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Comment charger des batteries au lithium et au plomb avec un alternateur

Lors de l'installation d'une batterie au lithium sur un bateau ou un camping-car, vous devez décider si et comment l'alternateur la rechargera en même temps que la batterie de démarrage. Si cela n'est pas fait correctement, l'alternateur pourrait être endommagé. Dans cet article, j'aborde quelques questions clés que vous pouvez vous poser, je signale quelques défis à prendre en compte et je propose des exemples de schémas fonctionnels.

Q 1 : Dois-je conserver la batterie de démarrage au plomb ?

Oui. La plupart des batteries au lithium ne sont pas conçues pour fournir le courant de démarrage requis pour démarrer un moteur diesel et si c'était le cas, cela la ferait vieillir plus rapidement. S'il s'agit d'une batterie au lithium « drop-in », il y a un risque que le BMS déconnecte la batterie. C'est aussi une sécurité d'avoir toujours une batterie de démarrage pleine indépendante du parc de servitude.

Q 2 : Puis-je simplement connecter des batteries au lithium et au plomb en parallèle ?

Oui. La plupart du temps, la batterie au lithium chargera la batterie au plomb (elle a une tension de repos plus élevée de 13.2 V contre 12.8 V) et cela maintiendra la batterie au plomb pleine et en bonne santé pendant longtemps. Le fait d'avoir deux parcs de batteries est l'opportunité d'utiliser la batterie au plomb comme sauvegarde au cas où le BMS déconnecte la batterie au lithium… comme ça vous ne serez pas dans le noir ! (voir comment faire à la fin de l'article)

Q 3 : Puis-je charger la batterie au lithium avec la même tension que celle que j'utilise pour la batterie au plomb ?

Oui… mais vous ne devriez pas si vous ne voulez pas que la batterie au lithium vieillisse plus vite (perte de capacité). De nombreuses études montrent que charger une batterie lithium à 13.8v suffit à la remplir à plus de 95% SOC (état de charge). La batterie vieillira plus vite si elle est chargée à une tension plus élevée ou si elle est maintenue à une tension « d'entretien » supérieure à 13.2 V. Alors pourquoi le feriez-vous si cela réduirait la durée de vie de votre batterie ?

Q 4 : Est ce que mon alternateur standard peut charger la batterie au lithium ?

Non, au risque d'endommager ou de détruire l'alternateur. Bien que n'étant pas ce qu'il y a de mieux, la tension de charge ne devrait pas endommager la batterie au lithium (sur le court terme). Le risque est du côté de l'alternateur. La batterie au lithium a une résistance interne très faible qui oblige l'alternateur à fournir le plus de courant possible. Les alternateurs standard ont un rendement d'environ 60%, ce qui signifie qu'en chargeant à 100A, l'alternateur génère 1000W de chaleur. L'alternateur dissipe cette chaleur avec son ventilateur interne, mais à bas régime ou si cela dure trop longtemps, le ventilateur ne peut pas extraire suffisamment de chaleur et l'alternateur commence à fumer. Il est intéressant de lire certains rapports de personnes qui ont chargé leur batterie au lithium directement avec un alternateur non régulé pendant des années et n'ont jamais eu de problème. Je suppose que leur circuit de charge a une résistance suffisamment élevée pour limiter le courant.

Q 5 : Quelles sont mes options pour charger la batterie au lithium avec l'alternateur ?

  1. ajouter un régulateur externe à l'alternateur et s'assurer que :
    • il peut être ajusté en fonction de vos paramètres de charge de votre batterie et de vos préférences (ne faites pas confiance ou n'utilisez pas le paramètre "lithium" par défaut)
    • il dispose d'un capteur de température pour réduire le courant de charge lorsque la température augmente.
  2. conserver l'alternateur et la batterie au plomb tels qu'ils sont, et ajouter un chargeur CC à CC pour recharger la batterie au lithium à partir de la batterie au plomb lorsque le moteur tourne - pour des considérations d'efficacité et de coût, cela est plus adapté lorsque le courant de charge est faible (< 40 -60 A)

Les défis auxquels vous devez penser :

1 – Un alternateur ne peut pas être déconnecté de la batterie lorsqu'il charge

Si vous le faites, cela créera une pointe de haute tension qui peut détruire certains des composants de l'alternateur. Cette situation se produira si le BMS déconnecte la batterie au lithium pendant que le moteur tourne.

