités de mesure, lire ici.
Un camping car fonctionne avec du courant continu (acronyme DC en Anglais), contrairement à la maison où on utilise du courant alternatif (acronyme AC en Anglais).

Passons en revue les différents boîtiers électroniques que l'on trouve dans un camping car ; le plus souvent : 1 boitier = 1 fonction, mais nous verrons que certains appareils peuvent regrouper plusieurs fonctions.


Coupleur/séparateur
Il reçoit le courant produit par l'alternateur qui peut varier selon les modèles entre 80 et 170 ampères (pour les campings car récents c'est entre 140 et 170A) ; la tension produite par l'alternateur pour des batteries 12 volts est de 14,4V.
Ce courant de pointe (CP) délivré par un alternateur permet de calculer le courant maximum (CM) qui peut être délivré en permanence sans endommager l'alternateur ; CM = CP/3 (un alternateur de CP=170A , pourra donc fournir un CM=56A).
Le courant produit est utilisé pour charger en priorité la batterie moteur, puis la batterie cellule et le frigo.

Comme pour tout boitier électronique, il y a une perte dûe à l'utilisation de l'électronique (entre 5 et 10% de la puissance selon la conception). 
Pour un coupleur séparateur, la perte est en général de 0,6V ; il en résulte qu'il ne peut délivrer en sortie que 14,4-0,6 = 13,8 volts.
Cette valeur est insuffisante pour charger une batterie de service à fond.
En effet, une batterie pour être chargée à fond, doit recevoir des pointes à 14,5V (voire plus selon sa technologie).

Le coupleur/séparateur est prévu pour une capacité maximum de batterie définie par le constructeur ; en général, sur les campings cars récents, le courant produit en pointe est d'environ 50A dont 15A pour le réfrigérateur et 20A pour les batteries.
On n'utilise donc pas tout le courant maximum CM fourni par l'alternateur.

Si ce courant est suffisant pour des batteries au plomb ou des batteries à décharge lente de 120 Ah, c'est insuffisant pour des batteries de contenance supérieure.

Les boitiers modernes embarquent de l'intelligence :
avec le produit d'Innovtech pour les batteries traditionnelles, et le produit VICTRON pour les batteries lithium.



Booster
C'est un éleveur de tension qui remonte en cas de besoin à 14,5V, la tension du courant produit par un producteur d'énergie : coupleur/séparateur, pile au méthanol etc...
Il est associé à un chargeur. Les chargeurs intelligents ont une fonction booster intégrée. Cette fonction est inutile pour une batterie lithium qui n'a pas besoin d'être chargée à 100% et dont la courbe de charge n'a que 2 états.

A partir des moteurs Euro 5, les alternateurs fournissent le minimum de courant ; pour contourner le problème, les constructeurs mettent en place un booster qui fait aussi office de coupleur/séparateur (marques Redarc, Victron, Schaudt pour les plus connus).


Régulateur
Il sert à charger directement une batterie à partir de panneaux solaires, sans passer par une centrale électrique intelligente la plupart du temps (car ces dernières sont prévues aujourd'hui pour des panneaux de 150w maxi).
Il assure 2 fonctions en gros : convertisseur et chargeur intelligent.
Retenez que 300 Watts de panneaux solaires, produisent 30A en pointe (avec du soleil et en été !).
Pour approfondir, lire mon article sur les régulateurs solaires.


Convertisseur de tension
Il existe 3 modèles distincts :
1-Courant continu vers alternatif (ou convertisseur DC/AC ou onduleur)
Dans nos camping car, il transforme le courant continu de la batterie 12V en 220V alternatif (comme à la maison).
ça sert à quoi ? par exemple à utiliser son rasoir électrique comme à la maison.
Il est vendu pour une puissance de sortie maximum exprimée en watts.
Ainsi si vous branchez un sèche cheveux de 1000W sur un convertisseur de 600W, ce dernier va griller.

On le retrouve aussi dans les installations solaires de l'habitat isolé ; le 12 volts pouvant être remplacé par du 24 ou du 48V.

2-Courant alternatif vers continu (ou convertisseur AC/DC ou redresseur)
Dans nos camping car, il transforme le 220V extérieur en 12V pour recharger la batterie cellule, le frigo et souvent la batterie moteur.
Les bornes de camping car récentes fournissent un maximum de 16A répartis entre le fonctionnement du frigo trimixte et la recharge de la batterie de service.

