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Come ricaricare le batterie servizi usando l’alternatore del camper

Se possiedi un camper, un camper o una barca, quasi sicuramente avrai installato un equipaggiamento elettrico che vorresti utilizzare a motore spento. Questi possono essere oggetti semplici e basso consumo come prese a 12 Volt e luci a LED oppure altri elementi che richiedono molta più energia, come ad esempio una pompa dell’acqua, un frigorifero a compressore, Inverter, ventole, laptop, TV e condizionatori

Se provi ad alimentare questi dispositivi dalla batteria di avviamento del motore senza il motore acceso, in poco tempo questa si scaricherà, lasciandoti bloccato. La soluzione comune è quella di installare una o più batterie ausiliarie (spesso indicate come batterie servizi) che vengono utilizzate esclusivamente per alimentare quei dispositivi non correlati all’avviamento del motore. Ma una volta installata una seconda batteria, come si fa a caricarla insieme alla batteria di avviamento? Questo articolo ti fornirà una panoramica delle tecnologie comunemente utilizzate, nonché alcuni indicatori da considerare quando si progetta il proprio sistema.

Cos’è la divisione di carica?

La suddivisione di carica è il termine usato per descrivere la ricarica simultanea della batteria di avviamento del veicolo e quella della batteria servizi da una fonte di ricarica comune. Sui veicoli e sulle barche questa fonte di carica è quasi sempre l’alternatore del veicolo che a sua volta è alimentato dal motore, ma possono esserci anche altre fonti di ricarica non correlate al motore come un caricabatterie alimentato dalla rete , sistemi di ricarica con energia solare generatori eolici e generatori portatili.

I moderni sistemi di separazione di carica sono in genere composti da un dispositivo che collega le batterie di avviamento e servizi solo quando è attiva una fonte di carica. La loro seconda funzione è quella di isolare elettricamente gli impianti, assicurando che l’uso di una batteria non tragga corrente dall’altro. È importante assicurarsi che la batteria di avviamento sia isolata, in modo che il motore possa essere sempre avviato. Inoltre ciò che si desidera è che la batteria servizi  non venga accidentalmente utilizzata per l’avvio del motore poiché questa non è progettata per fornire un’alta corrente in un breve periodo di tempo.

Alcune parole sulla ricarica della batteria

Prima di analizzare i metodi di connessione delle batterie vale la pena dedicare sue parole per capire come una batteria si ricarica.

Le batterie da 12 Volt tipicamente forniscono un’uscita di tensione compresa tra 12 e 13 Volt a seconda del loro livello di carica. Quando una fonte di ricarica sta tentando di fornire corrente a una batteria per ricaricarla, deve effettivamente fornire una tensione superiore a quella uscita dalla batteria in modo che la carica possa fluire all’interno e essere accumulata nella batteria. Potrebbe essere utile pensare che le tensioni agiscano in direzioni opposte, quindi con la tensione della batteria che agisce in un modo e la tensione dalla sorgente di carica che agisce sull’altro. Poiché una differenza di tensione determina il flusso di corrente solo quando la tensione della fonte di carica supera quella della batteria, la carica inizierà a scorrere nella batteria.

È anche importante notare che mentre l’alternatore di un motore fornisce una tensione superiore a quella della batteria, tutti gli impianti elettrici sono alimentati dall’alternatore, non dalla batteria. Con la batteria a una tensione inferiore rispetto alla sorgente di ricarica, nessuna corrente può fluire dalla batteria al resto dell’impianto elettrico perché la corrente fluirà nella batteria. Per questo motivo, gli alternatori normalmente forniscono corrente a una batteria compresa tra 13,8 e 14,4 V per consentire loro di iniziare a caricare. Un regolatore di tensione è poi montato sull’alternatore per controllare la velocità di carica e garantire che la tensione massima sia limitata e non provochi danni ai sistemi elettrici.


Carica da alternatore, metodi utilizzabili

Esistono vari dispositivi di separazione di carica che possono essere installati a bordo per consentire la distribuzione della carica sia per le batterie di avviamento che per quelle servizi.

1. Commutazione manuale

Il modo più semplice per connettere e disconnettere le batterie di avviamento e quelle servizi è utilizzando un interruttore generale ON/OFF . Questo sistema utilizza un interruttore capace di reggere correnti elevate per collegare manualmente le batterie in parallelo una volta che il motore è in funzione e consentire la carica attraverso la batteria servizi. Con lo stesso interruttore si andrà a scollegarle quando il motore viene spento per isolarle e assicurarsi che la batteria di avviamento non si scarichi.

