Le coupleur 12V / 24V, vérification des résitances de contact et schémas

[olivier80]

Le coupleur 12/24 est composé de trois contacts, deux contacts normalement fermés et un contact normalement ouvert.

On appelle aussi ce type de relais un solénoïde à trois étages.
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coupleur 12-24v.jpg

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Il permet de relier les batteries, soit en parallèle, soit en série au moment du démarrage pour fournir 24V au démarreur.

Un petit coup de chapeau au passage à Denso, si c'est bien lui le fabricant, pour avoir réussi à intégrer trois contacts de puissance, supportant 500A en pointe, dans un boitier miniature. Les autres modèles disponibles sur le marché sont nettement plus encombrants.

A l'extérieur du coupleur on accède à ces trois contacts par 4 bornes seulement, ce qui est suffisant pour cette utilisation en coupleur série / parallèle. Ci-dessous j'ai réalisé le schéma interne du coupleur, qui montre les trois contacts et le schéma de raccordement avec les 4 bornes externes.
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SPS-12-24.png

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Si l'on veut mesurer les résistances des trois contacts, voici les trois mesures à réaliser avec un micro-ohmètre :

- mesure au repos entre les bornes E et 1-
- mesure au repos entre les bornes 1+ et 2+
- mesure au travail entre les bornes 1- et 2+ (excitation de la bobine en 12V par les deux contacts du fil externe)

Ce dernier contact (1- / 2+) est le plus important, car c'est lui par lequel passent les 400A nécessaires au démarrage lors du basculement en 24V. C'est la raison pour laquelle ses deux bornes sont d'ailleurs en filetage M8, alors que les bornes E et 1+, servant à la mise en parallèle 12V, sont en filetage M6.

Renouveler la mesure à plusieurs reprises. Une dizaine de fois ou plus par contact peut être nécessaire pour détecter un manque de stabilité.
Si le coupleur est en bon état, on doit trouver des valeurs stables, légèrement inférieures à 1 milli-Ohm.
Sur un coupleur neuf, je trouve sur les trois contacts une valeur d'environ 0.8 milli-Ohm, soit 800 micro-Ohms.

Si le coupleur est en mauvais état, on trouvera des valeurs largement supérieures, pouvant aller jusqu'à 10, 20 ou 30 milliOhms. Au delà, il est plus que probable qu'il ne fonctionne déjà plus et que soit vous aurez déjà du le remplacer, ou bien que vous aurez déjà passé le véhicule en 12V.

L'augmentation de la résistance de contact a deux effets directs :

1) la puissance thermique dissipée au niveau des contacts augmente. A partir d'un certain point, elle va concourir à détruire les contacts, et ce de plus en plus rapidement.

2) cette puissance thermique dissipée au niveau des contacts sera autant moins de puissance envoyée dans le démarreur.

La puissance thermique dissipée dans les contacts est égale à P = R i².

R est la résistance de contact, i le courant qui passe dans le contact.

Pour un démarreur de HDJ80, l'intensité en pointe au démarrage est d'environ 400A, en 24V.

Approximativement, voici la puissance perdue dans le contact (1- / 2+), en fonction de sa résistance :

Pour un contact dont la résistance est de 1 milli-Ohm, avec 400 ampères : 80W.
Pour un contact dont la résistance est de 20 milli-Ohms, avec 400 ampères : 2240W !

Il est donc raisonnable de changer le coupleur lorsque ses résistances de contact dépassent quelques milli-Ohms pour conserver une bonne fiabilité sur cet élément et ne pas se retrouver en carafe à devoir démarrer à la poussette.

Ci-dessous la mesure du contact (1- / 2+). Sur un coupleur neuf, je trouve environ 750 micro-Ohms.

coupleur neuf.jpg

NB : il faut absolument un Micro-Ohmètre pour réaliser ce type de mesure, un Ohmmètre classique, tel que celui qu'on trouve dans les multimètres, ne permet pas d'avoir une mesure précise en dessous en 1 Ohm. Certains multimètres haut de gamme avec une gamme 50 Ohms permettront de descendre à une résolution de 0.1 voir 0.01 Ohms, soit 10 milli-Ohms, mais ce ne sera toujours pas suffisant pour aller chatouiller le milli-Ohm ou les quelques centaines de micro-Ohms de ces contacts de puissance.


Enfin, pour bien comprendre le fonctionnement du coupleur, voici le schéma électrique du sous-ensemble de démarrage et de charge du HDJ80.

