Un Tour d’écrou

J’ai eu une excellente discussion ailleurs sur le fonctionnement des alternateurs avec plusieurs bancs de batteries et isolateurs. Ce n’est pas complètement compliqué, mais il faut beaucoup de mots pour essayer d’expliquer et de donner un sens. Après avoir parcouru Internet pour trouver de bonnes illustrations et n’en avoir trouvé aucune, j’ai fini par fouetter la mienne, et je voulais nettoyer ma réponse par la suite, la développer et la rendre un peu plus facile à lire.

Le très stupide TL;Résumé DR avec plusieurs banques de batteries à différents états de charge, c’est que votre système électrique automatique est très socialiste. ” De chaque (alternateur) selon ses capacités, à chaque (batterie) selon ses besoins.”Cela est vrai avec de petits ajustements, que votre isolateur soit un relais ou une diode.

Que se passe-t-il exactement lorsqu’un alternateur charge deux batteries ?

Dans une situation où vous avez une batterie auxiliaire connectée à votre batterie de démarrage avec un isolateur entre les deux, comment réagit le régulateur de l’alternateur? Supposons que la batterie de démarrage soit à pleine charge (12,7v) et que la batterie auxiliaire soit à moitié charge (12,0v)

D’après ma compréhension, le régulateur verrait une tension comprise entre les deux, disons 12,3v et continuerait à mettre une tension élevée au lieu de la charger pour éviter les dommages.

Ma compréhension est-elle complètement éteinte?

…

Disons que la batterie de démarrage est de 95% et la batterie de la maison est de 50%. Pour que le courant arrive à la batterie de la maison, il devrait passer par la batterie de démarrage. Et comme la batterie de démarrage est toujours d’une capacité inférieure à celle de l’alternateur, comment ne prend-elle rien?

Cette question est en fait apparue parce que j’ai laissé l’évent du chauffage de la voiture au réglage le plus bas pendant des jours et que je ne m’en suis pas rendu compte. Habituellement, le tableau de bord montre l’aiguille de charge légèrement inclinée vers “Charge” lorsque je conduis. Cette fois, la batterie de démarrage étant à moitié déchargée, elle produisait beaucoup plus de courant. Ce que j’ai remarqué, c’est qu’il a également chargé la batterie de ma maison beaucoup plus rapidement.

Après une petite discussion, j’ai obtenu un peu plus de bonnes informations de l’affiche originale. Il a une Econoline 88 avec un relais d’isolation de batterie d’usine et un alternateur, j’ai donc pu préparer des illustrations au moins raisonnablement spécifiques à un véhicule particulier.

J’avais initialement voulu prendre quelques illustrations pour que cela ait un peu plus de sens, mais après avoir parcouru Internet pour voir si quelqu’un avait déjà les bonnes illustrations, personne ne l’a fait. Pas étonnant que personne ne comprenne généralement comment cela fonctionne. Vous pouvez trouver des illustrations toute la journée de la tension de la batterie pendant la charge ou la décharge, mais je n’ai jamais trouvé de graphique de la tension (à un niveau de charge spécifique) car elle change en fonction de la quantité de courant que vous mettez ou que vous retirez à ce moment-là, ce dont vous avez besoin pour comprendre cela.

J’ai fait assez de chasse pour m’assurer que mes informations étaient correctes, et j’ai juste fait mes propres illustrations après le travail un soir.

Comment chaque élément du système fonctionne-t-il seul ?

Avant que tout cela ait du sens, vous devez pouvoir voir comment chaque pièce agit sous différentes charges électriques, mais il y a beaucoup de variables qui changent les choses. Ces illustrations ne sont pas *précises* par rapport à une configuration particulière, mais elles sont “à peu près correctes” pour l’alternateur 2G d’origine et la batterie de démarrage que vous obtenez dans un E-150 d’environ 1987-1994, et j’espère juste assez bonnes pour expliquer le concept.

Alternateur

La plupart des graphiques pour ceux-ci montrent le courant de sortie maximum que vous pouvez obtenir en fonction de l’alternateur ou du régime du moteur, ce qui ne nous aide pas vraiment beaucoup. Ce que vous devez vraiment voir, c’est ce que votre alternateur fera à une vitesse de croisière fixe lorsque vous augmenterez la charge.

