differenza cavi originale e maggiorato tra batteria motore e servizi

Ottimizzare la carica della batteria servizi con alternatore

Last Updated on 9 Marzo 2022 by Chiara

Nei camper, specialmente quelli datati, esiste il problema della scarsa ottimizzazione della ricarica della batteria servizi tramite alternatore.

alternatore foto

Per una serie di motivi che illustrerò in seguito, è quasi impossibile sfruttare a pieno la capacità di produzione dell’alternatore, e concludere la ricarica della batteria servizi oltre il 70/80%.
Questo problema aumenta decisamente se in viaggio ci sono altri consumi come frigorifero e fari etc…

In questo articolo ti spiego come risolvere questo inconveniente ed ottimizzare la carica della/e batteria/e servizi del tuo camper tramite alternatore.

Panoramica di funzionamento

La quasi totalità dei camper possiede un sistema molto semplice per la ricarica delle batterie servizi in marcia con alternatore.
In sostanza consiste in un cavo di collegamento tra batteria motore (direttamente collegata all’alternatore) e batteria servizi.

Questo cavo, per evitare che BM e BS siano in parallelo costantemente, è inframezzato da un semplice relè del tipo “normalmente aperto”. Detto volgarmente relè parallelatore o relè separatore.

relè da 30A camper
esempio di classico relè parallelatore camper (30A)

Tale relè è appunto sempre aperto in condizioni di motore spento e quindi le batterie sono separate. Tuttavia la sua bobina di azionamento è alimentata dal segnale alternatore D+.

In questo modo, appena dopo la messa in moto dell’alternatore e quindi col movimento di questo, arriva alimentazione alla bobina del relè, che chiude il contatto.

Da questo momento in poi le batterie servizi e motore sono in parallelo, permettendo la carica di entrambe dall’alternatore.

Difetti del sistema

Il semplice e robusto sistema sopra citato presenta però un difetto molto importante.

Eccessiva resistenza (cavo sottile/lungo)

Il più grande problema sta infatti in come le case costruttici realizzano il cablaggio tra BM (batteria motore) e BS (batteria servizi). Questo infatti è spesso troppo sottile e/o lungo per permettere una carica perfetta delle BS.

differenza cavi tra batteria servizi e motore
Differenza sezione cavi (originale e maggiorato) sul mio camper

Ricordo che più un cavo è lungo e sottile, più genera resistenza al passaggio della corrente. Questa resistenza genera una caduta di tensione tra i 2 capi del cavo, tanto più importante, quanto più è grande la corrente che passa (ampere). Il tutto è regolato dalle arcinote leggi di Ohm.

Se questo non suppone un grosso problema per l’alimentazione diretta di utenze, diventa un problema per la carica delle batterie.

La tensione alternatore, 14.2/14.5v (checché dicano i miti) di per sé sarebbe sufficiente a caricare perfettamente qualsiasi tipo di batteria al Pb (e anche al Litio-ferro).

Tuttavia per caricare correttamente una batteria, bisogna che la tensione fornita ai suoi poli sia in certa misura maggiore di quella della batteria stessa, a circuito aperto e al suo stato attuale di carica.

Durante la ricarica, la batteria man mano sale di tensione.

Negli impianti originali dei camper la sezione ridotta del cavo (4/6 mmq solitamente) genera una grande caduta di tensione. Questo causa che arrivati a circa 70/80% di carica la tensione generata dall’alternatore ai poli della batteria sia quasi pari a quella della batteria stessa. Ciò significa che il passaggio di corrente si riduce a quasi 0 e la ricarica di fatto si blocca o procede in tempi talmente lunghi da essere irragionevoli.

Quindi, la ricarica procede correttamente SOLO per la prima parte, cioè se si parte con batteria molto scarica a tensione molto bassa.
Senza contare che sullo stesso cavo passa sempre la corrente del frigorifero (10-15 ampere) che aumenta ulteriormente la caduta di tensione*

*ricordo che la caduta di tensione su un conduttore è proporzionale alla corrente che vi passa

Limite di corrente massima di carica

La ragione per cui viene usato un cavo a sezione limitata è, a mio parere, insieme economico e di sicurezza per la batteria.

Infatti l’alternatore non essendo gestito da apparati di controllo elettronico sulla corrente, con batteria profondamente scarica, all’inizio, con un cavo molto spesso a bassissima resistenza, fornirebbe alla  batteria una tensione molto più alta da subito. Questo causa il passaggio di una quantità di corrente talmente alta da superare il limite di sicurezza per le batterie di taglia comunemente usate sui camper (80/120 amperora).