Vantaggi

  • Molto economico
  • Semplice
  • Robusto
  • Le batterie possono essere combinate per avviare il veicolo in caso di emergenza (ad es. Se lo starter è piatto)

Svantaggi

  • Sconveniente
  • Si basa sull’utente per collegare e scollegare manualmente le batterie
  • Rischi che lasciano le batterie collegate e il motorino di avviamento appiattito
  • La ricarica avviene a tensione costante cosa poco adatta alle batterie di tipo AGM e GEL
  • La ricarica avviene alla tensione dell’alternatore, cosa che potrebbe non essere adatta al tipo di batterie installate.

Considerazioni sugli interruttori manuali

Questa sistema non è  molto “intelligente” perché può essere facilmente lasciata accesa, scaricando la batteria di avviamento. Tuttavia sopratutto sulle barche è ancora abbastanza comune disporre di interruttori rotanti multi-posizione tramite i quali si possono selezionare sia la batteria di avviamento, la batteria servizi, o entrambi e anche scollegarli dal sistema di ricarica.

2.Utilizzo di un Relè per separare la carica

Questo sistema utilizza una potenziata di un semplice relè, la cui bobina è alimentata da un segnale +12V quando il motore è in funzione (solitamente il filo del segnale di carica dall’alternatore). Quando è eccitato, questo relè collega le due batterie in parallelo e le disconnette quando il motore è spento (è importante che il relè si chiuda solo quando il motore è in funzione in modo che la batteria servizi non sia collegata al motorino d’avviamento durante l’accensione del motore. È necessaria una versione di relè sufficientemente potente in grado di gestire la corrente potenzialmente grande che potrebbe essere generata dalla fonte di ricarica.

Vantaggi

  • Operazione automatica
  • economico
  • Semplice costruzione elettromeccanica
  • Facilmente sostituibile

Svantaggi

  • Richiede il collegamento all’alternatore  che significa lavorare sul cablaggio di fabbrica
  • I contatti mobili possono usurarsi nel tempo, causando maggiore resistenza e caduta di tensione
  • Le batterie non possono essere combinate per l’avviamento del motore di emergenza a meno che non sia installato un interruttore di bypass
  • Nessuna ‘intelligenza’ integrata nel relè
  • La ricarica avviene a tensione costante cosa poco adatta alle batterie di tipo AGM e GEL
  • La ricarica avviene alla tensione dell’alternatore, cosa che potrebbe non essere adatta al tipo di batterie installate.

Considerazioni sulla soluzione a relè

Questa era la soluzione di ricarica più comune prima che i relè sensibili alla tensione diventassero disponibili. Questa è ancora a volte usata, tuttavia bisogna ricordare che è necessario intervenire all’impianto elettrico del veicolo e in questo caso è facile fare danni.

3. Sensore di tensione / relè di rilevamento (VSR)

I relè sensibili alla tensione, o VSR, rilevano la tensione della batteria di avviamento e chiudono i contatti all’interno del relè ad una soglia pre-impostata, normalmente attorno a 13,3 V. I contatti quindi si riaprono a una soglia inferiore pre-impostata (normalmente intorno a 12,8 V). Quindi, quando l’alternatore inizia a funzionare, la tensione sale a circa 14 Volt ai terminali della batteria di avviamento (supponendo che la batteria sia già ben carica) e il relè si chiude per consentire alla corrente di caricare la batteria servizi. Quando il motore si spegne e l’alternatore smette di girare, la tensione si abbassa gradualmente ai terminali della batteria di avviamento e il relè si riapre, isolando nuovamente le batterie.

Vantaggi

  • Operazione automatica
  • Relativamente poco caro
  • Semplice da installare (non è necessario modificare l’impianto elettrico montato in fabbrica – nessun problema di garanzia)
  • Sono generalmente a doppio rilevamento, ovvero funzionano quando rilevano un aumento di tensione su entrambi i lati del relè. Ciò significa che la batteria di avviamento si caricherà anche quando la batteria per il tempo libero viene caricata da un caricabatterie di rete tramite l’energia solare o un’altra fonte di ricarica.
  • Alcuni modelli hanno una funzione di avvio del motore di emergenza per combinare le batterie

Svantaggi

  • I contatti mobili possono usurarsi nel tempo, causando maggiore resistenza e caduta di tensione
  • La ricarica avviene a tensione costante cosa poco adatta alle batterie di tipo AGM e GEL
  • La ricarica avviene alla tensione dell’alternatore, cosa che potrebbe non essere adatta al tipo di batterie installate.

