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Batteries: techniques de charge

Pour nous camping-caristes, les batteries sont un sujet sensible, celles-ci conditionnant notre autonomie électrique.

Remplacer les ampoules par des leds, installer un panneau solaire sont de bonnes résolutions, mais il faut également s'assurer que les appareils destinés à charger les batteries sont efficaces et respectueux de celles-ci.

Ces appareils sont :
- l'alternateur du moteur,
- le chargeur intégré,
- le panneau solaire,
- une éolienne,
- une génératrice (groupe électrogène, Gaspérini, pile à combustible...).

Pour la batterie de démarrage, on se contente d'une charge grossière, faite avec le régulateur de l'alternateur qui ne charge pas la batterie au dela de 80%. C'est satisfaisant, puisque la batterie sera rechargée aussitôt après avoir servi.

Pour la batterie de cellule, il faut beaucoup plus d'attentions, et l'électronique devient omniprésente. Qu'il s'agisse de chargeurs intégrés ou régulateurs solaires, on y perd son latin. Ce tutoriel a pour objectif de décrypter les termes utilisés.

Quelques termes


SOC: State of Charge = état de la charge, ou capacité résiduelle de la batterie. Soc = 100% indique une batterie pleine.

PPV: Panneau Photo-Voltaïque, ou encore panneau solaire.

Bulk: désigne la phase primaire de charge, entre 0 et 80% de charge

Boost: désigne la phase d'absorption dans la charge de batterie, de 80 à 100%

Float: désigne la phase finale, d'entretien ou veille.

MPPT, IUoU, PWM: voir plus bas.

Technologie des chargeurs


Le terme "chargeur" est ici générique. il peut s'agir du chargeur intégré, d'un chargeur portatif, d'un régulateur solaire...

Le basique


Chargeur de batterie de voiture basique
La photo ci-contre montre un chargeur de batterie automobile comme on en fait depuis des décennies. Il consiste en un transformateur abaisseur et un pont redresseur (diodes). Sans électronique, il envoie du courant en permanence, y compris quand la batterie est pleine.
S'il est trop puissant (> C/10), il abimera alors la batterie en fin de charge.

régulateur solaire basiqueCette autre photo montre un régulateur photovoltaique basique, tels ceux que l'on trouve dans les kits de panneau solaire d'accessoiristes.

Il n'assure aucune régulation du courant, se limitant à couper la jonction quand la tension maxi de batterie est atteinte.

Ces régulateurs sont à proscrire pour notre usage. Leur rendement est médiocre et ils accélèrent le vieillissement des batteries. Nos batteries sont chères et subissent des contraintes exigeantes. A proscrire pour les batteries GEL et AGM.

2 remarques:
- ces régulateurs se comportent comme un relais. Ils peuvent mettre le panneau en court-circuit, ou laisser leur connexion en l'air; les ppv supportent très bien ces 2 choses;
- on peut connecter un panneau solaire directement à la batterie, sans régulateur, si la puissance du panneau n'excède pas 1% de la capacité de la batterie. Exemple: 12 watts maxi (1 ampère) pour une batterie de 100 Ah.

PWM

Courbes comparées entre courant pulsé (pwm mli) et tension équivalenteDe l'anglais "Pulse with modulation". En français, MLI : "Modulation de largeur d'impulsion " ou plus simplement: courant pulsé.

C'est un artifice qui consiste à hacher le courant, à le couper en tranches plus ou moins larges, pour simuler une tension différente. Le graphique ci-contre aide à comprendre.

A gauche, l'impulsion est quasi-continue, la tension résultante est proche de la tension pulsée. Au milieu, l'impulsion devient moins large, puis à droite ce sont de petites impulsions espacées, pour une tension équivalente faible.
En fait, c'est toujours 15 volts qui sont injectés, mais seulement quelques fractions de seconde, donc une tension simulée de quelques volts seulement.

