Les experts de topRik expliquent comment surveiller en continu l'état de vos batteries, la consommation d'énergie, les panneaux solaires (PV), le générateur et la collecte d'énergie du réseau en temps réel.
Nous parlons également des systèmes de surveillance de batteries pour yachts, disponibles sur notre marketplace, qui permettent de gérer facilement l'entrée d'énergie depuis la terre, de démarrer ou d'arrêter automatiquement les générateurs et de sélectionner des paramètres pour des performances optimales du système. Saviez-vous que vous pouvez résoudre à distance les problèmes d'énergie sur votre yacht depuis n'importe où dans le monde ? Nous en parlerons plus tard.
Une surveillance efficace de l'état des batteries sur un yacht garantit la sécurité et le confort de l'équipage, ainsi que des économies significatives sur les coûts de remplacement fréquents des batteries. À tout moment, vous pouvez prévenir les dangers pour l'équipage et le navire causés par une surcharge ou une sous-charge des batteries.
La marketplace topRik propose une large gamme de moniteurs, de systèmes de surveillance des batteries ainsi que des tableaux de commande numériques permettant de contrôler tous les paramètres du système électrique d’un yacht. Ces produits sont issus des meilleurs fabricants mondiaux d’équipements électriques marins : Victron Energy, Mastervolt, Simarine, Blue Sea Systems, Ultimatron France, Yacht Devices, etc.
Paramètres clés à surveiller
Au fil du temps, en raison de nombreux facteurs, les batteries deviennent inutilisables, et des contrôles ponctuels ne permettent pas toujours de détecter leurs dysfonctionnements à temps. Identifier les causes des défaillances ne fait souvent que confirmer le temps perdu pour un diagnostic opportun.
Typiquement, les batteries au plomb-acide sont fournies chargées et prêtes à l'emploi. Cependant, les manuels des fabricants soulignent que les batteries doivent être entièrement chargées avant leur mise en service. Cela est dû au fait que souvent, entre la sortie de l'usine et la livraison au client, un certain temps s'écoule, durant lequel une autodécharge naturelle se produit (environ 3 % par mois).
Cela ne signifie pas pour autant qu’il n’est pas nécessaire de surveiller les batteries pendant leur utilisation, même si elles ont été préchargées, installées sur le yacht et connectées à la charge.
Un indicateur important est la résistance interne des batteries, qui influe sur la réduction de la tension lorsque le courant circule. Des mesures régulières de la résistance interne permettent de prédire l'usure des batteries et de planifier leur remplacement à l'avance.
Les éléments de batterie dont la résistance diffère de plus de 10 % de la moyenne calculée pour tous les éléments doivent recevoir une charge d'entraînement. Si cela ne produit pas l'effet souhaité, ces éléments sont considérés comme défectueux et doivent être remplacés. Cependant, il faut noter que la résistance interne des batteries est une valeur conditionnelle.
Par exemple, une batterie au plomb-acide est un dispositif non linéaire, dont la résistance interne n’est pas constante, mais varie en fonction de la température, de la charge, de l’état de charge, de la concentration de l’électrolyte et d’autres paramètres. Par conséquent, pour effectuer des calculs précis, il est préférable d’utiliser des courbes de décharge plutôt que de se fier uniquement à la valeur de la résistance interne.
Pour les batteries à faible entretien avec électrolyte liquide, un autre indicateur est la densité de l’électrolyte, mesurable avec un hydromètre classique. Une diminution de la densité moyenne de l’électrolyte de 0,02 g/cm3 ou plus par rapport à sa valeur nominale indique des conséquences irréversibles, telles que la chute de la masse active des grilles ou une sulfuration profonde des électrodes.
Les batteries ne doivent pas être déchargées en dessous d’un certain niveau. La tension de fin de décharge est la tension minimale de fonctionnement. Si la décharge se poursuit après ce seuil, la batterie risque d’être endommagée ou inutilisable.
L’indicateur principal de performance d’une batterie est sa capacité résiduelle. L’objectif principal des vérifications est de déterminer si la batterie dispose d’une capacité suffisante pour répondre aux caractéristiques spécifiées par le fabricant pendant la durée requise.
La capacité d’une batterie caractérise sa capacité à stocker de l’énergie et détermine son temps de fonctionnement sans recharge. Les batteries rechargeables sont considérées comme opérationnelles tant qu’elles délivrent au moins 80 % de leur capacité nominale. Pour vérifier cette limite, il est nécessaire de contrôler périodiquement les batteries tout au long de leur durée de vie. L’indicateur le plus important ici est la capacité réelle au moment du test.
