Energie

3 juin 2017 // Alain // Préparation

Nous avons utilisé notre meilleur logiciel de CAO (Cahier Assisté par Ordinateur) pour pondre le schéma de l’installation électrique.

Expression de besoin

Notre besoin énergétique supplémentaire s’établit à 60 w pour recharger, un à un, nos équipements audio/vidéo lors des déplacements ou à l’arrêt.

L’alternateur fournissant 450 w, sa puissance reste suffisante même dans le cas le plus défavorable où nous circulons de nuit (ce qui n’arrivera qu’exceptionnellement voire jamais).

A l’arrêt nous souhaitons bénéficier d’une source d’énergie 12 v supplémentaire et indépendante de la batterie de démarrage, pour suppléer éventuellement à une faiblesse des batteries autonomes des équipements électroniques. A l’arrêt, le système devra être isolé par un unique coupe batterie.

Spécifications

Il y aura donc deux batteries, l’une de démarrage, l’autre stationnaire.

Elles seront couplées / désacouplées via un interrupteur (bien plus simple qu’un coupleur / séparateur automatique)

Basées sur une technologie LIFEPO4, ces deux batteries seront intégrées dans un même boîtier qui rentre en lieu et place de la batterie au plomb actuelle.

Le système est complété par un module hacheur abaisseur réglable en tension et courant. Ce module peut ainsi remplacer toutes les alimentations des équipements à recharger, moteur tournant via l’alternateur ou à l’arrêt via la batterie stationnaire.
Un panneau solaire pliable 60W 12V et une alimentation AC/DC 220 /24V complètent le dispositif et permettent toutes les combinaisons possibles de rechargement (hors alternateur) des deux batteries ou des équipements audio/vidéo via le module réversible.

Assemblage de la double batterie (démarrage et stationnaire)

Partie démarrage capacité 9AH en 4S avec un CCA de 360A

Partie stationnaire capacité 12,8 AH en 4S pour un courant de sortie max de 6A.

L’ensemble prend place dans un boîtier aluminium sur mesure étanche, de la même dimension que la batterie d’origine L 165, H 150, P 80

Il y a donc deux sorties une de puissance pour le démarreur et une annexe pour alimenter les équipements audio et vidéo.

Sur la balance le montage accuse 2,9 kg (6 kg pour batterie au plomb d’origine).

Avantages des batteries LIFEPO4 :

rapport poids / capacité très avantageux,
équipées de BMS qui contrôle charge, décharge, équilibrage, inversion de polarité, surcharge, sur-décharge, sur-tensions, sur-courant et même la température (la totale en somme),
nombre de cycles standard de recharge 2000 (pour mémoire plomb = 500, lithium ion = 800),
recharge rapide à 1/2 C (pour mémoire batterie plomb à 1/10 C).

Inconvénients :

le prix,
une décharge à plus de 80 % ampute la capacité du nombre de cycles de recharge,
une décharge à plus de 95 % provoque des dégâts irréversibles,
requiert un chargeur spécifique.

Attention

Dans une LIFEPO4 de démarrage moto (donc petite capacité et petit volume), le BMS ne contrôle pas la décharge compte tenu des courants instantanés en jeu lors de l’appel du démarreur de l’ordre d’une centaine d’ampères et plus.

En effet, s’il fallait concevoir un contrôle de la décharge avec des circuits supportant de tel courant, d’une part la taille de ces composants serait bien supérieure à celle des cellules de la batterie et d’autre par avec un coût de la technologie LIFEPO4 déjà élevé, le produit final serait économiquement invendable.

Donc pour éviter de tuer la batterie de démarrage, en laissant les feux allumés par exemple, coupe batterie et discipline, obligatoires, plus tous les mois environ un petit coup d’équilibreur, dans le cas présent c’est la batterie stationnaire qui, à travers un circuit équilibreur, va réaliser la fonction à la demande.

Nota bene

La source de charge principale est bien entendu l’alternateur soit une tension comprise entre 13V et 14,6V.

Si nous allons voir qu’une batterie LIFEPO4 demande une courbe de charge spécifique, sa charge complète doit se faire, en plus, sans discontinuité pour conserver le potentiel de nombre de cycles de recharge. L’idéal étant de procéder à une décharge à 80 % avant recharge.

Ni l’alternateur, ni la conduite avec les nombreux arrêts de cycles en cours ne satisfont ces exigences. Il convient donc de recadrer la batterie de temps à autre (une fois par mois par exemple) via un chargeur spécifique (bonne courbe de charge) dans un cycle de charge complet.

