Surveillance du réseau de bord : valeurs mesurées, capteurs, affichages

Un réseau de bord que l'on ne peut pas mesurer ne peut pas non plus être dimensionné. Ce domaine spécialisé explique quelles grandeurs peuvent être mesurées de manière pertinente, avec quel effort, et comment reconnaître qu'un affichage ne reflète pas la réalité. Vous pouvez commencer la lecture à n'importe quel point.

Ce qu'il est utile de mesurer

Cinq grandeurs déterminent les décisions dans un réseau de bord : la tension, le courant, l'état de charge, le niveau de remplissage et la température. Elles diffèrent considérablement en termes de facilité de saisie et de fiabilité.

La tension est triviale à mesurer et constitue en même temps la grandeur la plus souvent surestimée. Elle donne une indication sur l'état, mais seulement au repos, seulement à température connue et seulement pour le plomb. Le courant est la grandeur la plus honnête : il montre en temps réel ce que fait le réseau de bord. L'état de charge n'est pas une mesure directe, mais un résultat de calcul — c'est pourquoi il nécessite un entretien. Quant au niveau de remplissage, c'est ce qu'il y a de plus complexe mécaniquement, car chaque réservoir est construit différemment.

Règle empirique : tout ce qui est dérivé d'une tension unique est une estimation. Tout ce qui passe par un shunt est une mesure.

Mesurer le courant : le shunt

Un shunt est une résistance calibrée de très faible valeur, insérée dans le circuit de courant. La chute de tension à ses bornes est proportionnelle au courant. Dans les versions analogiques, cette chute est transmise à l'appareil d'affichage via de fins câbles de mesure ; il est courant d'utiliser des modèles qui laissent chuter 50 ou 60 millivolts à leur courant nominal. Les shunts numériques effectuent l'analyse directement au point de mesure et transmettent des valeurs prêtes à l'emploi via un système de bus — sans câbles de mesure sensibles aux perturbations et avec une connexion galvaniquement isolée, permettant également de surveiller un groupe de batteries séparé.

Dans les deux cas, ce qui est déterminant n'est pas le shunt, mais sa position. Il doit être placé de telle sorte que tout le courant passe par lui : aussi bien celui tiré par les consommateurs que celui fourni par l'alternateur, le chargeur et le régulateur solaire. Par conséquent, un seul câble doit être relié à la borne négative de la batterie : celui menant au shunt. Tout le reste va du côté de la charge. Si ne serait-ce qu'un seul câble de masse est encore branché directement sur la batterie, ce courant manque durablement au bilan, et le compteur affiche une valeur lentement mais inexorablement fausse.

La deuxième question de conception est la limite de mesure inférieure. Quiconque souhaite trouver le courant de repos du réseau de bord — c'est-à-dire la valeur qui vide un parc de batteries sur des semaines — a besoin d'une résolution allant jusqu'au domaine du milliampère. Les appareils qui ne commencent à évaluer qu'à partir de près d'un ampère afficheront simplement zéro dans ce cas.

RemarqueDans les shunts analogiques, le circuit de mesure est séparé du circuit de charge au niveau de petites bornes dédiées. Cette technique à quatre fils garantit que les résistances de contact des bornes épaisses ne faussent pas le résultat. Quiconque effectue la prise de mesure sur les vis de charge mesure aussi la résistance de contact.

Du courant à l'état de charge

Un contrôleur de batterie ne mesure pas l'état de charge, il le calcule. Il compte en continu les ampères-heures qui entrent et sortent, et compare le résultat avec la capacité réglée. Il s'agit d'une intégrale dans le temps — et chaque intégrale accumule des erreurs.