  • le moyen le plus simple d'éviter cette situation est de toujours avoir la batterie au plomb connectée à l'alternateur - comme ça même si la batterie au lithium est déconnectée par le BMS, l'alternateur a encore la batterie au plomb à charger
  • une autre approche, si l'alternateur a un régulateur externe, est que le BMS arrête correctement le régulateur avant de déconnecter le bus de charge

2 – Si les deux batteries sont connectées en parallèle, vous risquez d'avoir une batterie de démarrage à plat et ne pas pouvoir démarrer le moteur.

Lorsque la tension de la batterie au lithium descend en dessous de 12.8 v (environ 40 % de SOC), toute consommation réduira la charges des deux batteries. Si le SOC descend trop bas, il se peut qu'il ne reste plus assez d'énergie pour démarrer le moteur (c'est récemment arrivé à un ami après 3 jours sans soleil).

Deux approches peuvent être envisagées :

  1. connectez la batterie au lithium à la batterie de démarrage uniquement lorsque le moteur tourne (utilisez l'allumage du moteur pour fermer un contacteur) - cela peut ne pas être efficace si vous ne faites pas tourner le moteur régulièrement car la batterie de démarrage se déchargera
  2. gardez les deux batteries connectées en parallèle la plupart du temps et laissez le TAO BMS les déconnecter lorsque la tension de la batterie au lithium descend en dessous de 12.8 volts et reconnectez-les lorsque la tension dépasse 13.2 volts - l'avantage est que la batterie de démarrage est chargée la plupart du temps

Exemples de schémas fonctionnels :

Avertissement: Ces diagrammes fonctionnels sont conçus pour aider à comprendre comment les différents composants sont interconnectés et fonctionnent ensemble. Ce ne sont pas des schémas de câblage. Pour faciliter la lecture, les fils négatifs et autres composants non pertinents ont été omis. Ces schémas peuvent être utilisés comme base pour planifier et documenter le schéma de câblage de votre installation. Un schéma de câblage doit être élaboré par un professionnel connaissant la réglementation et les règles de sécurité applicables à votre installation.

Les exemples sont basés sur les capacités du TAO BMS. Si vous utilisez un autre BMS, assurez-vous qu'il dispose des sorties et de la logique appropriée pour les commander. je ne détaille pas la configuration du BMS car elle est expliquée dans le manuel. Si vous avez besoin d'aide pour la configuration, n'hésitez pas à demander sur le forum.

1 – Batterie Lithium chargée par un chargeur DC/DC :

Configuration:

  • l'alternateur est toujours connecté à la batterie de démarrage
  • les batteries de démarrage et au lithium ne sont pas connectées ensemble
  • les relais de déconnexion des chargeurs et des consommateurs sont fermés pendant le fonctionnement normal (sorties 5 et 6)
  • la sortie 1 du BMS est fermée pendant le fonctionnement normal pour permettre l'allumage du chargeur avec la clé de contact

Opération:

  • lorsque le moteur tourne, le chargeur DC/DC puise l'énergie de l'alternateur pour charger la batterie au lithium (selon les capacités du chargeur, cela peut être fait via la clé de contact ou automatiquement lorsque la tension de la batterie de démarrage est supérieure à un certain niveau )
  • si le BMS détecte que la batterie lithium est pleine ou déclenche un avertissement en tension haute, il éteint le chargeur DC/DC (sortie 1)
  • si le BMS déclenche une alarme de tension haute (chargeur DC/DC défectueux ?) il va :
    1. donner un avertissement visuel et sonore avancé
    2. puis après un certain temps, éteindre le chargeur (sortie 1)
    3. puis déconnecter toutes les sources de charge (sortie 5)