Infatti la corrente di carica in una batteria è tanto più alta quanto più alta è la tensione che forniamo ai poli.

La soglia di corrente iniziale massima di sicurezza per batterie al piombo vale circa il 10-20% della capacità nominale della batteria. Significa che una batteria al Pb da 100 ampere-ora va caricata con corrente massima di 10-20 ampere. Un alternatore da 55 ampere potrebbe arrivare a fornire 55 ampere, uno da 150, 150 ampere e così via.

Ragion per cui un cavo con una certa resistenza introduce una caduta di tensione tale da limitare in qualche misura, di fatto, la corrente iniziale di carica  a batteria profondamente scarica.

Ricarica parziale o completa di una batteria al Pb

Come abbiamo visto però tutto questo causa che la ricarica non possa procedere oltre 70/80% di fatto.
E se siete fra quelli che credono che ciò accada, (o che accendere il motore 30 minuti carichi decentemente una batteria servizi scarica), purtroppo state sbagliando.

Una ricarica completa e corretta di una batteria al Pb da 0 a 100% (secondo i parametri dei costruttori) necessita un tempo non inferiore a 20 ore. Inoltre l’ultimo 20% è sempre molto lento giacché le batterie al Pb più si caricano, più fanno fatica ad accettare corrente.

Non rispettare questi parametri significa non raggiungere la massima vita attesa dal costruttore della batteria.

Le soluzioni

problemi e soluzioni ottimizzazione carica della batteria servizi da alternatore

Esistono fondamentalmente 2 soluzioni per risolvere questo problema. Una più semplice ed economica che però ha un limite, e una più costosa e raffinata che è ideale da tutti i punti di vista.

Prima soluzione: Cablaggio a sezione maggiore+nuovo rele

La prima soluzione è quella di aggiungere semplicemente un secondo cablaggio di parallelo di sezione adeguata, tra BM e BS e quindi un secondo relè.

In seguito spiegherò perchè ho detto “aggiungere” e non “sostituire”.

Il cavo in questione dovrebbe essere non inferiore a 16 mmq (sistemi con alternatori potenti e batterie di grandi capacità o consumi molto grossi in marcia richiedono cavo con sezione ancora maggiore).

Va posto allo stesso modo dell’originale, tra il positivo BM e il positivo BS, e va diviso tramite un nuovo relè del tipo “normalmente aperto a 4 contatti” che supporti una corrente di 70/100 ampere almeno e comunque adeguato al massimo consumo previsto in marcia da batteria servizi e carichi ad essa collegati. Allo stesso modo va adeguata la massa (negativo principale) della batteria servizi alla stessa sezione del nuovo cavo positivo.

Collegamento del relè
  • ai contatti della bobina 85 e 86 collegheremo una massa (telaio o negativo BM) tramite un piccolo cavo di 1/2.5 mmq di sezione, e il segnale D+ alternatore sempre della stessa sezione e preferibilmente con fusibile da 1 o 2A e comunque adeguato all’assorbimento della bobina del relè. Il cavo del D+ alternatore andrebbe sezionato da un interruttore azionabile dalla cabina guida per disabilitare il rele al bisogno.
  • Ai contatti “di potenza” 30 e 87 vanno collegati i positivi BM e BS, appunto con un cavo di sezione non inferiore a 16mmq e di lunghezza più breve possibile. Sia molto vicino al positivo BM che al Positivo BS vanno messi 2 fusibili di almeno 50A e comunque adeguati alla potenza dell’alternatore e ai consumi massimi previsti da BS e utenze ad essa collegate.

In questo modo anche con frigo e altre utenze accese in marcia, sui poli della Bs sarà garantita una tensione molto vicina ai 14.2/14.5v dell’alternatore a fine carica. Questo permetterà la carica completa o quasi completa (oltre 95%) di tutti i tipi di batteria servizi al Pb da alternatore, anche di batterie al litio-ferro.

Nel nostro camper abbiamo scelto un cablaggio da 25mmq con il relè automatico Cyrix-Ct di Victron Energy da 120A. Questo non viene attivato dal D+ alternatore ma si attiva e disattiva automaticamente a determinate soglie di tensione.
Nel nostro caso il cavo originale è lungo ben 6 m con sezione da 6mmq e il relè è da 30A. Nella modifica il cavo è lungo solo 1,5m con sezione da 25mmq. In foto puoi apprezzare la differenza.