3-Courant continu vers continu (ou convertisseur DC/DC)
Dans nos camping car, il transforme le 18V (environ) des panneaux solaires 12V (ou le 36V des panneaux 24V), en 12V pour recharger la batterie de service ; dans ce cas, il alimente un chargeur.
On peut aussi transformer facilement du 24V continu en 12V continu ou l'inverse.
Un exemple : un vélo électrique chargé en 18V continu (à partir du 220V), peut être chargé à partir du 12V avec ce type de convertisseur.


Chargeur de batterie
Il est responsable de la bonne recharge de la batterie, il doit donc être très intelligent pour que la batterie dure.
Pourquoi ? 
  • parce qu'il doit gérer chaque type de batterie : plomb, AGM, gel, lithium selon la courbe de charge idéale qui correspond à chaque type de batterie, et qui varie en fonction de la température autour de la batterie
    (la courbe de charge de la batterie lithium a 2 états, celle des autres types de batteries 6)
  • parce qu'il doit tenir compte du niveau de charge de la batterie

Idéalement on doit pouvoir lui indiquer la capacité de la batterie pour déterminer le courant maximum de charge, mais on s'en passe le plus souvent en travaillant sur la tension mesurée aux bornes de la batterie qui permet d'évaluer son niveau de charge et en mettant un courant de charge entre 10 et 20A. C'est très bien pour  recharger une batterie Agm de 100Ah, mais très insuffisant pour un parc batterie de plus grande capacité.
Si le chargeur est très intelligent, il intègre un booster en cas de besoin de tension plus élevée (c'est malheureusement rarement les cas pour les campings cars).

Vous pouvez approfondir dans mon article : choisir et faire durer sa batterie cellule.



La centrale électrique idéale :
Une centrale électrique intelligente devrait :
  • gérer tous les producteurs de courant de charge de la batterie de service, et ce quel que soit leur origine
  • gérer tous les consommateurs de courant qui utilisent le courant de la batterie de service ; cette partie est généralement bien traitée dans nos campings cars
Les producteurs de courants de charge peuvent être :
  • un alternateur ; dans ce cas on a le schéma d’enchaînement des fonctions suivant :
    alternateur -->coupleur/séparateur-->chargeur/booster
    sachant que le courant maximum est limité par le dimensionnement du coupleur/séparateur 
  • une borne 220Vdans ce cas on a le schéma d’enchaînement des fonctions suivant :
    borne 220V-->disjoncteur différentiel-->convertisseur AC/DC-->chargeur
    avec un courant rarement au dessus de 10A, et au plus à 16A
  • des panneaux solaires ; dans ce cas on a le schéma d’enchaînement des fonctions suivant :
    panneaux solaires-->régulateur 
  • un autre générateur de courant continudans ce cas on a le schéma d’enchaînement des fonctions suivant :
    générateur-->chargeur/booster
    dans la pratique, cette fonction est malheureusement absente et il faut faire un branchement direct sur la batterie de service



Dans la pratique

Tout camping car de moins de 15 ans dispose d'une centrale électronique, mais pas si intelligente pour la gestion des producteurs de courants de charge.
Les constructeurs ne jugent pas utile de fournir un plan électrique fonctionnel de leur installation avec la livraison de leurs campings cars (et en Français SVP !). 
C'est très dommage car pour réparer ou faire évoluer une installation, ce n'est pas toujours simple.

Le site campingcar-bricoloisirs.net nous donne quelques pistes grâce aux efforts des propriétaires.

Les camping car entre 2000 et 2008
Mon camping car, un intégral hymer de 2005, dispose d'une installation électrique de qualité (pour l'époque) qui délivre en roulant à la batterie un maximum de 15A en pointe.
A l'époque les camping car Hymer étaient livrés avec une batterie de 110 Ah.
On pouvait ajouter un panneau solaire de 100W maxi, un fusible de 10A est donc prévu à cet effet. 
C'est insuffisant pour mes 300W de panneaux solaires qui nécessitent un régulateur MPPT ; j'ai donc fait un branchement direct sur la batterie de service en passant par le régulateur.
C'est aussi insuffisant pour charger rapidement un parc de batteries de 200 Ah en technologie AGM ou lithium qui peut supporter respectivement des courants de charge en pointe de 50A et 100A.
Ces spécifications sont NON EVOLUTIVES.