À la vitesse de croisière, vous pouvez voir que la sortie de tension de votre alternateur est généralement plate jusqu’à quelque part autour de sa sortie nominale, et quelque part après cela, à mesure que vous mettez plus de charge dessus, la tension qu’il est capable d’éteindre diminue. Pour la partie plate du graphique, le régulateur de tension lance le champ vers le haut dans l’alternateur pour maintenir la tension vers le haut. Une fois que le champ est à pleine puissance, c’est tout ce que vous avez, et la tension chute rapidement après cela à mesure que vous augmentez la demande de courant.

Cela change à mesure que le régime de votre moteur change. Au ralenti, l’anternateur ne tournant qu’à environ 2 000 tr / min (généralement environ 3 fois la vitesse de manivelle), le point de coupure se déplace beaucoup plus à gauche. En croisière, la plupart des Ford auront l’alternateur tournant entre 4 000 et 6 000 TR / min, ce qui est probablement assez représentatif de cela. Si vous faites tourner le moteur plus vite, il pousse la coupure plus à droite, mais pas autant; vous arrivez à un point où toute la résistance des composants l’emporte essentiellement sur la rotation plus rapide de l’alternateur. La plupart des alternateurs Ford sont bons pour environ 16 000 à 18 000 tr / min avant que les choses ne commencent à se casser.

Cette courbe n’est pas précise ou basée sur de vraies données de test, car malheureusement je n’en ai pas et je n’en ai pas trouvé. Celui-ci est basé sur des informations pour les alternateurs excités séparément disponibles dans les textes d’ingénierie, et modifié avec l’ajout du comportement approprié pour avoir un régulateur de tension. Donc oui, je suis sûr que c’est à quoi ressemble la courbe, mais en même temps, non, je ne suis pas sûr d’un seul nombre exact sur ce graphique, puisque je l’ai ajusté par globe oculaire. Quelqu’un veut se réunir et faire un banc d’essai d’alternateur pour que nous puissions obtenir des chiffres réels?

Batterie de démarrage

Voici ce que fait votre batterie de démarrage à différents niveaux de courant.

C’était la partie difficile à trouver, et j’ai fini par extraire ces informations de très bons graphiques de batterie mis en place par un gars de bateau pour le magazine Home Power. Ces graphiques de batterie sont en fait au moins basés sur les données expérimentales de quelqu’un, ils sont donc un peu plus précis que le graphique d’alternateur que j’ai ci-dessus. Pour obtenir ce graphique, j’ai essentiellement pris le graphique de la dernière page du document lié, et pris les valeurs d’une “tranche” à un état de charge spécifique (90% pour cette première courbe), puis ajusté pour la taille de la batterie.

Tout sur cette courbe ci-dessus change à la fois avec la taille de votre batterie et sa décharge, j’en ai donc créé une pour chacune des différentes situations que nous devrions examiner pour comprendre comment les isolateurs et plusieurs banques de batteries fonctionnent ensemble. Pour ce premier, il s’agit d’une batterie au plomb de 75 Ah (essentiellement la batterie du groupe 65 dans une Econoline).

Lorsque vous regardez à gauche du zéro en bas, c’est un courant de décharge, avec votre batterie qui alimente. À droite se trouve le courant de charge, l’alimentation étant mise dans votre batterie. Ce que vous pouvez lire à peu près sur ce graphique, c’est la tension. Ce tableau contient à peu près les bons numéros de tension pour que votre batterie de démarrage soit chargée à 90%, ce qui est assez normal pour avoir simplement allumé une camionnette qui est assise pendant un petit moment.

La partie la moins précise de ces cartes est juste autour de 0 courant. Le comportement des batteries au plomb est très “flou” dans ce domaine, et la tension dépend de beaucoup d’autres choses, alors ne prêtez pas beaucoup d’attention à la ligne qui relie les courants de “charge” et de “décharge” les plus bas; cela ne signifie pas grand-chose là-bas.

Le système le plus simple: Un alternateur, une batterie de démarrage

Faible charge

Maintenant, regardons la première et la plus simple combinaison, juste votre alternateur et votre batterie de démarrage. Juste après avoir allumé votre camionnette, l’alternateur démarre jusqu’à 14-14,5 V environ. La pompe à carburant et l’électronique de votre camionnette mettent peut–être 30A à fonctionner, donc votre système sera probablement à environ 14,2V – vous devez d’abord “deviner” pour comprendre cela, puis revenir en arrière et ajouter des choses pour voir si votre supposition était à peu près correcte.

