Electricité : fabriquez votre répartiteur de charge

Rien de bien mystérieux dans ces objets noirs tapis auprès des batteries: quelques diodes à 20F..


à quoi ça sert?

La plupart des installations électriques utilisent deux batteries ou plus pour séparer les risques (voir l'article "electricité a bord") :

• batterie "moteur" pour démarrage et guindeau en général
• batterie "service" pour tout le reste
• parfois une batterie "secours" ou "frigo" ou "navigation" seule

Par ailleurs les moyens de charge se compliquent au fur et à mesure de la préparation du bateau, en même temps que les accessoires gourmands..

• alternateur principal
• alternateur secondaire
• alternateur d'arbre
• eolienne
• chargeur de quai
• panneaux solaires

Le ou les répartiteurs sont simplement des assemblages de diodes de puissance, qui laissent passer l'énergie des chargeurs vers les batteries, en empéchant les batteries de se décharger les unes dans les autres. Ainsi un répartiteur "1 entrée vers 2 sorties" (le plus simple) contient 2 diodes, et un répartiteur "2 entrées vers 3 sorties" contient 6 diodes.

Régles simples pour une installation universelle, ou l'énergie se répartit au mieux :

• chaque source est reliée a chaque batterie par une diode passant le courant maxi que peut fournir la source.
• les sources doivent être adaptées à un fonctionnement avec des diodes en série (voir plus loin) qui chutent de 0,7v environ, et donc fournir 0,7v de plus
• les répartiteurs du commerce peuvent être montés en parallèle pour augmenter le nombre d'entrées, mais pas en série car on multiplie la chute de tension des diodes

 
1ere constatation:
 Avec des répartiteurs du commerce, si on a 3 batteries et 4 sources, il faut deux gros répartiteurs de 2 vers 3 en parallèle, à 2000f pièce chez Bernard!. de plus c'est du gachis, car seul l'alternateur peut débiter 100A, les autres sources dépassent rarement 10 à 20A

2eme constatation:
Les diodes de puissance se trouvent à moins de 50f neuves et sont gratuites chez les ferrailleurs electroniques, il faut en plus un bon radiateur et quelques cosses, rondelles etc: coût total 50 à 500f
 
répartiteurs et régulateurs

Le principe du répartiteur a diodes s'applique sur toutes les sources de charge: alternateur, eolienne, panneaux, etc, avec exactement la même logique: il faut que le "générateur" donne 0,7v de plus pour compenser les diodes silicium  (ou 0,3v pour les shottky). L'adaptation des sources au fonctionnement sur réparttiteur à diodes dépends du type de régulateur et de sorties de la source:

1er cas: source avec régulateur, sans répartiteur intégré
C'est le cas des alternateurs, eoliennes, hydrogenerateurs.
-soit le régulateur a une entrée de référence externe, et il faut la relier directement a une des batteries, ou la décaler par une diode auxilliaire, ainsi la source va augmenter toute seule de 0,7v
-ou décaler le régulateur d'autant s'il est réglable

2eme cas: source avec régulateur répartiteur intégré:
Il existe des sources qui ont leur propre répartiteur interne (comme les chargeurs marine). On les reconnais a plusieurs sorties "batterie" et la notice indique un branchement direct: on branche direct comme c'est marqué dessus sans se casser la tête.

3eme cas : source sans régulateur
Par exemple un panneau solaire avec sa diode série: éviter le répartiteur en série, car le débit va sérieusement baisser. le mieux est une deuxieme diode entre le panneau et la deuxieme batterie (c'est encore un répartiteur à diode!)

Chute des diodes
Attention, le chiffre de 0,7 v pour une chute de diode, est tout a fait variable, et dépends du type de diode , de la température et beaucoup du courant traversant:

• les diodes silicium, les moins chères et les plus courantes, chutent de 0,7v en moyenne
• les diodes germanium chutent de 0,3 en moyenne
• les shottky, les meilleures et les plus chères chutent de 0,2 v

Au courant et temperature maximum, ces valeurs sont presque doublées.
La dissipation de chaleur dans un répartiteur est élevée et facile a calculer: produit IxV, soit par exemple 70Ax1,4v au maximum pour une diode d'un gros alternateur: ça fait plus de 100w à dissiper en chaleur par le radiateur et l'air ambiant

cas des alternateurs
La question qui se pose le plus souvent: avec un répartiteur à diode, mon alternateur charge mal!. En effet si la batterie doit etre chargée jusquà 14v , les alternateurs usuels régulent à 14v et la diode chute de 0,7v: on ne dépasse guére 50% de charge!.

Il faut décaler la régulation de 0,7V, grace a l'entrée "de réference", ce qui est impossible pour des alternateurs économiques de voiture, sans charcutage délicat (mais possible). Si l'entrée de réference est accessible, le plus simple est de la relier directement à une batterie (le régulateur va alors compenser automatiquement la perte de diode , la perte des cables, etc). On choisit la batterie la plus déchargée en général (service), ou on met un inverseur pour choisir.

La solution de la diode en série entre la sortie alternateur et la référence marche aussi, mais compense moins bien les pertes ( le chute dans la diode de puissance est différente de la chute dans la diode de référence) et les pertes de cable ne sont pas intégrées (parfois 0,5v)

répartiteurs sans pertes
Il existe des répartiteurs sans pertes, équivalents à des diodes sans seuil (encore mieux que les shottky) a partir de transistors spéciaux, mais il faut une électronique autour, c'est cher.

