Pratiques et Techniques de la Plaisance

Préambule :
Cet article technique est destiné surtout à des bricoleurs ayant des bases en électronique, ou à des personnes expertes pour ce type de produit et généreux de leur temps libre, et tout simplement, à des curieux. Il présente la réalisation d’un chargeur/contrôleur d’alternateur à deux sorties indépendantes beaucoup moins onéreux que ceux proposés de chez les professionnels du nautisme.
Jusqu’ici, rien de très nouveau (quoique moins habituel pour les deux sorties), son intérêt est surtout de réaliser un appareil fonctionnel, évoluable, et peu onéreux !

Rappel :
Nos véhicules motorisés habituels sont équipés d’alternateurs qui rechargent nos batteries à une tension régulée et fixe d’environ 14.4v.
C’est la tension nécessaire à nos batteries acide/plomb pour être rechargées à 100%.
Une fois ce niveau atteint , cette tension devrait redescendre à 13.4v (ou 13.6v selon les batteries), Ce qui n’est pas le cas pour nos alternateurs conventionnels. Au risque de voir décroître leur durée de vie
Pour une voiture faisant des trajets de moins d’une heure, ce problème est plus négligeable que pour un bateau naviguant au moteur pendant 30 heures.
C’est pourquoi certaines firmes répondent à cette demande avec des chargeurs d’alternateur, ou des régulateurs d’alternateur intelligents, surveillant et exécutant des modes de charge selon les besoins spécifiques des batteries
En ce qui me concerne, c’est un point technique que j’avais mis de coté lors de la préparation de mon bateau pour un grand voyage. N’ayant pas beaucoup d’expérience en navigation à ce moment, je pensais, naïvement, que je n’utiliserai mon moteur essentiellement que pour les entrées et sorties des ports.
Pffff... La météo hivernale en méditerranée m’a rafraîchi l’esprit avec quelques seaux d’eau

Le projet

• L’appareil s’installe entre l’alternateur (ou deux) et les deux parcs de batteries.
• Il utilise un petit nombre de composant électronique.
• il est basé sur une carte Arduino.
• Il m’est revenu à moins de 40€ (en comptant les deux cartes Arduino que j’ai grillées, mais c’étaient des génériques low coast).

Qu’est ce que l’Arduino ?
Pour les néophytes, c’est une petite carte électronique qui possède des entrées et sorties, en les utilisant selon la demande du programme que l’on lui a injecté.

• Cela rend l’appareil modifiable, évoluable et réglable (ne serait ce que pour les tensions d’absorption ou floating, en fonction du type de batterie utilisée).
  Alors, n’ayez pas peur, si l’électronique vous attire vers l’aventure mais que la programmation vous donne des boutons, je vous livre le programme sur un plateau, ainsi que le schéma électronique, la liste des composants et un peu d’explication :
  Pour chaque sorties, le controleur utilise des transistors « mosFets » avec un système PWM (modulation de largeur d’impulsion) qui régule la tension fournie par l’alternateur, en tension d’entretien pour la batterie lorsqu’elle est en mode « Float ».

• Des relais de puissance sont utilisés pour laisser passer la puissance habituelle de l’alternateur aux batteries , en mode « Absorption ». (Pas de mode Boost, juste ce que l’alternateur donnerait si le controleur n’était pas installé)
• 2 Transistors MosFets de 52 Ampères chacun et un relais de 40A, pour la sortie « Batterie servitude ».(2 transistors car pour ma part, en navigation, la servitude n’est pas mal utilisée).
• 1 Transistor MosFets de 52 Amperes et un relais de 75 Ampères pour la sortie « Batterie moteur ».
  ( Ici un seul transistor car une fois le moteur en marche et la batterie pleinement rechargée, celle-ci ne donne plus rien. Mais un relais de 75A car souvent, juste après le démarrage, l’alternateur est solicité pour recharger la batterie et pour alimenter le guindeau, qui est branché sur cette meme batterie.)
  

Le logigramme :

Sur mon installation, j’utilise un alternateur de 100A.
J’ai aussi utilisé un petit écran LCD qui m’a surtout servi à connaitre les valeurs de réglage, mais n’est pas du tout indispensable. Il pourrait etre aussi utilisé pour rapporter des informations sur un tableau de contrôle.
Le boitier mesure 160x140x80 mm.