Le chargeur n'est pas épaulé par un booster.
La centrale gère 2 types de batteries : plomb et gel ; pour les batteries AGM, on peut choisir l'un des 2 types ; j'ai choisi GEL (courbe de charge plus proche). 



Les campings cars après 2008
Leur installation électrique a peu évolué.
La batterie est chargée en roulant avec un courant de pointe de 20A au lieu de 15.
Voyez la section du fil qui arrive à votre batterie : du 6 mm2 permet sur 2m de transporter 30A maxi.
Le chargeur n'a toujours pas de booster associé.
La centrale ne supporte toujours pas 300W solaire, ou un générateur de courant continu externe (ou s'il y en a un, le courant arrivant à la batterie n'est pas plus fort).
Mais surtout les batteries sont toujours, en moyenne de 120Ah, ce qui est insuffisant pour faire du camping car dans des conditions confortables. C'est prévu pour un utilisateur qui va très souvent au camping recharger sa batterie.




Dans le futur

Les camions ont de l'électricité en 24V et on trouve toutes sortes d'appareils fonctionnant avec cette tension : alternateur, frigo, congélateur, TV...
Par ailleurs, aujourd'hui pour les futures voitures électriques, tous les constructeurs planchent sur des installations en 48V.

J'en déduis que dès aujourd'hui la batterie de service de nos campings cars peut être en 24V.
A capacité égale un parc de batteries 12V ou 24V pèse le même poids et a un même encombrement pour une même technologie ; mais en 24V, pour le transport du même courant qu'en 12V, la section des fils électriques peut être divisée par 2 ; ou a section égale, la longueur du câble de transport peut être multipliée par 2.

Exemple : pour transporter du 30A sur 4 mètres en installation 12V, vous prenez des fils de 8 mm2 , mais des fils de 4 mm2 en 24V. En 24V, en utilisant la même section que pour le 12V, et à intensité égale, vous pouvez aller non plus à 4m, mais à 8m.

En 48 volts le chiffre 2 devient 4 (par rapport au 12V) ! et je pense que d'ici 10 ans on y sera.
On voit donc que dans ce cas, on peut faire des installations avec des courants forts et des sections de fil modestes.
Cela permet par exemple d'utiliser facilement un micro ondes sur la batterie de service, ou de recharger rapidement une batterie lithium.

N'oubliez pas aussi que les prix des batteries lithium vont chuter d'ici 2020.
Par ailleurs, une nouvelle technologie pointe son nez : le super condensateur ; elle semble bien placée pour l'avenir de la voiture électrique sur de courts trajets.

Dans l'immédiat pour les gros parcs de batterie, le top est la technologie lithium qui a capacité égale pèse 2 fois moins lourd que toutes les autres, avec un volume 2 fois moindre ; mais attention cela nécessite un système de gestion de batterie de haut niveau (acronyme = BMS en Anglais).

Un exemple : un parc de batteries AGM de 200Ah pèse 75 kg environ, alors que son équivalent lithium pèse 37 kg. Imaginez un parc de 800Ah !
Le lithium est actuellement la meilleure technologie pour les batteries.

Mes souhaits
Je fais appel aux différents acteurs concernés, pour réfléchir à une solution camping car évolutive permettant de délivrer 50A en pointe :
  • en tenant compte de tous les types de batteries (dont lithium)
  • en choisissant le courant de pointe à envoyer à la batterie
  • avec un alternateur de 170A mini qui permette d'utiliser 50A en roulant
  • en intégrant un chargeur/booster intelligent et unique
  • en intégrant une sonde de température reliant la centrale à la batterie de service (c'est important)
  • en intégrant un régulateur solaire de 50A (pour 500W maxi de panneaux solaires)
  • on peut même ajouter une entrée pour les autres générateurs de courant (pile au méthanol, groupe électrogène résident...)

Cela permettrait aux nombreux énergivores avec des parcs de batteries 200 Ah et plus, de mieux faire vieillir les batteries et donc de prolonger leur durée de vie.
Cela évitera aussi de bricoler en ajoutant d'autres chargeurs plus ou moins intelligents qui menacent la durée de vie des batteries.