La capacité disponible est la charge que la batterie peut libérer avant que sa tension n'atteigne la tension de fin de décharge. La capacité disponible est égale ou légèrement inférieure à la capacité nominale pour une batterie neuve, mais elle diminue avec le temps.
L’état de charge (SoC) correspond au rapport entre la capacité libérée et la capacité disponible. Il caractérise la charge actuelle de la batterie et est exprimé en pourcentage.
La santé de la batterie (SoH) correspond au rapport entre la capacité disponible et la capacité nominale.
La tension d’une batterie entièrement chargée est supérieure à celle d’une batterie déchargée. Une méthode simple de contrôle consiste à mesurer la tension actuelle et à la comparer à celle d’une batterie chargée. Cependant, cette méthode est limitée ; elle permet uniquement de savoir si la batterie est complètement chargée ou totalement déchargée. L’évaluation manque de précision, car la tension instantanée varie en fonction de la charge et de l’état de charge.
Les variations de tension dépendent de la résistance interne de la batterie. Si le courant de décharge est très faible, les pertes internes sont négligeables et la charge disponible est proche du maximum. À des charges plus élevées, les pertes augmentent et la charge disponible diminue.
Si une batterie est dédiée au démarrage du moteur, il n’est pas nécessaire de mesurer le courant consommé ou fourni. Pour une batterie de démarrage, seule la tension est surveillée. En revanche, pour une batterie de service, on mesure le courant d'entrée et de sortie, la tension et le niveau de charge.
Si le bateau n'a pas de batterie de démarrage dédiée et que les deux batteries sont utilisées alternativement pour démarrer le moteur et alimenter les équipements à bord, il est conseillé d'installer deux shunts ou de déplacer le shunt pour que le courant des deux batteries passe à travers celui-ci.
Types de systèmes et dispositifs de surveillance des batteries : avantages et inconvénients
La marketplace topRik a sélectionné des équipements de surveillance des batteries en tenant compte du fait que nos visiteurs ont des bateaux et des besoins variés pour surveiller l'état de leurs batteries. Comme mentionné précédemment, nous avons choisi pour vous le meilleur du marché des équipements marins.
Vous pouvez acheter ici des dispositifs de surveillance de batteries de base (voltampèremètres, ampèremètres, indicateurs d'état de charge), des contrôleurs de batteries multifonctions avancés, ainsi que des systèmes intelligents de gestion de l'énergie avec possibilité de commutation via un panneau de commande numérique. Ces systèmes permettent également le transfert de données vers votre traceur multifonction, y compris via NMEA2000, CAN ou réseaux Ethernet.
Systèmes de surveillance de base
Souvent, de nombreux utilisateurs utilisent des multimètres conventionnels (ou voltmètres) pour mesurer la tension. Certains utilisent des appareils plus complexes et coûteux capables de mesurer la tension en circuit ouvert et la résistance interne. Pour les batteries de démarrage, une “fourche de charge” avec différents courants de charge est couramment utilisée.
Cependant, seuls quelques paramètres de base sont déterminés directement par ces instruments : tension, résistance interne, densité de l'électrolyte (pour les batteries à électrolyte liquide), intensité du courant. Tous les autres paramètres et caractéristiques ne sont pas mesurés directement, mais dérivés via des méthodes développées par les fabricants.
Il faut également noter que de nombreuses dépendances caractérisant le fonctionnement des batteries, comme mentionné plus haut, sont non linéaires. Des facteurs tels que le type de batterie, les caractéristiques de charge, la température de fonctionnement, les recommandations du fabricant, etc., peuvent avoir un effet significatif.
Au lieu de déterminer l'état de la batterie par la tension, il est possible de mesurer le courant. L'ampèremètre horaire surveille le courant reçu et délivré par la batterie, le cumule sur une période d'utilisation et ajoute cette valeur calculée à la charge initiale de la batterie. Étant donné que l'état initial de la batterie et les courants de charge-décharge peuvent être mesurés avec précision, cet appareil détermine l'état actuel de la batterie de manière plus fiable qu'un voltmètre. Cependant, il présente également plusieurs inconvénients.
Comme pour tout dispositif, il y a des pertes dans la batterie ; l'énergie qu'elle restitue est toujours inférieure à l'énergie qu'elle reçoit. Ces pertes ne sont pas constantes, mais dépendent de la température, du courant de charge-décharge et de l'âge de la batterie. L'efficacité d'une batterie varie selon les conditions.
