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joopi

Régulateur/controleur de charge d'alternateur

Voici un article technique destiné surtout à des bricoleurs avec des bases en électronique, ou à des personnes qui auraient une bestiole de ce genre, généreux de leur temps libre, dans leur entourage ou même, tout simplement, à des curieux.
Cette article présente la réalisation d’un chargeur/contrôleur d’alternateur à deux sorties indépendantes 10 x moins cher que celui de chez ChipChip.
Jusqu’ici, rien de très nouveau (quoique moins habituel pour les deux sorties). L’intérêt est surtout de se rendre compte de la faisabilité d’un appareil qui fonctionne, évoluable, et....., pas bien cher !!

Petit rappel :
Nos véhicules motorisés habituels sont équipés d’alternateurs qui rechargent nos batteries à une tension régulée et fixe d’environ 14.4v.
Cette tension est celle qui est 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.
Sans quoi leur durée de vie s’en voit décroitre.
Pour une voiture qui fait des trajets de moins d’une heure, ce problème est plus négligeable que pour un bateau qui navigue au moteur pendant 30hrs.
Voici pourquoi certaines firmes répondent à cette demande avec des chargeurs d’alternateur, ou des régulateurs d’alternateur intelligents, qui surveillent et exécutent des modes de charge selon les besoins 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, car 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 rafraichit l’esprit avec quelques seaux d’eau.

Bref voici le projet :
Un appareil qui 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).

Quézako l’Arduino ? Pour les pakonésseurs, c’est une petite carte électronique qui possède des entrées et sorties, qu’elle utilise comme le demande le 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 contrôleur n’était pas installé)

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 ce petit dossier vous dispense des prises de tête que j’ai surmontées.

Petit détail qui me turlupine à propos des chargeurs dit « intelligents »:
En géneral, 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 dit « 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 les 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 Absroption 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.
(Ouai je sais, il m’en a pas fallu beaucoup)

On pourrait immaginer en terme d’évolution :
.Des sorties batterie suplémentaire ( 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 protèger l’alternateur.
.Une sonde d’intensité pour chaque parc batterie. Afin d’asservir le controleur et meme 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.

lundi 12 mars 2018 19:55

Liste des contributions

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2
Ebraball

Très bonne idée !
L'Arduino va devenir pour le plaisancier ce que le donut est à Homer !
Au delà du côté utilitaire qui déjà une bonne motivation, c'est vrai que c'est gratifiant de réaliser soi-même un substitut aux coûteux gadgets électroniques proposés par nos accastilleurs…
Maintenant que tu nous a mis l'eau à la bouche, montre-nous ta production !

lundi 12 mars 2018 20:15
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Gege687

Bonjour, je suis tres interreses par votre article mais j'attends la suite.

samedi 16 juin 2018 06:01
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eoliance

Je suis preneur aussi. ..

samedi 16 juin 2018 10:00
Composition1
joopi

Désolé, je vois que les fichiers n'ont pas aboutis, je pensais même que cet article n'avait pas été publié.Je retente avec cette réponse de vous faire apparaitre.

samedi 16 juin 2018 16:21
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Solo ou pas

Bonjour
Ton travail est intéressant. Un retour d'expérience le sera aussi.
Déjà, quelques questions :
Tu utilises un symbole de masse dans ton schéma et on le retrouve sur les batteries. Cela signifie-t-il que le montage est directement raccordé au "-" des batteries ? Dans ce cas, à quoi correspond la douille "-" en haut de ton schéma ?
L'IRF4905 est un bon transistor. D'après la datasheet, en acceptant un Vds de 0.5V, tu peux espérer une bonne trentaine d’ampère. Le double sur les servitudes puisque tu as doublé le transistor. Pourquoi avoir mis un relais en plus ?
Par contre, 30A et 0.5V, ça fait 15W. As tu calculé le radiateur en conséquence ?
Pourquoi avoir mis un répartiteur à diodes qui te fait perdre au moins 0,7V ? Les batteries sont déjà "isolées" avec les MOS.
Enfin, tu commandes les MOS avec un montage émetteur commun saturé et des résistances de 10K. Le blocage des MOS va être très lent. Si tu utilise un PWM sur l'arduino, choisi une fréquence faible (1kHz max) sinon, ça ne marchera pas.

lundi 18 juin 2018 09:11 *** Message modifié par son auteur ***
Composition1
joopi