Pour les circuits consommateurs, merci d'intégrer aussi le frigo à compression (donc tout électrique) qui seul fait du froid par 40 °C dehors. Il suffit d'ajouter un commutateur électronique et un interrupteur marche/arrêt pour la fonction charge à partir de la batterie de service.
On pourrait l'utiliser aussi pour les autres types de frigo lors des traversées en ferry pendant lesquelles l'usage du gaz est interdit, et on n'a pas toujours droit à une prise 220V.

J'ai fait un petit schéma fonctionnel pour illustrer mes souhaits pour la gestion des producteurs de courant :
































En attendant qu'une telle solution existe un jour, vous pouvez la mettre en oeuvre à partir de  150 Ah de batterie soit :
  • en achetant un chargeur/booster intégré Redarc de 40A (attention votre alternateur doit faire au moins 120A) ; il ne lui manque que le convertisseur AC/DC qu'on peut facilement ajouter en externe. Le courant non utilisé par la batterie de service n'est pas récupérable. Il existe un chargeur spécifique pour le Lithium.
    Une alternative : le même type de produit de la société NDS (mais dont le régulateur solaire est limité en intensité)
  • en achetant des composants Mastervolt ou Victron, mais c'est une solution plus complexe à mettre en oeuvre (car non intégrée) et plus chère.
Pour les batteries lithium les solutions sont dans mon article : faut-il acheter des batteries lithium ?




Lire mes autres articles

    7 commentaires:

    1. Bonjour Thierry,

      Toujours aussi passionnant votre blog, merci.

      Je ne sais si ça peut être un complément de votre article ci-dessus et pour la préparation du prochain, je regarde ce système avec envie pour mon CC : http://www.revan.fr/ et http://www.blog-camping-car.fr/essai-batterie-lithium-revan-special-camping-car/

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    2. Bonjour,

      comme l'ont déjà exprimé les autres colistiers vos articles sont toujours très intéressants et ça doit vous prendre pas mal de temps à les écrire. Merci
      Concernant les prochaines batteries lithium ion, les plus prometteuses seront sans doute celles produites par « sakti 3 »en collaboration avec Dyson.
      http://www.autonet.ca/fr/2015/03/19/sakti3-batteries



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    3. Bonjour Thierry,

      Plus j'en sais (merci pour ton blog), plus ça se complique. Il semblerait que si on utilise un coupleur séparateur, la différence de capacité entre les deux batteries (moteur et service) ne peut pas excéder 20%. Ceci explique peut-être que les campérisations basées sur une Fiat Ducato proposent toutes une batterie de service de 90Ah. Ceci m'oblige à revoir mon schèma électrique si je veux une batterie de service de 150Ah en remplaçant le séparateur par un booster qui fasse office de séparateur (exemple: EM CHARGEUR BOOSTER 12V/12V CB12-20). En attendant la prochaine surprise...

      Francisco

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      1. Bonjour,
        Ce qui compte c'est le total en Ah que peut gérer le coupleur/séparateur. J'ai ma batterie moteur de 80A et ma batterie de service de 150Ah (total 230Ah) et je n'ai aucun problème car mon coupleur/séparateur peut traiter jusqu'à 300Ah.
        Je n'ai pas de booster. Les PS ou le 220V régularisent la situation.
        En première monte on fournit des batteries plus faibles par pure mesquinerie : c'est moins cher ! alors qu'on a besoin d'au moins 150 Ah.
        Cordialement

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    4. Bonjour,
      Connaissez-vous la centrale CBE 100?
      Je suis en train d'étudier la notice que je peux vous envoyer.
      Si je comprends bien.
      Je ne modifie pas le branchement de la batterie moteur. Je tire juste un câble (25mm2) de la borne + de cette batterie jusqu'au branchement de la centrale réservé à la borne + de la batterie moteur. Ce qui me simplifierait la vie.

      Questions :

      La masse... Je relie le - de la batterie de service ainsi que la borne - (sur la centrale) de la batterie de service au châssis?

      Il y a aussi un connecteur entrée de signal contact clé de démarrage.... Et là... Mystère... Je ne sais pas où je dois connecter ce fil (boîte à fusible du camion? Cosse quelque part dans le tableau de bord?)

      Merci :-)

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      1. Bonjour,
        Je ne connais pas la centrale CBE, il faut contacter un PRO comme
        http://www.solarboutik.com/
        Cordialeemnt

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    5. Bonjour

      Pourquoi ne parlez vous pas de la solution du répartiteur de charge ?

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