Ce qui est important à voir, c’est que votre batterie et votre alternateur sont liés l’un à l’autre, ils doivent donc être à la même tension. À 14,2 V, votre alternateur peut éteindre environ 42A, et votre batterie “veut” environ 7A de charge, donc 14,2V aurait raison si le reste de votre système exige environ 35A à ce moment-là. Assez proche, mais peut–être pas tout à fait une bonne supposition comme nous pouvons le faire, car les courants ne s’équilibrent pas tout à fait – votre voiture et votre batterie veulent 37A ensemble, et l’alternateur veut éteindre 42A, donc nous sommes un peu partis.

Je peux sauter une étape et dire que 14,3V fonctionne trop haut, alors essayons à mi-chemin entre 14,25V. À cette tension, la batterie de démarrage veut 7,5A, et la camionnette veut toujours que 30A fonctionne, et l’alternateur veut éteindre 35A. C’est assez proche – à quelques ampères près – alors j’appellerais 14,25 la réponse. C’est probablement un peu trop précis compte tenu de la configuration des graphiques.

Charge moyenne

Maintenant, avec ce simple combo un alternateur / une batterie, allumons les phares et allumons le ventilateur bas; maintenant, nous dirons que nous avons augmenté notre charge de la camionnette à 50A. Devinons 14,1V pour la tension du système. En regardant le graphique de la batterie, le courant de charge de la batterie va probablement chuter à plus de 6,5A à cette tension, donc votre charge totale est maintenant d’environ 56,5A. Votre graphique d’alternateur dit qu’il émet environ 56A à cette tension, donc notre supposition était bonne! 56A sortant de l’alternateur se divisera en environ 50A allant à la camionnette et 6A allant à la batterie.

Charge élevée

D’accord, il est temps de surcharger l’alternateur. Allumez la chaleur sur max (ces ventilateurs tirent environ 20A sur max), allumez l’air arrière et peut-être des sièges chauffants. Retournez les essuie-glaces, mettez tout en marche. Maintenant, nous avons environ 90A de demande dans le système. C’est beaucoup plus que ce que l’alternateur peut éteindre lui-même au-dessus de 12V, donc si vous faites confiance au graphique légèrement fictif que j’ai fait, votre alternateur ne peut éteindre qu’environ 11,5V à cette charge.

Batterie à la rescousse! Il est toujours connecté, et s’il était réellement à 11,5 V, il en sortirait vraiment du jus! Ce qui va vraiment se passer, c’est que le système va s’installer à n’importe quelle tension le courant de sortie de la batterie et de l’alternateur totalise 90A.

En regardant le graphique, cela me semble environ 12,4 V. À 12,4 V, votre alternateur peut encore tourner à 83A, et votre batterie va éteindre les 7A restants.

Le système simple TL;DR

J’ai d’abord choisi la situation simple car celle-ci doit avoir un sens avant que vous puissiez comprendre ce qui se passe lorsque vous jetez un deuxième groupe de batteries avec une charge différente. Dans cet exemple simple, vous avez déjà deux choses qui peuvent éteindre l’alimentation (alternateur et batterie) qui doivent “décider” comment partager la charge. Le fait est que ce n’est pas vraiment une “décision”.”Chaque chose a son propre comportement naturel que le graphique essaie de donner un sens, et le système a une “loi naturelle”, c’est-à-dire que la tension de toutes les pièces que nous examinons sera toujours la même (car elles sont directement connectées). Par conséquent, l’alternateur et la batterie augmenteront ou diminueront la sortie jusqu’à ce que la tension se stabilise entre eux. C’est un peu un exercice d’équilibre physique.

Ajout d’une batterie AUXILIAIRE / Maison

Faible charge du véhicule, 50% de charge de la batterie auxiliaire

Maintenant, revenons au premier exemple où vous venez de démarrer la camionnette et avez une charge système raisonnable de 30A, mais maintenant nous ajoutons les batteries de votre maison. Disons que votre batterie est de 200Ah, ce qui équivaut à près de trois de ces batteries de démarrage – je veux exagérer un peu les choses pour qu’il soit plus facile de voir l’effet dans les différents graphiques. Votre batterie n’est chargée qu’à 50% lorsque votre relais d’isolateur le connecte à l’alternateur et à la batterie de démarrage, de sorte que son tableau ressemble à ceci.

La forme est vraiment similaire, mais les courants sont beaucoup plus grands (parce que la banque est plus grande) et les tensions sont plus faibles (parce que la banque est à moitié déchargée). Le système de votre fourgonnette veut toujours environ 30A pour faire fonctionner ses propres affaires.

