AMÉLIORATION DU SYSTÈME ÉLECTRIQUE DE L'EXSIS


L'énergie électrique est de plus en plus utilisée à bord. Comme l'Exsis est habité pendant de longues périodes en tant que résidence secondaire, il était essentiel d'en optimiser la gestion. Pour cela 3 voies : en augmenter la production, améliorer son stockage, diminuer sa consommation.

Production :
Les batteries d'un  camping-car dépendent généralement de 3 sources d'approvisionnement :

  1. l'alternateur du moteur lorsque celui-ci tourne.
  2. un chargeur branché sur le secteur lorsqu'on se trouve à proximité d'une prise de courant.
  3. le ou les panneaux solaires
Marginalement on trouve également le groupe électrogène ou la pile à combustible. Quant à moi j'estime le premier coûteux à l'achat et à l'utilisation, bruyant et polluant, sans compter l'espace nécessaire à son installation solide et sécuritaire. La deuxième présente moins d'inconvénients, mais sa puissance demeure faible, et j'estime ses coûts d'achat,  d'entretien et de fonctionnement prohibitifs.

Améliorer le rendement d'un alternateur me semblait impossible, sinon à le remplacer par un plus puissant. Solution coûteuse, techniquement plus ou moins facile, et peu intéressante puisque son utilisation continue en sur-place entraine bruit et pollution inacceptables.

Le branchement sur secteur, i.e. la recharge de la batterie habitacle via un chargeur fait déjà partie de l'équipement de base de l'Exsis, et sa puissance (autour de 20 Ah) correspond bien à mes besoins. Cependant, contrevenant à un fonctionnement autonome, il oblige à trouver un connexion rarement disponible en voyage sauf en terrain de camping (que je fuis !).

Restait donc le panneau photovoltaïque dont les derniers développements offraient des avantages indéniables :

  1. un diminution importante de son prix (ratio $/Ah)
  2. une amélioration du rendement
  3. un coût d'exploitation et un niveau sonore nuls
  4. une installation facile et sûre en utilisant au maximum le vaste espace disponible sur le toit
  5. une installation rendue encore plus facile avec les nouveaux panneaux flexibles ultra-légers que l'on colle tout simplement directement sur le support et qui peuvent en suivre les courbures.
Je décidais donc d'investir d'abord sur ce plan.


LES PANNEAUX SOLAIRES :


Panneaux solaires
Les 3 panneaux photovoltaïques de l'Exsis

À l'origine l'Exsis ne comptait qu'un seul panneau solaire de 100 W rigide, fixé presque à l'horizontale juste en avant du toit soleil.

Vu la lenteur de la recharge des batteries (au plomb acide) et le remplacement du frigo à gaz par un frigo à compression, il m'a paru stratégique de commencer par augmenter la puissance de cette source d'énergie.

Deux (2) panneaux souples  (de 120 W chacun) ont donc été ajoutés au premier pour un total nominal de 340 W. Collés directement sur l'avant du toit en polyester, ils en  suivent la courbe, là où se trouve la plus grande surface libre, en s'inscrivant exactement dans la nervure délimitant son pourtour.

Comme l'Exsis est surtout utilisé en hiver, lorsque le soleil est plus bas sur l'horizon, j'ai voulu donner une certaine inclinaison aux nouveaux panneaux. Ainsi, en stationnant le soir face à l'est, j'obtiens en début de matinée un impact maximal des rayons solaires.

Le collage (Sikaflex) directement sur la surface du toit sauvegarde au maximum son aérodynamisme, tout en évitant de percer son enveloppe étanche. La baisse de rendement, due au manque d'aération inférieure des panneaux, est largement compensée par le nombre de watts ainsi installables, et les meilleures performances de cette nouvelle génération de cellules photovoltaïques.

Les trois panneaux sont connectés en parallèle, leurs câbles se rejoignant dans une boite carrée étanche standard (Leroy-Merlin) avant de descendre verticalement dans le fond du placard de la cuisine, vers le contrôleur MMPT.



LE CONTRÔLEUR SOLAIRE :

Fonctionnant essentiellement en mode MMPT, le contrôleur SolarMate permet de tirer le maximum d'ampères des 340 W nominaux issus des  panneaux solaires en optimisant le rapport Ampères/Volts (maximum théorique de 26 Ah sous 13 V).

Sa puissance admissible de 40 Ah dépasse largement le débit maximum des panneaux, actuels et futurs, dont le nombre est limité par la surface disponible sur le toit.   

Réglé en position 7 (Deep Cycle Lead Acid), la Tension maximale de charge est de  14,6 V et en Floating de 13,4 V. Ce sont les tensions recommandées par Solise pour sa batterie LiFePO4.