Un coulombmètre, par exemple, ne tient pas compte des pertes, et ses relevés deviennent de plus en plus différents de l'état réel de la batterie avec le temps. Pour éviter ces écarts, une recalibration régulière est nécessaire.
Si la batterie est déconnectée de la charge et laissée sans recharge, aucun courant ne passe à travers le capteur de mesure du courant. Pourtant, des réactions chimiques se produisent toujours dans la batterie, réduisant progressivement son énergie. Après une semaine, la tension de cellule et l'état de la batterie auront changé, mais un coulombmètre ne pourra pas fournir cette information. Il ne prend pas en compte l'autodécharge.
Avec l'utilisation, la capacité disponible de la batterie diminue. Le coulombmètre ne peut pas déterminer la capacité actuelle et nécessite des références fréquentes pour rétablir ses points de référence haut et bas. Cela exige une décharge et une charge complètes, ce qui est rarement possible en conditions réelles. Avec le temps, les relevés du coulombmètre deviennent de moins en moins précis.
Le marché propose aujourd'hui de nombreux dispositifs pour une analyse rapide de l'état des batteries basés sur le principe de la “fourche de charge”. Cependant, ces équipements présentent une erreur de mesure importante, que les fabricants eux-mêmes reconnaissent. Les résultats dépendent de calculs internes basés sur des données telles que la tension, la résistance interne, la conductivité, le courant de charge minimum, etc., ce qui augmente encore l'imprécision.
Ainsi, aujourd'hui comme il y a de nombreuses années, la méthode la plus efficace, objective et précise pour vérifier l'état des batteries reste une décharge contrôlée de 20, 10, 5, 3 ou 1 heure. Plus la période de décharge est longue, plus les résultats seront précis.
Cependant, cette méthode, bien que fiable, nécessite un équipement spécialisé, beaucoup de temps et de main-d'œuvre. Elle n'est pas toujours envisageable lorsque la batterie ne peut être déconnectée de la charge principale ou remplacée par des batteries de secours, par exemple sur un yacht en pleine mer.
Force est de constater que ces instruments de mesure pour surveiller les batteries appartiennent à une époque révolue. En effet, ils ne fournissent pas de données correctes en temps réel.
Même les marins les plus conservateurs ont admis qu'un moniteur de batterie est l'appareil le plus simple pour surveiller l'état du système électrique d'un bateau ou d'un yacht. Le courant est mesuré à la sortie du générateur ainsi qu'à l'entrée et à la sortie de la batterie de service. Pour la batterie de démarrage, seule la tension est surveillée.
Un moniteur de batterie moderne n'est pas seulement un ampèremètre horaire, mais un appareil intelligent de surveillance des batteries. Avant de commencer, la capacité nominale de la batterie est entrée dans le moniteur. Après plusieurs cycles, l'appareil "apprend" et fonctionne ensuite sans intervention externe. Le moniteur surveille le courant, la tension et la température de la batterie, et compare les données reçues avec son modèle intégré. Les paramètres du modèle sont ajustés en fonction des données réelles, reflétant constamment l'état réel d'une batterie en fonctionnement.
Les moniteurs de batteries peuvent surveiller une ou plusieurs batteries. Les appareils les plus simples mesurent la tension, le courant et la charge d'une seule batterie. Les modèles plus avancés sont conçus pour surveiller deux ou trois groupes de batteries. Pour la batterie principale, ils mesurent la tension, le courant et la charge, et pour les batteries supplémentaires, uniquement la tension et le courant ou seulement la tension.
Systèmes de surveillance avancés
Les modèles de moniteurs de batteries reposant sur un principe modulaire permettent d'ajouter jusqu'à 20 capteurs de courant indépendants ou shunts intelligents au circuit et de contrôler jusqu'à 6 batteries. Ces moniteurs sont équipés d'un module Wi-Fi intégré et transmettent des informations sur l'état des batteries au smartphone ou à la tablette du propriétaire.
De plus, un moniteur de batterie correctement installé est un outil indispensable pour diagnostiquer les problèmes du système électrique d'un yacht ou d'un camping-car. Ces systèmes peuvent également être installés dans des véhicules mobiles, où ils fonctionnent parfaitement, comme nous l'avons constaté en utilisant les moniteurs PICO, puis une version plus avancée de Simarine, installée dans notre caravane et encore utilisée aujourd'hui.