Conception et réalisation du module

Nous avons déniché le circuit polyvalent idéal.

Il s’agit d’un convertisseur abaisseur DC/DC ajustable en tension de 0-30V et régulé en courant jusqu’à 5A qui peut également faire office de chargeur LIFEPO4 avec la courbe programmée suivante :

début de charge : courant limité à 1/2 C (dans notre cas 4A) et tension libre en augmentation jusqu’à atteindre la tension max de charge 14,6V en 4S,
phase de remplissage : la tension limitée à 14,6V en 4S et courant libre en diminution au fur et à mesure de la charge,
charge terminée lorsque le courant passe en dessous de 0,03C

Ce module est avant tout une alimentation universelle qui accepte en entrée soit :

l’alternateur (13V à 14,6V),
le panneau solaire (15V à 21V),
l’alimentation AC/DC 220/24V,
la batterie stationnaire (13,6V en nominal).

Dans ce cas, la sortie, réglable en tension et limitée en courant, est reliée à l’équipement électronique à recharger.

Ce circuit a été complètement démantelé pour être intégré dans un boîtier et fiabilisé par l’adjonction d’un radiateur sur le régulateur, d’un inter M/A et d’un inter Alim/chargeur.

Sur la tranche, on observe les deux multi-tours, l’un pour le réglage de la tension de sortie l’autre pour la limitation en courant dans le cadre de l’utilisation convertisseur DC/DC.

Intégration et câblage sur le side-car

Premier point à vérifier ; que nous donne le régulateur de l’alternateur :

tension à vide de la batterie LIFEPO4 de démarrage 13,60 v (moteur arrêté),
au ralenti 13,40 v donc par de rechargement possible à ce niveau de charge de la batterie de l’ordre de 75%,
à 1000 tr/mn, tension régulateur 14,02 v, ça charge,
à partir de 1200 tr/mn et au-delà, tension régulateur 14,43 v (parfait cette tension est correcte pour obtenir une charge à 98% et sans jamais dépasser la surtension à 14,60 v).

Avec cette belle boite noire, c’est forcément un câblage aéronautique.

Afin d’optimiser le câblage et compte tenu de la taille de la prise rapide Anderson 100A, les deux sorties de la batterie sont placées du coté du garde boue arrière.

Le câblage reste totalement réversible car nous avons conservé dans les interconnections cosses et boulons M6 pour revenir éventuellement à batterie plomb standard.

Les deux batteries sont isolées par le même coupe batterie et un interrupteur IP6 à bascule, placé sous la selle fait office de coupleur manuel.

Ainsi le pilote laisse la priorité de la charge à la batterie de démarrage au début du déplacement ( 5 à 10 mn) puis couple les deux batteries à la volée.

La sortie de la batterie auxiliaire court dans une gaine annelée le long du cadre jusqu’au coffre.

Test de l’installation

Dans le cas présent la batterie délivre 13,6V en entrée du module qui régule à 12V en sortie (le courant n’est pas limité)

Chouette nous avons un coffre éclairé. Non, on déconne.

Nous pouvons recharger les équipements via l’alternateur en roulant avec la batterie stationnaire en tampon et ce module universel remplace trois alimentations différentes et le chargeur batterie (en gros 2 kg remplacés par 200 gr) et gain en volume et spaghetti non négligeable.

Avez-vous observé les connecteurs ce sont des Anderson PP30. Oui et alors ?

Ils sont hermaphrodites, c’est à dire aussi bien mâle que femelle et en plus ils empêchent l’inversion de polarité. (le mec qui a pondu le principe de cette connectique m’épate par autant de bon sens, de simplicité et d’efficacité). Bref là n’est pas la question.

Grâce à ce genre de connecteur nous pouvons brancher le module tête bêche, ainsi à l’arrêt :

avec l’alimentation 220/24V ou le panneau solaire en entrée, le module reconfiguré devient chargeur de batterie lorsqu’il est relié à l’installation,
les mêmes, alimentation ou panneau solaire, branché en direct via le module sur les équipements audio/vidéo permet leur recharge autonome.

Ça valait le coup de se triturer les méninges.

Il faut replacer l’utilisation de cette double batterie dans son contexte.

Elle n’est justifiable que par le gain en poids, volume et capacité supplémentaire liés au besoin énergétique de notre activité spécifique. Dans la cas courant elle n’a strictement aucun intérêt.

Bilan global de cette préparation

Coût 450 € réparti en :