Trois réglages déterminent la qualité de ce calcul. La capacité doit correspondre au parc de batteries réellement installé, et non à celui prévu. L'exposant de Peukert reflète le fait que les batteries au plomb fournissent moins de capacité en cas de courant élevé ; il se situe, selon le type, entre 1,1 et 1,25 pour le plomb, et proche de 1,0 pour le LiFePO4. Quant au rendement de charge, il prend en compte le fait qu'il faut plus d'énergie pour charger qu'il n'en ressortira plus tard — environ 90 pour cent pour le plomb et environ 99 pour cent pour le LiFePO4.

Contre la dérive, une seule chose aide : la synchronisation. Si le moniteur détecte une charge complète — tension de charge atteinte, courant de charge tombé sous une petite valeur résiduelle, les deux étant stables pendant une durée minimale —, il remet le compteur à 100 pour cent. Un parc de batteries qui n'est pas chargé à fond pendant des semaines aura donc inévitablement un affichage imprécis. Ce n'est pas un défaut de l'appareil.

Mesurer les niveaux de remplissage

Pour le réservoir, ce n'est pas l'électronique qui décide, mais la forme. Un réservoir plat et de forme irrégulière se comporte tout différemment d'un réservoir cylindrique haut, et chaque méthode de mesure a une faiblesse qui se révèle précisément là.

Deux points sont régulièrement oubliés : les capteurs à ultrasons ont une zone morte de quelques centimètres juste en dessous d'eux, où ils ne peuvent pas mesurer — une bague d'espacement règle ce problème. Et les sondes de pression doivent savoir si elles mesurent de l'eau ou du diesel, car le diesel est nettement plus léger et, pour une même hauteur de remplissage, génère une pression plus faible.

L'affichage et le capteur doivent être compatibles. Plusieurs plages de résistance sont répandues sur le marché, et un capteur sur le mauvais instrument affichera certes quelque chose, mais rien de correct. Si plusieurs réservoirs avec des méthodes différentes doivent apparaître sur un écran, une interface résout le problème plus proprement que la tentative d'utiliser le même type de capteur partout. Pour les réservoirs d'eaux noires, une exigence légale s'ajoute : le niveau de remplissage aux trois quarts doit être surveillé et signalé.

Courant de fuite : le courant qui ne revient pas

Toutes les grandeurs mentionnées jusqu'ici décrivent un réseau de bord qui fonctionne. Le courant de fuite en décrit un qui est "inétanche" à un endroit : une partie du courant ne prend pas le chemin du retour par le câble de masse, mais par la coque et l'eau environnante.

Dans le réseau de bord, cela ne se remarque pas — rien ne disjoncte, rien ne chauffe. Cela se remarque sur les anodes, qui sont consommées après une saison au lieu de trois, et plus tard sur des composants qu'aucune anode ne protège. Le processus sous-jacent est la corrosion électrolytique, et elle se déroule à une vitesse d'ordres de grandeur supérieure à celle de la corrosion galvanique pour laquelle les anodes sont initialement prévues.

La mesure s'effectue avec un shunt spécifique dans la liaison entre le négatif du réseau de bord et la coque. Plus important que la valeur instantanée, c'est la valeur de crête enregistrée : la plupart des courants de fuite ne se produisent que par intermittence — lorsqu'un certain consommateur fonctionne, ou lorsque de l'humidité atteint un certain point. Celui qui ne fait que jeter un coup d'œil ne voit généralement rien.

AvertissementCourant de fuite dans le réseau à courant continu, corrosion galvanique via la prise de quai et défaut d'isolement dans le réseau 230 V sont trois problèmes différents avec trois mesures différentes. Une surveillance du courant de fuite dans le réseau de bord DC ne remplace ni le disjoncteur du circuit alternatif, ni un isolateur galvanique.

Alarmes et seuils

Une alarme n'a de valeur que si elle conduit à une action. Tout le reste est désactivé au bout de deux semaines, puis ignoré. C'est pourquoi la règle est : peu de seuils, mais bien réglés.