Les versions ultérieures de PICO ne sont plus de simples moniteurs de batterie, mais de véritables systèmes de surveillance des batteries rechargeables. Grâce à leurs modules et shunts, ces systèmes permettent de mesurer et de contrôler la température, ainsi que l'énergie entrante et sortante de diverses sources et appareils puissants. En même temps, le système remplit les fonctions de commutateurs de batterie, contrôlables à la fois via un écran et à distance.
Un exemple de contrôleurs multifonctions pour batteries est l'Ekrano GX, dernier ajout à la série GX de Victron Energy. Avec ses nombreuses options de connectivité et interfaces, ainsi qu'un écran tactile de 7", il vous permet de gérer facilement votre système de n'importe où. Il offre une surveillance instantanée de :
- les batteries ;
- la consommation d'énergie ;
- les systèmes photovoltaïques ;
- le générateur et la collecte d'électricité du réseau ;
- le niveau des réservoirs ;
- les conditions de température.
Grâce aux systèmes de gestion intelligente de l'énergie comme le Nereide 2 de Simarine, associé à l'Ekrano GX, vous pouvez gérer l'entrée d'énergie depuis le quai, démarrer ou arrêter les générateurs, et ajuster les paramètres pour des performances optimales.
Avec les systèmes numériques intelligents dotés de panneaux de commande de Simarine ou Victron Energy, vous pouvez résoudre à distance les problèmes d'alimentation de votre yacht. Au début de cet article, nous avons présenté un schéma de fonctionnement pour organiser l'alimentation électrique et la surveillance du système électrique d'un yacht en utilisant l'Ekrano GX.
Il convient de noter que les systèmes avancés de surveillance des batteries prennent en charge les protocoles NMEA2000 ou CAN et peuvent transmettre des informations en temps réel via des réseaux Ethernet.
Dans les systèmes Simarine, cette fonction est facilitée par un module shunt spécialement conçu, le SN 01 NMEA 2000 Gateway.
Nous n'entrerons pas dans les détails des capacités supplémentaires des contrôleurs multifonctions ou des systèmes intelligents de gestion de l'énergie pour les propriétaires de yachts, car nous avons déjà discuté de leurs avantages à plusieurs reprises.
Voici une table présentant des options pour organiser le contrôle du système électrique sur des bateaux de différentes tailles à l'aide d'un système intelligent de gestion de l'énergie basé sur le modèle de commutation Nereide 2 de Simarine.
L'un des principaux avantages des systèmes intelligents de surveillance des batteries est la possibilité de non seulement observer à distance les mesures et les changements, mais aussi de contrôler à distance l'ensemble du processus d'alimentation et de distribution d'énergie.
Chaque fabricant de ces systèmes propose une application gratuite en ligne. Après avoir téléchargé la dernière version, vous installez l'application sur votre appareil – un smartphone ou similaire – et accédez à l'interface de contrôle de la surveillance installée sur le yacht.
Comme mentionné, vous pouvez non seulement observer le processus, mais aussi le modifier, par exemple, en déconnectant un appareil ménager, en passant d'une alimentation par générateur à un panneau solaire, etc. Cela signifie que vous n'avez pas à vous inquiéter de l'état de votre yacht amarré pendant vos sorties. Vous pouvez vérifier le fonctionnement de votre système électrique à tout moment depuis un café local.
Nous savons que certains marins craignent que l'installation d'un nouveau système de surveillance ne nécessite de modifier tout l'équipement existant, bien qu'il fonctionne encore, même s'il demande plus d'efforts et de temps pour les calculs exclus par les systèmes intelligents et même les moniteurs de batterie ordinaires.
La bonne nouvelle, comme toujours avec l'équipe topRik, est que tous les systèmes de surveillance de batteries modernes sont compatibles avec presque tous les équipements de navigation modernes. Par exemple, Victron Energy et Raymarine ont un accord à ce sujet.
Lors du développement de modules et shunts des systèmes Simarine, les connecteurs les plus courants et autres problèmes de compatibilité sont également pris en compte. Si vous avez un yacht moderne équipé d'une électronique et d'un matériel de navigation électrique modernes (pilote automatique, sondeur, AIS, propulseur, treuils), vous pourrez intégrer un système de contrôle intelligent sans coût supplémentaire.
Si vous avez des questions sur l'équipement de votre yacht avec des systèmes ou dispositifs de surveillance modernes ou traditionnels, contactez les experts topRik pour une consultation gratuite.
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