Montage

• Sur mon installation, j’utilise un alternateur de 100A.
• J’ai aussi utilisé un petit écran LCD qui m’a surtout servi à connaitre les valeurs de réglage, mais n’est pas du tout indispensable. Il pourrait etre aussi utilisé pour rapporter des informations sur un tableau de contrôle.
• Le boitier mesure 160x140x80 mm.
• Trois LEDs sont installées en façades du boitier. Une verte pour indiquer la mise en marche du système, une bicolore pour chaque sortie afin d’indiquer le mode de charge

A titre d’information : je ne connaissais rien à la programmation et je ne suis pas électronicien.
Mais après de nombreuses heures de recherche et d’auto-apprentissage, bah ça marche quoi... !
Du coup, j’espère que ce petit dossier vous dispensera des prises de tète que j’ai surmontées.

Petit détail qui me turlupine à propos des chargeurs dit « intelligents » :

• En général, les chargeurs de quai ou d’alternateur à plusieurs étapes (et même, les contrôleurs de charge de panneaux solaire , éolienne et tout ce qui charge « intelligent"), changent d’ étapes au long de leur cycle en fonction de l’intensité à leurs sorties.
  • Exemple : en dessous de 10% de l’intensité nominale, les chargeurs passent du mode « Absorption » au mode « Float » car ils considèrent la batterie rechargée.
    • Un exemple réel : mon chargeur de quai de 40A, devrait attendre que le courant de charge soit inférieur à 4A pour passer au mode « Float » . Seulement, mon frigo consomme à lui tout seul ces 4 Ampères.
    • Et je ne parle pas de l’ordinateur de bord, des lumières…
  • Bref, l’ampèremètre intégré dans le chargeur ne différencie pas l’intensité consommée par l’utilisateur et celle de la batterie, et ne passera pas au mode de charge d’entretien « Float » tant que le courant de consommation + le courant de charge sont inférieurs à ces 4 Ampères !
    Toujours dans cet exemple concret, la batterie restera tout au long de la soirée en mode Absorption alors qu’elle est a 100% depuis déjà 3 hrs. Et cela se répète chaque jour !
• J’ai donc utilisé cet argument pour me simplifier la vie en asservissant les modes de charge sur le temps et les tensions des batteries.

• Liste des composants :
  D1,D2,D3,D4 : diode 1A 1N4007
  Fuse : fusible 500mA
  RlyN : Relais HM4101
  Régulateur de tension LM7809
  RlyM : Relais type voiture 12V 70A MAH-8-112-A
  RlyS : Relais type voiture 12V 40A Rlac4/12
  Z1,Z2 : Diode zener 10v
  C1, C2, C4, C5 : Condensateur chimique 25v 10μf
  C3 : Condensateur céramique10 nF
  T1, T2 : transistor a jonction 2N3904
  T3, T4 : transistor darlington TIP101
  Q1, Q2, Q3 : transistors MosFet IRF4905
  Les résistances 1/4Watt :
  R1, R6 : 10KΩ
  R2, R7 : 2.2KΩ
  R3, R13 : 560Ω
  R8 : 300Ω
  R9, R10, R11, R12 : 600Ω
  R14 : 250Ω
  Arduino Nano V3 .
  LCD display 16x4 PCF8574 I2C

On pourrait imaginer en terme d’évolution :

• Des sorties batterie supplémentaire ( ex : batterie guindeau)
• Un bouton déporté pour renvoyer un cycle complet.
• Un Ecran LCD déporté annonçant les modes et tensions de chaque parc.
• Sonde de température sur dissipateur de chaleur des transistors pour une ventilation forcée.
• Des sondes de température pour chaque parc afin de compenser les tensions de charge.
• Une sonde de température pour protéger l’alternateur.
• Une sonde d’intensité pour chaque parc batterie. Afin d’asservir le contrôleur et même de reporter cette information sur l’écran , à condition que ces sondes soient externes pour ne mesurer que le courant de charge (moi je dis ça, je dis rien..).
• Un déclencheur pour cafetière électrique 12v ou machine à glaçons...ect...

Pour finir : ce module a été réalisé en fonction de mes besoins, il est évident que certain trouveront à redire sur les détails et c’est justement le but de vous le présenter, afin de l’adapter.

Notice de programmation :
Programme a injecter dans la carte Arduino pour ceux que ça intéresse de reproduire