Coloré et massif, son boitier est dissimulé aux regards sur la cloison intérieure du cabinet de toilette. On l'a placé le plus haut possible pour échapper aux éclaboussures et ne pas restreindre les mouvements dans cet espace plutôt exigu.

Les gros câbles venant des panneaux solaires sur le toit descendent dans le placard à provision, accrochés dans l'angle supérieur en évitant qu’ils s’accrochent dans les tiroirs, pour rejoindre le contrôleur avant de redescendre ensuite vers la batterie placée sous la banquette à l'avant.

Le capteur à effet Hall (anneau blanc) du voltmètre/ampèremètre/wattmètre (déporté au dessus de la cuisinette) est enfilé sur la câble positif (rouge) allant de la sortie du contrôleur à la batterie. Il mesure l’ampérage sortant du contrôleur, donc des panneaux solaires, après « rectification » par la contrôleur MMPT.

Controleur solaire


LE VOLTMÈTRE/AMPÈREMÈTRE DES PANNEAUX SOLAIRES :


L'écran rétroéclairé du multimètre est placé bien en vue à hauteur des yeux dans l'habitacle pour surveiller l'activité des panneaux solaire.

Il est identique au Coulombmètre placé dans la cabine (voir ci-dessous), mais seules les fonctions ampèremètre, voltmètre et wattmètre sont utilisées. Le compteur de Coulomb est quant à lui inopérant quant à indiquer la capacité de la batterie, mais il permet de suivre la quantité de courant livrée par les panneaux sur une période donnée.

Son implantation à proximité du contrôleur solaire a permis un branchement court (quoique qu'avec rallonge) de ses 3 fils d'alimentation (noir d'une part et rouge/jaune regroupés d'autre part) sur le côté «Batterie» du contrôleur. Son capteur à effet Hall détecte les ampères passant dans le câble positif (rouge) immédiatement à la sortie du contrôleur.

Les câbles - rallongés - sortant du voltmètre sont eux aussi plaqués contre les parois internes du placard (à l'écart du passage des tiroirs) - et donc invisibles  - pour relier le capteur au contrôleur.




STOCKAGE :

Après avoir investi des années durant (30 ans !) dans une ribambelle de batteries plomb/acide à décharge profonde (Deep Cycle) qui ont duré entre 2 et 3 ans chacune, avoir tenté d'en coupler 2 pour obtenir davantage d'ampères en vidant moins la batterie (ne pas dépasser le seuil de 50%), avoir installé un régénérateur de batterie censé combattre la sulfatation (Waeco Perfect Battery), avoir subi des dégradation du bas des coffres dus à des fuites et débordement d'acide, avoir veillé scrupuleusement à maintenir le niveau du mélange eau/acide dans les cellules et en mesurer la densité..... JE ME SUIS TANNÉ !

J'ai donc suivi attentivement l'évolution de la technologie des batteries au lithium, et surtout leur courbe de prix ; j'ai fini par faire le saut au printemps 2018 sur mon fourgon ProMaster canadien dont les 3 batteries en parallèle (285 Ah) rendaient l'âme l'une après l'autre après seulement 2 ans d'installation... J'ai remplacé ce parc de 3 batteries par une seule de 100 Ah qui, dès le 1er branchement, a fonctionné à la perfection et suffit largement à fournir tout l'électricité nécessaire à mon installation. Lorsqu'en novembre 2018, au moment de sortir l'Exsis de son remisage les 2 batteries se sont montrées défectueuses, j'ai procédé de la même façon.


LA BATTERIE LITHIUM :

Bien que remplaçant 2 batteries plomb/acide de 100 Ah chacune, la nouvelle batterie Lithium de 100 Ah de Solise s'est avérée à l'usage largement suffisante pour tous les besoins journaliers, vu la rapidité et l'efficacité de sa recharge ainsi que sa grande capacité de décharge sans dommage (aussi bas que 5 %).

En outre, ses avantages sur les batteries conventionnelles au plomb sont multiples : 

  • elle fournit près du double de la puissance d'une plomb-acide dans le même espace physique; en effet elle accepte une décharge de 95 % par rapport à la profondeur de décharge recommandée (50 %) pour le plomb acide.
  • elle peut être installée à l'intérieur car ne génère pas de gaz hydrogène et ni de corrosion des terminaux.
  • elle peut être installée dans n'importe quel position (debout, couchée, à l'envers...)
  • elle pèse moins de la moitié du poids d'une batterie au plomb-acide, ce qui se traduit par une réduction de poids significative.
  • sa tension de sortie demeure plate pendant la majeure partie du cycle de décharge, ce qui augmente l'efficacité du système.
  • elle peut être chargée jusqu'à 5 fois plus vite (C/2 au lieu de C/10). Dans mon cas 100/2 = 50Ah, au lieu de 20 Ah.
  • sa durée de vie est au moins 10 fois supérieure.
  • débranchée, elle garde sa charge jusqu'à 1 an sans nécessiter l'utilisation d'un chargeur d'entretien; elle est donc idéale pour le stockage sans surveillance.
  • enfin elle peut être installée sans aucune modification du système électrique original du camping-car, i.e qu'elle ne nécessite aucun booster, accessoire ou câble spécial.
  • un BMS intégré (Battery Management System) assure tous les contrôles, régulations et sécurités indispensables :
    - 100 ampères en continu
    - 200 ampères en surtension pendant 30 secondes
    - Surtension d'1⁄2 s pour des charges plus importantes
    - Protection contre les haute/basse tensions
    - Protection contre les courts-circuits
    - Protection contre les haute/basse températures
    - Équilibrage automatique des cellules.
batterie lithium