Désolé de te répondre tardivement Oceani321, C'est Sterwen qui me fait remarquer que je t'ai zappé à la lecture.
Comme j'ai répondu à Sterwen, les transistors n'empêchent pas de laissé passer le courant d'un parc à l'autre lorsqu'il n'y a plus de courant de charge. En plus les transistors n'aiment pas ça, c'est d'ailleurs pour ça qu'il y a des diodes intégrées.
Pour les radiateurs, j'ai fait avec ce que j'avais (voir la photo) et résultat, c'est largement acceptable, env 37° mesuré au laser à 25° ambiant. ( à 25A pdt env 10min, après ça chute assez vite).
"Le blocage des MOS va être très lent. Si tu utilise un PWM sur l'arduino, choisi une fréquence faible (1kHz max) sinon, ça ne marchera pas." < Bah si , ça marche, je m'en sert tout les jours depuis 5 mois, et la tension de 13,7v, en mode Float, est régulée correctement quelque soit mon intensité de consommation.
Pour les symboles de masse, oui ce sont les négatifs en commun, avec celui de la batterie aussi. Seul le positif est découpé, comme dans la majorité des systèmes a découpage de courant.
Pour la "douille" je ne vois pas de quoi tu parles.

mardi 19 juin 2018 02:38
Composition1
joopi

Pour vous donner un exemple, voici a quoi ressemble ma fabrication.
Et pour info, étant toujours en voyage avec ce bateau, cet appareil fait son office, mais j'ai eu un petit souci de surchauffe: la connexion par vis sur la piste de sortie batterie moteur, n'était pas de qualité. La cause étant que la piste étamé n'était pas suffisamment plate pour épousé la connexion avec la rondelle de la vis. Au final ,lors d'une manip avec le guindeau (celui ci utilise la batterie moteur) la mauvaise connexion a cramé la piste, laissant un trou aussi gros que la tête de vis sur la carte. Donc, étant donné que les intensités peuvent être assez conséquentes, assurez vous de vous appliquer sur les parties puissance.
En dehors de ce détail, le système fonctionne correctement.

samedi 16 juin 2018 16:35 *** Message modifié par son auteur ***
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(BlueNote)

Beau boulot bravo et merci de le partager

samedi 16 juin 2018 17:25
Num_riser_small_
eoliance

Merci beaucoup. Y a plus qu'à !

samedi 16 juin 2018 17:36
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Chalkis

Excellent.

samedi 16 juin 2018 17:57
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dimanche 17 juin 2018 06:58
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Chalkis

Tout est très bien documenté mais ça semble un peu complexe pour le néophite que je suis.

dimanche 17 juin 2018 08:08
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sterwen

Bonjour,

Effectivement une réalisation intéressante et de plus l'occasion de d’échanger sur un sujet important sur lequel il n'existe pas de solution entièrement satisfaisante.
Quelques remarques:
1) si c'est pour réguler l’alternateur alors un peu directement réguler via le fil d’excitation à la place de mettre encore un régulateur de tension à découpage. C'est que font les régulateurs du commerce.
2) L'alternateur c'est bien, mais comme tu l'indiques toi-même ce n'est pas suffisant et en fonction des cas d'usage probablement le problème le moins important car dans beaucoup de cas ce n'est pas avec le moteur que l'on charge le plus. En fait sur nos bateaux nous avons 2 ou souvent 3 (voir 4) sources de courant de charge: alternateur moteur, chargeur de quai, panneau solaire et quelquefois éolienne ou hydrogénérateur. Et dans la plupart des cas chacun à sa propre régulation donc à tendance à augmenter la tension si l'intensité augmente et ne peut pas détecter correctement le niveau de charge des batteries. Quitte à faire un développemetn sur Arduino, essayons de résoudre le problème complètement.
3) Tant qu'à mettre un Arduino (ou équivalent) on pourrait lui faire mesurer les différents courants de charges ou de consommation ce qui permettrait de mieux comprendre et réguler les circuits électriques du bateau.