Pour l'état de charge, le seuil s'oriente selon la technologie. Le plomb ne devrait pas être déchargé en dessous de la moitié, c'est là que doit se situer l'alerte. Le LiFePO4 supporte nettement plus, ici un seuil à environ 20 pour cent est judicieux — assez tôt pour démarrer sereinement une source de charge. Les alarmes de tension constituent le deuxième niveau, pas le premier : elles interviennent si le compteur est faux.

Là où un signalement seul ne suffit pas, une coupure prend sa place. Une protection contre les décharges profondes déconnecte le réseau de bord ou l'entrée courant continu d'un onduleur avant que le parc de batteries ne subisse de dommages, et se réenclenche automatiquement après la recharge. C'est la réponse appropriée partout où personne ne peut réagir à une alarme.

AvertissementUne alarme de température sur un parc de batteries LiFePO4 n'est pas un accessoire de confort. Si la température des cellules descend sous le seuil indiqué par le fabricant, la charge doit être interrompue — même via le solaire ou l'alternateur. Sans capteur ni seuil, personne ne le remarque, et les dommages ne sont pas visibles de l'extérieur.

Affichage et transmission des valeurs

Où les valeurs apparaissent est une question d'usage. Un instrument analogique sur le tableau de bord est lisible au passage et ne nécessite pas de procédure de démarrage. Un écran tactile regroupe batteries et réservoirs sur une seule surface et affiche des historiques. Et ceux qui souhaitent avoir les valeurs sur un appareil mobile ou un écran existant les transmettent via un système de bus, plutôt que d'installer un deuxième affichage.

Pour la conception, il est important que le point de mesure n'existe qu'une seule fois. Un deuxième shunt pour un deuxième appareil d'affichage est superflu et crée deux vérités qui divergent. Il est plus judicieux d'avoir un point de mesure dont les valeurs sont transmises — à un moniteur secondaire, à un lecteur de cartes ou un écran de véhicule existant, ou à un appareil mobile.

La même logique s'applique aux points de mesure supplémentaires. Quiconque souhaite savoir ce qu'une source de charge individuelle fournit ou ce qu'un gros consommateur individuel tire, installe un point de mesure supplémentaire sur son câble négatif. Ce n'est pas un deuxième contrôleur de batterie, mais une ligne supplémentaire dans le même bilan énergétique.

Erreurs typiques

• Masse au mauvais endroit. Un seul câble encore branché directement sur le négatif de la batterie rend l'ensemble du bilan des ampères-heures inutilisable.
• Capacité mal réglée. Le moniteur calcule avec la valeur saisie, non celle installée. À régler à chaque changement de batterie.
• Jamais synchronisé. Sans charge complète régulière, l'affichage dérive. Ceux qui chargent rarement à fond ont besoin d'un rendez-vous conscient pour cela.
• Tension lue comme état de charge. Pour le lithium, la courbe de décharge est si plate que la tension ne porte pratiquement aucune information.
• Capteur et affichage non compatibles. Des plages de résistance différentes donnent un affichage qui semble plausible tout en étant faux.
• Anodes agrandies au lieu de mesurer le courant de fuite. Traite la conséquence et laisse la cause perdurer.
• Trop d'alarmes. Quiconque alerte à chaque événement éduque l'équipage à ignorer les avertissements.

Ce qu'exige la norme

La norme ISO 13297:2020 ne dicte rien concernant la technique de mesure elle-même — elle régit l'installation électrique, pas l'affichage. Elle devient néanmoins pertinente en deux points : le shunt se trouve dans le circuit de courant principal et doit être fixé, protégé et sécurisé comme n'importe quel autre point de ce circuit. Et les câbles de mesure menant de la batterie à l'affichage sont des circuits électriques à part entière et nécessitent leur propre petit fusible, aussi près que possible du point de prise. Un câble de mesure fin sans fusible, relié à la tension de la batterie, est une source d'incendie.

Pour les réservoirs d'eaux noires, la surveillance du niveau aux trois quarts est obligatoire. Ce n'est pas une question de confort, mais une exigence vérifiée lors de la réception.