Alors maintenant, avec ce relais d’isolateur connecté, la loi “toutes les tensions sont les mêmes” s’applique aux trois pièces. Pour comprendre ce que ça va faire, je dois deviner à nouveau une tension pour démarrer. Je peux faire une supposition éclairée et dire que le système fonctionnera peut-être à 13,5 V, ce qui semble assez proche. Voyons, à 13,5 V, notre alternateur éteint environ 76A, et notre demande est de 30A (de l’électronique de la voiture) plus environ 3A (ce que la petite batterie principalement chargée veut à cette tension) et un énorme 65A que notre banque de batteries affamées veut à cette tension. C’est une charge totale de 98A, bien plus que ce que l’alternateur éteint, donc je me suis évidemment trompé!

Si j’essaie à nouveau, il se rapproche – À 13.4V, la charge est de 30A voiture, toujours environ 3A batterie de démarrage (trop petit changement pour être indiqué sur le graphique), mais jusqu’à environ 40A sur le banc de batteries. L’alternateur peut également éteindre quelques amplis de plus. Ainsi, la charge descend à 73A et la capacité de l’alternateur monte peut-être à 77. Fondamentalement, nous en sommes là; 13.4V est à peu près aussi précis que nous pouvons l’obtenir avec ces graphiques.

Avec cet exemple, vous pouvez vraiment voir comment la puissance est répartie entre les deux batteries. Votre batterie de démarrage ne veut pas grand-chose; il est trop plein pour prendre beaucoup plus de charge à cette basse tension, et la tension est encore trop élevée pour qu’elle se décharge du tout. Pendant ce temps, votre batterie auxiliaire a faim, et elle va simplement aspirer du courant jusqu’à ce qu’elle baisse la tension de l’alternateur à un niveau où elle est satisfaite. Au fur et à mesure que le courant monte, la tension de l’alternateur chute et, au fur et à mesure que la tension baisse, la “faim” de la batterie auxiliaire diminue, de sorte qu’ils se rencontrent au milieu.

Faible charge du véhicule, charge de la batterie auxiliaire de 50%

Maintenant, pour voir ce qui se passait avec votre plate-forme l’autre jour lorsque votre banque auxiliaire était vraiment en panne, voici une courbe pour votre batterie auxiliaire à seulement 20% de charge.

C’est assez de différence pour commencer à aspirer le jus de votre batterie de démarrage, comme vous l’avez vu, mais pas encore beaucoup.

Je vais d’abord deviner 12.7V. À 12,7 V, votre alternateur éteint environ 82A, votre batterie de démarrage éteint environ 1A. Votre fourgon veut toujours 30A pour fonctionner, et votre batterie auxiliaire veut aspirer un plein 50A! C’est probablement une très bonne estimation de la tension, nous sommes à quelques ampères de tout ce qui s’additionne. 83A environ de l’alternateur et de la batterie de démarrage, et 50 de celle-ci entrant dans la recharge de la banque auxiliaire.

Vous pouvez voir où même de petits changements dans mes suppositions sur la création de ces graphiques rendraient le tirage plus difficile de votre batterie de démarrage.

• Si votre auxiliaire restait moins de 20% de charge, vous tireriez certainement beaucoup plus fort de la batterie de démarrage, car votre alternateur est complètement épuisé.
• Ma “courbe d’alternateur” aurait facilement pu être généreuse pour cet alternateur de plus de 70A, car je viens de préparer cette partie de la courbe “à l’œil” jusqu’à ce qu’elle ait l’air juste. Contrairement aux piles, je n’ai pas de bonnes données matérielles pour celle-ci, juste assez de connaissances de base sur son fonctionnement pour préparer un graphique.
• La plus petite augmentation de charge de la camionnette elle-même va sortir presque directement de votre batterie de démarrage maintenant, le courant de charge de la batterie domestique diminuant. L’alternateur est presque complètement maximisé, donc si vous éteignez les appareils de chauffage pour 10A (pour un total de 40A pour la camionnette), la tension chute un tout petit peu à 12,68V, votre alternateur produit toujours environ 82A, la batterie de démarrage éteint environ 2A et votre courant de charge auxiliaire tombe à seulement 44A (pour une charge totale de 84A). Cela ne semble pas beaucoup, mais les ampèremètres dans les tirets Ford sont en fait très sensibles, et vous verriez certainement cela comme un contraction d’aiguille très perceptible.