Vuoi sapere in dettaglio a cosa serve il relè Cyrix-Ct, e come installarlo? Trovi tutto in questo articolo

relè parallelatore Cyrix ct 120 amper
Inconvenienti

Il sistema prevede un paio inconvenienti. Uno tanto più importante, quanto più potente è l’alternatore e piccole le batterie.

Primo inconveniente (importante)

Nel caso ci mettessimo in marcia con BS mediamente o molto scariche, il cavo a bassa resistenza permetterà una tensione molto alta ai poli della BS sin da subito. Ne risulterà un grande passaggio di corrente di carica (una batteria, a parità di tensione fornita assorbe tanta più corrente quanto più è scarica).

È possibile che in questa situazione si possa superare abbondantemente il limite di corrente di carica per batterie al PB che è massimo il 20% della capacità nominale. Ad esempio 20A per batteria da 100AH.

Il problema non sussiste invece con batterie al litio-ferro. Queste sopportano correnti di carica massima molto alte, anche pari alla capacità in alcuni casi (100A per una batteria da 100AH).

Suggerimento

Per questo ho suggerito di affiancare il nuovo relè all’originale con interruttore, e non di sostituire l’originale.

Nel caso ci mettessimo in marcia con BS troppo  scarica (sotto il 50/60%) possiamo disattivare il nuovo cablaggio con interruttore del relè. Così facendo lasciamo che la batteria si carichi inizialmente solo con cablaggio originale e/o pannello solare.

Eventualmente riazioneremo il nuovo rele-cablaggio. Da fare quando la BS non chiederà più una corrente esagerata, in quanto si sarà già parzialmente caricata.
In questa fase il nuovo-rele cablaggio permetterà di completare la carica. Questo non sarebbe possibile in tempi ragionevoli con il cavo originale, ma eventualmente solo con adeguato impianto solare.

Secondo inconveniente (marginale)

La possibilità di poter sovraccaricare leggermente le BS nel caso ci mettessimo in viaggio per lunghissimi periodi con BS già super cariche.
A me capita la quasi totalità delle volte grazie al nostro impianto fotovoltaico (che trovi spiegato in questo articolo)

In questo caso avremmo sulle BS una tensione esattamente pari a quella dell’alternatore nonostante il frigo acceso, cioè 14.2/14.5 v.

Il mantenimento delle batterie al PB COMPLETAMENTE CARICHE andrebbe fatto a 13.8v (tra l’altro compensato per temperatura).
Tuttavia a questa condizione di sovraccarica è sottoposta costantemente la BM e non causa problemi di rilievo.

Può essere un problema per le batterie al PB con elettrolita gel. Queste infatti sono più sensibili alla sovraccarica delle altre batterie al Pb. La gasificazione può creare bolle permanenti nel gel e accorciarne la vita.

Anche in questo caso l’interruttore permette di scollegare il nuovo relè, se necessario, lasciando attivo solo l’originale. Quest’ultimo quasi certamente, unito al frigo, non riesce a raggiungere 14.2/14.5v sui poli con BS già completamente cariche. Così facendo si ottiene un corretto mantenimento a tensione più bassa.

Personalmente ho messo un interruttore anche al relè originale. In viaggio sotto il sole preferisco lasciare tutta la gestione al regolatore MPPT del pannello da 300 watt. Questo nel 99% dei casi riesce a operare sia una corretta carica a 14.5v, sia un corretto mantenimento a 13,7v.
Il tutto con compensazione della temperatura delle mie BS Pb-Agm. Inoltre il frigorifero a 12v spesso è collegato alla BM in caso di batterie separate.

Trovi la recensione del mio regolatore di carica qui

Ricordo che il principale problema di una vita corta delle batterie al Pb è sempre la carica insufficiente e l’uso costantemente in stato di carica parziale e le scariche oltre 50%. NON LA SOVRACCARICA, o solo raramente.

La maggior parte dei camperisti non dotati di un impianto fotovoltaico molto potente e che si affidano all’alternatore in molte occasioni usano le batterie al Pb in costante condizione di carica parziale, causando solfatazione.