Considerazioni sul sistemi di separazione di carica VSR

Questi tipi di dispositivi sono probabilmente i più popolari sul mercato per le applicazioni più piccole. Sono relativamente economici, semplici da montare e affidabili. Alcuni dei VSR più intelligenti dispongono di un software integrato capace di monitorare la tensione nel tempo e determinare se e quando aprire/chiudere il relè in base alla tendenza, anziché utilizzare soglie fisse di tensione inferiore e superiore. Ciò è utile per eliminare l’apertura e la chiusura indesiderate del relè a causa di fluttuazioni di tensione momentanee.

Questo è uno dei sistemi che abbiamo utilizzato sul nostro camper, nello specifico abbiamo installato un prodotto della Victron Energy chiamato Cyrix-Ct da 120 Ampere. Si tratta di un dispositivo semplice e molto economico (circa 50 Euro su Amazon) che grazie alla sua intelligenza è in grado di far funzionare bene molti tipi di impianti. Lo stesso sistema funziona nei due sensi, ovvero caricando le batterie servizi con una fonte come l’impianto solare si ricaricano anche le batterie d’avviamento. Questo stesso dispositivo se opportunamente cablato consente di attivarlo manualmente per effettuare avviamenti d’emergenza in caso la batteria del veicolo sia scarica.

Il Victron Energy Cyrix-ct che abbiamo installato sul nostro camper. Si tratta di un sistema VSR altamente intelligente con la possibilità di funzionare nei due versi, ovvero può caricare anche le batterie d’avviamento

4. Convertitori di carica Buck-Boost

Come abbiamo potuto notare dai paragrafi precedenti non ci siamo ancora trovati davanti ad un dispositivo perfetto. Il principale problema di tutti i metodi elencati fin ora è l’incapacità di adattamento a tipi specifici di batterie, ovvero di poter regolare la tensione in uscita dall’alternatore al fine di ottimizzare la curva di carica in base alle proprie esigenze. La soluzione a tutti questi problemi è un convertitore di carica di tipo Buck-Boost, ovvero un dispositivo altamente intelligente in grado di regolare la corrente e la tensione d’uscita in modo da ottimizzarla per diversi tipi di bachi batterie. Questi dispositivi inoltre consentono di convertire differenti voltaggi, come ad esempio trasformare la corrente d’ingresso di un alternatore a 24 volt in una d’uscita a 12 volt, cosa molto utile ad esempio sui camion o sui grandi furgoni. Il convertitore DC-DC Buck-Boost è poi l’unica soluzione applicabile in caso a bordo si abbia un alternatore di tipo intelligente tipico ad esempio dei motori Euro 5 e 6. Questo perché su questi veicoli la corrente d’uscita dall’alternatore può essere anche molto elevata, ad esempio 15,4 Volt sui Mercedes Sprinter.

Vantaggi dei convertitori DC/DC di tipo Buck-Boost

  • Operazione automatica
  • Relativamente poco caro
  • Semplice da installare (non è necessario modificare l’impianto elettrico montato in fabbrica – nessun problema di garanzia)
  • Si risolvono i problemi di sovratensioni e di sovraccarica
  • Si può limitare la corrente in ingresso alle batterie
  • Si possono alimentare direttamente dispositivi
  • Fungono da convertitori, ad esempio da 24 a 12 volt o viceversa
  • Si risolvono i problemi dovuti alla caduta di tensione

Svantaggi dei convertitori DC/DC di tipo Buck-Boost

  • Hanno un costo più elevato rispetto alle soluzioni precedenti
  • Non possono essere usati per ricaricare le batterie servizi

Per quanto ci riguarda a bordo di Valentino abbiamo deciso di installare un convertitore Buck-Boost da 50 Ampere di Victron Energy, un dispositivo altamente configurabile che abbiamo apprezzato particolarmente per le sue innumerevoli funzionalità. Prima di tutto, oltre alle caratteristiche elencate precedentemente dobbiamo dire che la sua interfaccia di configurazione è oltremodo completa, si può variare qualsiasi parametro rendendolo un sistema efficace per qualsiasi tipo di soluzione.  Il convertitore ha un costo di circa 600 Euro, non poco, ma trattandosi di un sistema che è preposto a caricare batterie servizi del valore di qualche migliaio di Euro la spesa è più che giustificata. Esistono due modelli di questo dispositivo, uno da 25 e uno da 50 Ampere, entrambe possono essere installati a coppie per aumentarne la potenza di ricarica.