L'avantage du courant pulsé est de permettre au régulateur d'obtenir avec précision une tension précise. De plus, le choc impulsionnel réduit le phénomène de sulfatage des plaques.

Graphique MPPT

MPPT

Encore un acronyme anglais: Max Power Point Tracking, que l'on pourrait traduire par "Recherche du point de puissance optimal".

Le graphique ci-contre montre la courbe courant-tension (I-V) d'une cellule solaire. Nos panneaux en comptent une trentaine qui donne une tension maxi d'environ 24 volts.

Un PPV (panneau solaire) produit un courant à la tension de la charge qui lui est attachée, ici la batterie. Cette tension de travail est importante. Si elle n'est pas bien choisie, une partie importante de l'énergie est perdue.
Pour comprendre, étudions le graphique. Si on choisi cette tension, par exemple, à 14,5 volt (point A), on aura un courant de 2,6 ampères, soit P=U * I = 37,7 watts, représenté par le rectangle jaune.
Maintenant, choisissons le point B: 19,2 volt, 1,9 ampères soit 36,4 watts, c'est encore moins. (la surface du rectangle vert est encore plus petite).

Mieux que A ou B, il y a le point MPP (max power point), rectangle rouge, avec 17,3 volts et 2,5 A soit 43,2 watts (rectangle rouge).

Le travail du processeur du régulateur sera de traquer en permanence la tension de ce point MPP, pour optimiser l'énergie envoyée à la batterie.
On pourrait se demander pourquoi ne pas fixer cette valeur. La raison est que ce point MPP varie en fonction du panneau, mais aussi des conditions d'ensoleillement, qui varient en permanence, et aussi de température, puisque la puissance d'un panneau diminue quand la t° augmente !

Cette technologie MPPT augmente la production entre 10 et 30%, et la valeur 30% est obtenue dans les conditions de faible ensoleillement, là où on en a le plus besoin !

IUoU


Graphique de charge IUoUIUoU signifie Courant constant puis Tensions constantes. Ce terme désigne un mode de charge en plusieurs phases, ce que permettent les chargeurs modernes grâce aux microprocesseurs qui les équipent.

1) La première phase de la charge se passe en courant constant (I). Les ampères sont fixes, la tension (volts) augmente progressivement, et ce jusqu'à atteindre environ 14 volts (point 1), soit 80% de charge. C'est la phase "bulk".

2) En phase 2, c'est la tension (U) qui reste constante, pour terminer les 20% de charge restant sans brusquer la batterie, avec une intensité qui décroit progressivement, jusqu'à ne plus plus décroitre (point 2). A cet instant, la batterie est pleine (100%), le chargeur coupe toute charge et laisse la batterie se stabiliser pour mesurer sa tension de repos. C'est la phase d'absorption, aussi appelée "Boost".

3) En phase 3, on applique de nouveau une tension constante U, égale à la valeur de repos de la batterie pleine, et ce de façon infinie. C'est la phase d'entretien (floating) dont le but est de compenser les pertes d'autodécharge, sans surcharger la batterie. Ni trop, ni trop peu.


Foire aux questions


Quel est le meilleur régulateur: basique, PWM, IUoU ou MPPT ?
Ces termes ne désignent pas des marques, ni même des technologies concurrentes. En fait, le meilleur régulateur sera un MPPT qui charge en 3 ou 4 phases (IUoU) en courant pulsé (PWM).

Les régulateurs vendus dans notre boutique (Solaire photovoltaique) sont tous de type IUoU PWM, et aussi MPPT.

Quel est le meilleur régulateur pour les batteries GEL ?
Les batteries GEL ont des tensions spécifiques inférieures aux autres batteries plomb. Aussi il est important de choisir des chargeurs et régulateurs qui présentent une position "Gel" ou permettent de paramétrer les tensions. Exemple: Solaire Tracer Régulateur MPPT ou Régulateur 30 Ampères MaxPepite.


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Créé le 06-12-2013 à 19h40.
Modifié le 07-12-2013 à 23h18.

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