Un version simpliste du répartiteur "sans pertes" c'est le relai de "deuxieme batterie" vendu pour les camping cars . Son principe est de mettre en paralléle les deux batteries quand et seulement quand l'alternateur débite, avec un relai de puissance.Il évite toute modification au camion.

Une autre version encore plus simpliste , mais demandant beaucoup de reflexion au skipper (encore plus aux équipiers, qui en général n'ont pas le droit d'accés!): des clés de connexion manuelle entre chargeurs et batteries, avec 1 clé par liaison possible batterie-source, ça ressemble vite a une centrale EDF, la sécurité des positions interdites étant laissée dans la tête du responsable.

construire son répartiteur

Un montage assez facile
Il suffit d'étre un peu electricien et bricoleur pour faire un répartiteur complexe à 4 entrées et 3 sorties, par exemple, à un prix défiant toute concurrence. Rien d'electronique dedans , juste un ohmetre pour tester et un bon fer a souder de puissance.
 
Matériel nécessaire
Le projet est basé sur un 100w permettant de passer typiquement un alternateur de 70A et un autre de 30A, avec quelques entrées annexes (eolienne, panneaux, ) de 10A avec des diodes silicium ordinaires (en shottky, la dissipation est du tiers)
Si vous êtes fouineurs, tout peut se trouver chez des ferrailleurs electroniques à coût trés faible
 

• le support: un radiateur dissipateur pour electronique de puissance, capable de dissiper 100w (taille similaire a ceux des chaines hifi); Choisir un modéle avec pas mal de place dans la partie centrale, épaisseur 5 à 6mm, et les "ailes" les plus grosses possibles. La taille typique de 4cm x 15cm x 15cm est ok pour 100w. Il devra être fixé verticalement dans un coin ventilé (donc plutot pas dans un coin..)
• les diodes: Vous pouvez avoir la chance de trouver diodes et radiateurs déjà montées, mais vous ne saurez pas le courant toléré par les diodes sans documentation. Sinon, suivre la règle de sécurité: chaque diode doit passer le courant max de la source avec marge: 100A pour 70 et 50A pour 30.
• montage à diodes isolées: Le radiateur unique est à la masse et les diodes isolées au montage. Trés important, l'isolant entre radiateur et diode doit étre en mica trés fin pour la conduction thermique, On serre de l'autre coté avec une rondelle isolante dure et un écrou (en général de 6) avec une cosse a souder solide. Un petit canon isolant sur le filetage au passage du trou évite les CC futurs. Une pate thermique d'electronique autour du mica est le fin du fin..(fac)
• montage a radiateurs isolé: pour éviter ces pertes thermiques, la diode peut être vissée directement au radiateur, le radiateur relié à la batterie, donc à protéger par un capot . C'est meilleur , mais pas plus simple.. (il faut un radiateur par batterie)
• les connexions externes: entrées et sorties par des boulons et écrous inox ou laiton sur une plaque isolante faisant aussi couvercle et protection . Il est commode de différentier par le sexe ou le diamètre des cosses et filetages, pour éviter tout faux remontage: M10 pour 100A,  M8 pour 50A, M6 pour 10A. Si le répartiteur est proche des batteries, les cables sont soudées directement sans bornier .

cablage et test
Les liaisons entre diodes et borniers sont faites en cable multibrins de 5mm, ou en feuillard de cuivre mince . Eviter les contraintes sur les queues de diodes, en donnant un peu de boucle aux liaisons.
Le test consiste a vérifier la conduction de toute entrée vers toute sortie en direct et l'isolation en inverse, de toute sortie vis a vis des entrées et entre sorties,  à l' ohmmetre. En cas de radiateur a la masse, vérifier son isolement vers toutes les cosses.
Les diodes de "régulation", sont en série entre une entrée alternateur et une cosse de "reg". Ce sont des petites diodes 1A (boitier noir de 8mm et deux queues).
 
Le montage peut avantageusement etre intégré avec les autres organes de distribution, clés, shunt etc décrits dans l'article "electricité à bord".
(NB:Aux essais, insérer en sécurité des fusibles de 32A provisoirement.)
 
Bravo, Vous venez de gagner 2000f au tarif accastillage standard!

exemple 1

Un montage 30A
La première réalisation est un répartiteur 30A a trois sorties (ou deux sorties et une référence):

Trois diodes silicium de 30A avec isolation mica, sur un radiateur a la masse. Notez la liaison semi souple en feuillard qui relie les cosses. Les cables sont reliés directement aux boulons de diodes M6 coté batteries, et à un boulon isolé M8 coté alternateur. Une petite plaque epoxy protége les connexions.
 
Ce montage tient 30A indéfiniment , et 50A temporairement.(1/2 h en début de charge)


exemple 2

Un montage 50A non isolé
Il utilise des diodes schottky 25A: deux diodes sont montées en parallèle pour constituer une diode équivalente 50A, vissées directement sur un radiateur pour une dissipation thermique optimale.
Les deux radiateurs sont montés sur une plaque isolante en epoxy, qui peut également recevoir d'autre organes , shunt, etc. On peut facilement ajouter sur chaque radiateur des diodes de répartition auxilliaires pour éolienne, alternateur d'arbre etc
Les corps de radiateur sont reliés par des cables épais aux batteries ( ils sont au +12v et le tout est à protéger par un capot trés ajouré)
 
comme le précédent, il peut supporter plus temporairement (70A)