Ceci pour lancer le débats et générer des idées

dimanche 17 juin 2018 15:38
Composition1
joopi

Oui ce que tu dis , Sterwen, est sensé.
Je n'ai pas promis de donner l'ultime solution (les firmes spécialisées dans se domaine ne le font pas, alors moi....)
Il s’agissait de présenter une solution mise en place et testé et elle peut très bien servir comme base à développer par d'autres personnes.
On pourrais imaginer une carte Arduino qui aurait pour rôle de surveiller les tensions et intensités qui rentrent dans différents parcs batterie, et cette carte communiquerait ces valeurs aux différents chargeurs, ou gérerais directement plusieurs sources (exemple: si U batterie = 14.2v et que I charge < 3A alors passer en mode Float). Dans ce cas on ferait un chargeurs général tout en un.
Pour la question de gérer la tension de charge directement par le fil d’excitation de l'alternateur, cela ne me plaisait pas puisque j'avais besoin de réguler les différents parcs de batterie séparément.
Peut être qu’ensemble sur ce forum , on arriverait a mettre en place une solution adaptée à un maximum de navigateur (surtout à nos batteries) et a un prix raisonnable ; chose qu'il ne semble pas nous être proposée dans les chip-chips.

dimanche 17 juin 2018 16:26
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Chalkis

Et bien moi je trouve l’idée de réguler l’alternateur très bonne.
De mon expérience avec actuellement un alternateur Mastervolt + régulateur alpha pro je peux dire que la charge n’a rien à voir avec un alternateur et régulateur classique quelque soit le piquage de l’excitation. J’ai fait les différentes options d’excitation sur ancien alternateur et ça n’a rien de comparable avec un régulateur avancé.
C’est pourquoi je trouve l’idée de Joopi super intéressante, maintenant il faut s’y coller...

Tous les chargeurs de quai ont aujourd’hui une régulation correcte de même que les régulateurs de panneaux solaires dont certains sont même réglables comme les Victron.

Seuls les alternateurs montés en série sur les moteurs sont à la traîne.

Bravo Joopi.

dimanche 17 juin 2018 17:02
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Gege687

Merci. très intéressant.

lundi 18 juin 2018 01:32
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sterwen

Bonsoir,

Comme le sujet m'intéresse vraiment je me suis penché un peu plus sur le schéma et le logiciel. J'ai une question (également posée par oceanis321) pourquoi avoir gardé le répartiteur à diode et mis des relais ? Le bypass des MOSFET est-ce simplement pour gagner la perte par résistance ?
Je suppose que le régulateur ne fonctionne que lorsque le moteur est en route, car rien est fait pour passer du FLOAT au BULK.
Sur la partie soft, je ferais des remarques via un canal privé.

lundi 18 juin 2018 19:11
Composition1
joopi

J'ai conservé le répartiteur de charge car ce régulateur ne peut pas avoir ce rôle. Puisqu'un seul alternateur n'est utilisé pour recharger 2 parcs de batterie, il ne faudrait pas qu'un parc se vide dans un autre une fois l'alternateur arreté. De plus ce courant passerait en sens inverse dans les mosFet et il n'aimeraient pas à la longue (même si il y a des diodes de protection).
Ensuite oui, les relais sont là pour shunter les transistors mosFet, déjà pour éviter les pertes, même si elles sont minimes sur ce genre de transistors, mais aussi pour prendre le relais des fortes intensités qu'il pourrait y avoir en mode BULK.
Celui sur la partie moteur est surtout là pour éviter que l'intensité du guindeau ne charge trop le transistor, puisque lorsque je part d'un mouillage, j'allume le moteur avant de relever l'ancre, et donc le courant de l'alternateur envoi pour recharger la batterie moteur mais aussi au guindeau.
En bref , ces relais ne fonctionnent qu'en mode Bulk pour éviter de trop faire chauffer les transistors , et se coupent en mode Float pour laisser les transistors faire leur travail.
Pour finir, oui ce régulateur ne fonctionne que si l'alternateur travaille, d'ailleur on peut voir sur le schéma un petit relais en haut sur le négatif, pour coupé l'alimentation de la carte Nano, c'est une modif que j'ai ajouter car la carte était à moitié alimentée avec des retours de tension.

"car rien est fait pour passer du FLOAT au BULK. "< je ne comprends pas cette phrase!?? Le programme permet le système bulk a float lorsque la batterie voit sa tension monter a 14,2v pendant 8min.
Biensur, lorsque l'alternateur est éteint, il n'y a pas de maintient en mode float, puisque l'alternateur ne donne plus.

Pas de problème pour le MP Sterwen

mardi 19 juin 2018 02:15

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