Il convertitore DC-DC di tipo Buck Boost che abbiamo deciso di installare sul nostro camper.


Considerazioni sulla progettazione per un sistema di ricarica diviso

Di seguito riportiamo alcuni aspetti da tenere in considerazione durante la progettazione del sistema di separazione di carica. Si prega di notare che ogni installazione sarà leggermente diversa quindi questa è da intendersi solo come una linea guida.

La complessità del sistema elettrico del proprio veicolo

  • Se si dispone di un sistema elettrico relativamente semplice costituito da una batteria singola con pochi carichi, ad esempio luci, frigo, pompa dell’acqua, prese di corrente ecc., Allora un VSR è probabilmente l’opzione migliore.
  • Se si dispone di un sistema elettrico complesso con più batterie, diversi sottosistemi elettrici e molti carichi invece potreste iniziare a valutare un sistema di tipo Buck-Boost.
  • IMPORTANTE: se si dispone di un veicolo con un alternatore “intelligente” (come regola generale si applica ai veicoli con motori conformi Euro 5 o 6 in poi) l’unico metodo di ricarica possibile è con tutta probabilità quello che prevede un convertitore Buck-Boost

Dimensionamento del sistema di ricarica e del separatore

  • Quando una batteria è completamente scarica ha una resistenza molto bassa e quindi attinge una grande corrente da qualsiasi fonte di ricarica collegata. Per questo motivo i cavi utilizzati per collegare le batterie e il separatore di carica dovrebbero essere in grado di gestire la corrente massima che la sorgente di ricarica è in grado di fornire (per questo è anche interessante un sistema Buck-Boost tipo quello fornito da Victron Energy, perché si può regolare) per garantire che non siano danneggiati. Per qualsiasi alternatore di dimensioni ragionevoli, ciò significa utilizzare un cavo batteria di almeno 16 mmq con attenzione a seconda dell’applicazione e della lunghezza del cavo. Lo stesso vale per il dispositivo di separazione, ad esempio il VSR  come il Victron Energy Cyrix-ct che può essere scelto tra 120, 230 e 400 Ampere.
  • Vale anche la pena considerare che in un sistema di ricarica tramite separazione, la batteria di avviamento collegata è anche una fonte di ricarica che cercherà di equalizzare la tensione della batteria servizi quando sono collegate, quindi se la batteria servizi è scarica a un livello molto basso potrebbe succedere che venga prelevata una corrente combinata dall’alternatore e dalla batteria di avviamento per un breve periodo di tempo. Questa corrente potrebbe essere maggiore di quanto l’alternatore è in grado di fornire da solo. Consentire a una batteria di scaricarsi troppo profondamente è dannoso ed è possibile prevenirlo utilizzando una protezione batteria come ad esempio quello che abbiamo installato noi sul nostro camper. Questi dispositivi, tipo il Victron Energy BP220 che abbiamo sul nostro camper è in grado di staccare i carichi qualora la tensione delle batterie scenda sotto livelli configurabili
In foto il protettore di batterie Victron Energy BP-100, sul nostro camper abbiamo installato un BP220.

Combinare le batterie in caso di emergenza

  • Sebbene i sistemi di separazione di carica siano progettati per mantenere separate le batterie di avviamento e servizi quando il motore non è in funzione, potrebbero esserci circostanze di emergenza in cui si desidera unirle intenzionalmente, ad esempio se la batteria di avviamento si guasta ed è necessario avviare il motore utilizzando la batteria servizi. Se il dispositivo di separazione non dispone già di questa funzione, come ad esempio per il Buck-Boost, è possibile prendere in considerazione l’aggiunta di un interruttore manuale dalla batteria al circuito per bypassare il dispositivo stesso.

Nota: prestare attenzione se si utilizza questa funzione per l’avviamento del motore poiché i motorini di avviamento possono assorbire correnti molto elevate, pertanto la dimensione dell’interruttore deve essere valutata bene. Sebbene alcuni VSR come ad esempio in Victron Energy Cyrix-ct di cui abbiamo parlato abbiano questo dispositivo di emergenza incorporato, le correnti elevate richieste da un motore di avviamento potrebbero saldare insieme i contatti e renderli inutilizzabili, quindi potrebbe essere prudente utilizzare comunque un interruttore di by-pass manuale ed evitare il rischio di danni

I prodotti di cui abbiamo parlato e che utilizziamo sul nostro camper

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