Le cœur de l'installation électrique sous la banquette de la
dînette.
Accroché à sa façade avant, l’onduleur 220V de
1 000 W pur sinus,
et à droite, sur la cloison extérieure,
le petit onduleur 120 V de
600 W pseudo-sinus. La
batterie LiFePO4 (Lithium) de 100 Ah;
au-dessus les
 barrettes de raccordement (Leroy-Merlin),
le disjoncteur/sectionneur de 50 A sur la borne positive
et l'anneau
blanc du capteur Hall du Coulombmètre. En arrière l'EBL Shaubt avec ses fusibles (bien peu accessibles...).


LE COMPTEUR DE COULOMBS DE LA BATTERIE HABITACLE:

Coulombmètre en place
Le coulombmètre encastré dans le plafond en fibre de la cabine de l'Exsis, au-dessus du pare-brise et entre les pare-soleils. il est entouré d'une bande de carton plié coincée dans l’ouverture (à remplacer plus tard par une bande de tôle d’alu ?), qui permet de le redresser pour le rendre presque vertical et faciliter sa lecture depuis l’habitacle. Il est proche de l’œil du chauffeur pour surveiller l’état de la batterie et sa recharge/décharge en roulant.

Ce petit appareil peu coûteux (à commander sur AliExpress)  est essentiel pour évaluer, de façon pragmatique, les entrées et sorties de courant, le niveau de remplissage de la batterie, l'ampérage transitant à ses bornes (en positif ou en négatif), et son voltage. Il consomme très peu (0,004 Ah) et ses dimensions réduites permettent de l'insérer à peu près n'importe où. Le câble fourni entre le capteur et l'écran est très court mais peut facilement être allongé à la longueur désirée (jusqu'à plusieurs mètres).

Sa connexion est facile, sans coupure d'aucun câble grâce au capteur à effet Hall. Les branchements sont sans erreur possible, les fils étant codés, et l'écran rétroéclairé bien lisible malgré sa petitesse.

Son paramétrage, sans être difficile, demande une lecture attentive des instructions - pas toujours très claires. Aussi en proposons-nous une traduction adaptée et éprouvée.

Le capteur à effet Hall (anneau blanc en nylon) englobe en son centre l'ensemble des câbles positifs (rouges) connectés à la borne positive de la batterie sous la banquette. Pour cela le court câble de liaison de ce capteur avec le coulombmètre a été coupé et rallongé de la longueur nécessaire (à peu près 4 m) avec un câble à 5 conducteurs de faible section (genre câble de téléphone, mais en multibrins). Trois servent aux mesures du capteur, deux à son alimentation.


LES ONDULEURS :

Le petit onduleur 120 V 600 W pseudo-sinusoïdal

Dans un premier temps ce petit convertisseur répondait au besoin de recharger/alimenter nos ordinateurs portables, de recharger la batterie de la caméra et un ancien téléphone pour lequel nous ne possédions pas de chargeur sur le 12 V.

Comme tous ces appareils, provenant du Canada, étaient munis de prises à lames américaines (120V), il a paru plus simple et économique d'installer un petit onduleur cheap caché dans le coffre à électricité sous la banquette et de le connecter à une barre multiprise apparente et facilement accessible placée le long de la fenêtre au-dessus de la table de la dînette.  Un interrupteur ad hoc facilement accessible discrètement encastré en façade de la banquette permet de le mettre hors circuit pour éviter une autre consommation « fantôme».

Cependant la puissance disponible limitait le choix des accessoires utilisables (Nespresso de Monsieur et sèche-cheveux de Madame entre autres), et je souhaitais disposer d'une courant plus « propre » pour les appareils électroniques embarqués. Je me tournais donc vers un onduleur pur sinus et plus puissant.