2 – Batterie lithium chargée par l'alternateur

Configuration:

  • l'alternateur est toujours connecté à la batterie de démarrage
  • les batteries au lithium et de démarrage sont connectées en parallèle via un relais commandé par la sortie 2 du BMS - ce relais est important car il empêche de décharger la batterie de démarrage au cas où la batterie au lithium serait profondément déchargée (pour économiser de l'argent mais sujet aux erreurs humaines, cela peut être un interrupteur manuel)
  • le relais d'interconnexion de batterie est également commandé par un interrupteur de dérogation manuelle à 3 positions (BMS, OFF, ON) - il doit être sur la position "BMS” pour un fonctionnement normal
  • les paramètres de charge de l'alternateur sont réglés par le régulateur externe pour s'adapter à la batterie au lithium
  • la sortie 1 du BMS est fermée pendant le fonctionnement normal afin de permettre la mise en marche du régulateur / alternateur avec la clé de contact
  • les relais de déconnexion des chargeurs et des consommateurs sont fermés pendant le fonctionnement normal (sorties 5 et 6)

Opération:

remarque : toutes les tensions mentionnées sont des exemples (vous pouvez les régler en fonction de vos besoins)

  • lorsque le BMS mesure une tension de cellule supérieure à 3.25v (13v pour une batterie 12v) il connecte les deux batteries en parallèle pour permettre une charge d'entretien de la batterie au plomb par la batterie lithium (sortie 2)
  • lorsque le moteur est démarré, le régulateur est allumé par la clé de contact et les deux batteries sont chargées
  • si le BMS détecte que la batterie lithium est pleine ou déclenche un avertissement en tension haute, il éteint le régulateur/alternateur (sortie 1)
  • si le BMS déclenche une alarme en tension haute (régulateur défectueux ?) il va :
    1. donner un avertissement visuel et sonore avancé
    2. éteindre le régulateur/alternateur (sortie 1)
    3. puis déconnecter la batterie lithium de l'alternateur et la batterie plomb (sortie 2)
    4. puis déconnecter toutes les sources de charge de la batterie lithium (sortie 5)
  • si le BMS mesure une tension de cellule inférieure à 3.2v (12.8v pour une batterie 12v) il déconnecte la batterie de démarrage de la batterie lithium afin d'éviter qu'elle se décharge (sortie 2)
  • si le moteur est démarré alors que le relais « battery interconnection » est ouvert, il est nécessaire de le fermer à l'aide de l'interrupteur de dérogation

Utiliser la batterie au plomb en secours :

Si la tension d'une cellule lithium tombe en dessous du minimum autorisé, le BMS déconnecte les consommateurs et vous êtes dans le noir. TAO BMS a un moyen d'éviter cela:

Configuration:

  • utiliser un relais pour connecter la batterie de secours au bus des consommateurs (ligne pointillée rouge sur le schéma) et commander ce relais avec la sortie 4 du BMS.
  • configurer la sortie 4 pour que le relais « backup battery connection » soit ouvert en fonctionnement normal.
  • configurer le déclencheur « déconnexion des consommateurs » pour activer également la sortie 4 (ce qui signifie que le relais « backup battery connection » sera fermé juste avant que le relais « load disconnect » ne soit ouvert et que la batterie au lithium soit déconnectée du bus des consommateurs).

Opération:

si le BMS détecte un défaut basse tension nécessitant une coupure des consommateurs :

  • il donne un avertissement visuel et sonore avancé
  • si vous n'avez pas corrigé la situation après un délai que vous avez défini (la valeur par défaut est de 5 minutes), il :
    • connecte la batterie de démarrage au bus des consommateurs (sortie 4)
    • déconnecte la batterie lithium du bus des consommateurs (sortie 6)

Et vous ne serez pas dans le noir !

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