D’un autre côté, cela montre pourquoi vous ne devriez pas trop vous inquiéter d’un isolateur de relais provoquant la “vidange” de votre batterie de démarrage lorsque la voiture tourne. Vous devez vraiment vider les batteries de votre maison avant même qu’elles ne commencent à extraire le courant de vos batteries de démarrage, et même dans ce cas, c’est un petit filet.

En même temps, vous pouvez voir comment recharger les batteries de la maison à partir d’une charge très faible fonctionne vraiment la morve de l’alternateur. Pas une bonne partie à bon marché.

Qu’en est-il d’un isolateur à diode?

Un isolateur à diodes change les choses, et pas toujours dans le bon sens. Cela garantit que votre banque maison ne prélèvera pas de frais directement de votre banque de départ lorsque vous courez. Cependant, comme vous pouvez le voir dans les exemples ci-dessus, ce n’est pas vraiment un gros risque même avec un simple relais.

Ce qu’un isolateur à diode fait définitivement, c’est changer la forme de la courbe de l’alternateur. Les diodes ont ce qu’on appelle une “chute de tension directe” lorsqu’elles fonctionnent. Il s’agit essentiellement d’une perte de tension fixe chaque fois que le courant circule. Je comprends que pour la plupart des diodes d’alternateur, cela représente environ 0,9V.

Pour compenser cela, le fil de “détection de tension” de votre régulateur de tension est toujours attaché à la batterie de démarrage, du côté aval de la diode (ne le fixez pas du côté de la batterie auxiliaire à la place). Si votre régulateur veut 14.2V, il va monter le champ sur l’alternateur plus haut, jusqu’à ce que l’alternateur éteigne 15,1V. Cela produira 14,2V du côté aval de cette diode.

Cela affecte les performances de l’alternateur de trois manières:

• Cela ajoute de la charge à l’alternateur. Si vous produisez 50A, vous perdez 45W en traversant la diode, ce qui représente un autre 45W que l’alternateur doit éteindre. Cela signifie que votre alternateur fonctionnera toujours un peu plus chaud.
• Il réduit la sortie de l’alternateur lorsque le régulateur est au maximum. Parce qu’il faut une force de champ supplémentaire pour fournir le 0 supplémentaire.9V, votre régulateur sera à court de la capacité d’ajouter un “coup de pied” supplémentaire à un courant de sortie plus faible, de sorte que vous “tombez” la partie plate de la courbe plus tôt.
• Vous perdez de la tension partout au-dessus de ce point plat pour un courant donné, de sorte que vos performances de charge lorsque l’alternateur est au maximum diminuent de manière très mesurable.

J’ai créé un autre graphique truqué qui montre ce comportement. La courbe globale n’est pas la plus précise, mais la différence de performance est assez rapide.

La courbe d’alternateur d’origine est pointillée. J’ai étiré le graphique un peu plus haut pour rendre les différences plus faciles à voir. C’est un peu tordu de 14 à 13V, mais dans l’ensemble, c’est à peu près juste.

Comme vous pouvez le voir, il n’y a pas beaucoup de différence lorsque vous avez une faible charge. Cependant, une fois que vous avez maximisé votre champ, whoa! Quelle différence. L’alternateur évalué à 67A serait probablement évalué à environ 58A maintenant si vous utilisiez les mêmes critères. Vous perdez presque 5A tout au long de la plage. Toute votre puissance perdue va dans le 50W + ou alors que votre diode mange.

C’est pourquoi j’aime les relais isolateurs. Même aux courants très élevés, vous rechargez une banque de 200 Ah qui est drainée, je peux obtenir un solénoïde à service continu qui gérera le courant pour des sommets de 40 tops. Je préfère de loin dépenser l’argent supplémentaire que vous paieriez pour un isolateur à diodes (environ 35 minimum de plus pour cette taille d’alternateur) vers un bien meilleur alternateur à la place.

Alors que se passe-t-il vraiment ici?

Rien dans le système ne sait vraiment comment distribuer l’électricité, chaque pièce a juste ses propres caractéristiques de performance, et le système “s’équilibrera” naturellement à la tension qui permet à l’alimentation disponible (de l’alternateur) de répondre à la demande (de l’électronique de la voiture et des deux batteries).

De plus, les isolateurs à diodes sont le diable! (Votre kilométrage peut varier)