Le gros onduleur 220 V
1000 W  pur sinus
Convertisseur 1000 W Pur sinus

J'avais pu me procurer à Montréal un onduleur de très bonne qualité à un un prix doux pour mon ProMaster canadien, mais à l'époque il n'était pas disponible en 220 V. Bien que les prix de ce côté-ci de l'Atlantique soient nettement plus élevés, et le choix plus limité. je me résolvais donc à acquérir en Europe un appareil US-TRONIC de 1000 W apparemment de bonne qualité quoique sans ajustement sophistiqué, mais surtout de puissance limitée. De toute façon les ressources en ampères de ma batterie ne permettent pas - pour l'instant - de mobiliser bien des watts, et tirer 77 Ah sous 13 V de ma batterie de 100 Ah pendant quelques minutes est déjà bien suffisant !

Choix que je regrette un peu, puisque 1 000 W en 220 V, c'est quand même bien peu. Je calcule maintenant que 1500 W eut été un choix plus judicieux (mais 700 € pour cette classe d'appareil me semblait beaucoup...). Il faudra attendre le doublement de ma batterie LiFePo4 (lorsque les prix seront eux aussi plus abordables...) pour réviser les caractéristiques de cet accessoire, d'autant plus que mon distributeur préféré à Montréal (Voile Abordable) offre maintenant des onduleurs de 2 000 W en 220 V pur sinus, de qualité équivalente, pour 291 €  TTC.

Ces deux onduleurs disposent d'un interrupteur séparé encastrés dans la façade de la banquette. Ils évitent complètement la possibilité de « consommation fantôme » lorsque l'interrupteur sur l'appareil est éteint mais le laisse en fait « en veille ».


Le mini-onduleur intégré au tableau de bord

Madame se plaignait des câbles d'alimentation gênant le passage en cabine pour recharger son MacBook ou son téléphone. C'est pourquoi j'ai encastré en façade du tableau de bord, juste devant le siège du passager, 3 prises répondant à une diversité de besoins en connexion électrique : USB, 12V allume-cigare, et 120 V pour nos petits appareils et chargeurs américains. Ces prises, consommant peu, sont connectées sur le circuit «Prises 12V» de la batterie moteur, lui-même alimenté uniquement lorsque le moteur tourne.
Prise et nduluer du tableau de bord
Prises sur tableau de bord
USB doubles          12V allume-cigares         120 V/130 W


LES PRISES DE COURANT MURALES


À l'origine l'Exsis ne disposait que de 2 prises murales en 220 V pour alimenter ces petits appareils susceptibles d'apporter confort ou agrément à l'étape : l'une au-dessus du réchaud (pour un mixer ou un sèche-cheveux ?) et l'autre au-dessus de la lingerie (pour un four à micro-onde ou une TV).

On a jugé utile d'y ajouter deux barrettes de prises secteur (alimentée l'une en 220 V et l'autre en 120 V) devant la table de la dînette qui sert aussi fréquemment de bureau. Elles permettent de brancher ordinateurs portables, imprimante laser ou scanner. Une prise 12 V, quant à elle, permet la recharge des téléphones lorsqu'ils ne sont pas connectés sur les ordinateurs via un câble USB pour partager l'accès Internet.

Les prises 220 V sont reliées à un commutateur qui permet de choisir la source de courant 220 V : soit l'onduleur en fonctionnement autonome, soit le réseau EDF lorsque l'Exsis est branché sur une borne externe.


LES ÉCLAIRAGES

Toutes les sources de lumière de l'Exsis, originellement incandescentes ou fluorescentes, ont été remplacées, dans un premier temps par des spots halogènes, plus puissants et moins énergivores, puis par des DEL nettement plus économiques et durables. Des bandes de DEL autocollantes (vendues en 5 mètres au Canada pour 13 €)  - ont remplacé les tubes fluo dans leurs logements sous les vide-poches latéraux ou dans le cabinet de toilette,  tandis que d'autres de forme ad hoc ont pris la place des petites ampoules halogènes dans deux spots au-dessus des fauteuils en cabine de conduite, à l'avant de chaque côté de l'habitacle ou autour du grand lanterneau central.

En outre une longue bande de DEL a été collée sous toute la longueur des vide-poches gauches, doublant l'éclairage d'origine lorsque la dépense énergétique importe peu (Exsis branché ou pour de courtes durées d'allumage).

De plus  l'intérieur des différents placards (penderie, lingère au dessus du frigo, meuble sous l'évier) ont reçu leur éclairage indépendant et intérieur à DEL, commandé par des contacteurs activés par l'ouverture de chacune des porte.

Enfin un gros «lustre» central  de forte puissance (équivalent 100 W incandescent) a été installé sous le lit pour donner un fort éclairage général en cas de besoin, ainsi que dans l'applique extérieure près de la porte latérale. Ces applique sont constituées de sections des mêmes bandes de DEL collées parallèlement dans l'espace intérieur des luminaires. Coût de construction et consommation électrique très faibles, grande puissance d'éclairage.

Spot au
              dessus du chauffeur en cabine
Spot au-dessus du chauffeur en cabine










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