Seconda soluzione: caricabatterie CC/CC detto volgarmente Booster

La seconda soluzione è decisamente più costosa, ma anche decisamente più raffinata.
Si tratta di interporre, anziché un semplice relè, un vero Caricabatterie elettronico a 3 fasi tra batteria motore e batteria servizi da alternatore.

schema collegamento batteria servizi e motore, alternatore e booster
Schema tratto da manuale utente Orion Tr Smart Victron Energy

Questi Caricabatterie sono del tipo CC/CC ovvero da corrente continua a corrente continua (detti volgarmente e incorrettamente BOOSTER).

Sono del tutto simili a un caricabatterie elettronico da rete o a un regolatore solare da pannello, solo che hanno in entrata la corrente e tensione dell’alternatore.

Non presentano nessuno svantaggio. Analogamente a un qualsiasi CB elettronico o regolatore solare, sono in grado di caricare le BS nel modo migliore per le batterie al Pb, cioè con le 3 fasi:

  1. Massima corrente limitata
  2. Tensione di assorbimento costante (compensata per temperatura)
  3. Tensione di mantenimento costante (compensata per temperatura)

Questi dispositivi risolvono il problema della caduta di tensione di un cablaggio originale troppo sottile/lungo in quanto sono in grado di alzare la tensione alternatore sui poli in ogni momento.

Inoltre non c’è mai il rischio di una corrente eccessiva in fase di carica iniziale di un cavo molto grosso, poiché la corrente dell’alternatore viene limitata elettronicamente.

E nemmeno il rischio di sovraccarica poichè a batteria carica viene fatto il passaggio da fase assorbimento o absorption (intorno a 14.4/14.7v) a fase mantenimento o floating (intorno a 13.5/13.8v.

I caricabatterie CC/CC di qualità possiedono anche l’importantissima funzione di compensazione della tensione per temperatura (la tensione di carica e mantenimento aumenta col freddo e si riduce con il caldo).

Alcuni modelli di vecchia concezione e prodotti magari da aziende di soli accessori per camper, detti anche Booster, hanno solo un’unica fase a 14.4/14.7v ma personalmente li sconsiglio.

Mentre quelli più moderni e di qualità (ad esempio Victron Energy e CTEK) hanno anche l’opzione di gestione di batterie Litio- ferro che generalmente richiedono tensioni di carica leggermente più basse, ma soprattutto l’interazione con il BMS della batteria e il blocco della carica in certe situazioni.

Nuovi alternatori intelligenti Smart

Nei veicoli moderni, ibridi o con sistema di recupero dell’energia dalla frenata , sono presenti i cosiddetti alternatori Smart. Questi alternatori funzionano il minor tempo possibile per ridurre consumi ed emissioni. Ogni volta che la batteria motore raggiunge una tensione intorno ai 13V staccano e riattaccano solo quando la batteria motore scende di nuovo di tensione.

E’ evidente che questo causa un’ulteriore e grande problema di ricarica della batteria servizi da alternatore. In futuro realizzerò un articolo di approfondimento a riguardo. Qui mi limiterò a dire che i caricabatterie CC/CC Victron Energy (vedi banner sopra) offrono modelli specifici per il funzionamento con alternatore Smart.

Criteri di scelta caricabatterie CC/CC

Il parametro più importante per la scelta, in caso di BS al Pb è il limite di corrente in prima fase che deve essere tra il 10 e il 20% della capacità nominale della batteria (tra 10 e 20A per 100AH, tra 20 e 40A per 200AH e così via).

Possibilmente un modello che abbia la possibilità di programmare tensioni e coefficiente di temperatura (oltre ai programmi predefiniti) secondo le specifiche della scheda tecnica del produttore della batteria.

Esempi reali di carica batteria servizi da alternatore con cablaggio originale e cablaggio maggiorato

Molto rara è la possibilità di poter verificare su un camper la quantità di corrente durante la ricarica della batteria servizi tramite alternatore.

In questo articolo vorrei mostrare la differenza tra il cablaggio originale del nostro camper Arca tra BM e BS ed il cablaggio maggiorato realizzato da me.

Lo strumento che mi permette di fare ciò è lo SmartShunt Victron Energy e gli interruttori di controllo posti da me sui due relè (originale e maggiorato). Di seguito trovi gli screenshot in tempo reale della app Victron Connect

Conclusione

Se hai qualsiasi domanda riguardo quanto hai appena letto, mi trovi nei commenti. Rispondo sempre il prima possibile.
Nella sezione “tecnica camper”, trovi altri articoli che potrebbero interessarti.

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