Simplified diagram - HDJ80 12V-24V coupler.pdf

[Lyskham]

Bonjour Olivier,

Je n'en finis pas d'être épaté par la qualité de tes posts techniques.
Promis, pas de la lèche !!

Je vais donc tâcher de me trouver un appareil de mesure adapté à cet exercice.
Mon coupleur a 300K dans les contacts, je vais le tester avant de dépenser encore des sous, car la bête n'est pas donnée.

Autre question:
Je prévois l'installation d'un treuil sur mon auto.
Et je me disais, au vu des ampérages annoncés, que de le choisir en 24V pourrait éviter de chauffer les moineaux par les câbles. Est-ce que ce même coupleur pourrait me servir à gérer les 2 moteurs ?
Quels pros/cons vois-tu à passer en 24V sur le treuil ? (limite hors sujet peut-être ??)

Merci d'avance pour tes éclairages.

[Panou]

EXCELLENT article, merci!!

[olivier80]

Bonjour Olivier,

Je n'en finis pas d'être épaté par la qualité de tes posts techniques.
Promis, pas de la lèche !!

Je vais donc tâcher de me trouver un appareil de mesure adapté à cet exercice.

Merci pour les compliments ! Mai bon cela m'a permis de récupérer une paire de HDJ80 en remerciement

Pour les micro-ohmètres, c'est cher et rare. On en trouve parfois sur le bon coin, faire une recherche sur UT620C.

C'est souvent plus de 500 à 1000 € voir nettement plus pour ceux qui peuvent délivrer 10A ou plus pendant la mesure.

Le mien est un UNI-T UT620C, il réalise les mesures jusqu'à un courant de 1 ampère, ce qui est suffisant pour une bonne précision sur des contacts de puissance de voiture.

Pour le treuil, c'est théoriquement préférable d'avoir un treuil en 24V si on veut vraiment tirer dessus. Mais...

Ce n'est pas si simple d'utiliser le circuit 24V du HDJ80 pour autre chose, il faudrait y réfléchir, cela nécessiterait peut être seulement un contact inverseur de puissance pour envoyer la sauce vers le treuil au lieu du démarreur, et la possibilité de verrouiller le relais 12/24 en position 24V (à condition qu'il ne surchauffe pas). Il faut voir aussi si cela n'implique pas d'autres soucis. Mais sur le 12s à priori rien de très compliqué.

Cela pose quand même un problème, impossible de faire tourner le moteur pour soulager les batteries, puisque le circuit de charge est en 12V...

Egalement, on introduit deux points faibles :

- si une batterie s'ouvre ou se met en court circuit, panne.
- si le convertisseur 24V/12V DC/DC lâche, panne.

Alors qu'avec le système 12/24 d'origine, si une batterie s'ouvre ou se met en court-circuit, on peut toujours rouler voir même démarrer avec tout le système électrique fonctionnel.

Donc pas très intéressant au final il me semble. Surtout qu'il faudrait aussi idéalement passer l'alternateur en 24V pour pouvoir soulager les batteries pendant le treuillage, ce qui complique encore la situation. En effet il faudrait alors un convertisseur 24V/12V DC/DC pour alimenter tous les circuits 12V. Dans ce cas les batteries seraient en 24V en permanence, et suppression du relais 12V/24V...

Pourquoi pas, mais bon...

Ma conclusion : un treuil 24V sur HDJ80, ce n'est pas infaisable, mais quand même quelques modifications assez onéreuses, des tests de validation à réaliser, et au final pas un gros intérêt et une moindre résilience de l'alimentation électrique du véhicule.

Pour un usage pro ou amateur intensif, (agricole, forestier, véhicule d'assistance) je conseillerais plutôt un treuil hydraulique. Évidemment ce n'est pas le même prix et beaucoup plus difficile à installer. Mais le passage en hydraulique, comme pour l'ancien treuil mécanique, permet d'avoir une puissance au moins 4 fois plus importante, ou plus de vitesse, au choix selon le débit de la pompe qui peut éventuellement être variable selon les modèles. Et surtout la possibilité de l'utiliser en continu sans fatiguer les batteries , au lieu de quelques minutes pour un treuil électrique.
Pour info de mémoire la prise de force du HDJ80 doit permettre de passer jusqu'à 45 kw de puissance en continu, à comparer aux 5 kw maxi d'un treuil électrique 12V sur une paire de minutes quand tout va bien (certains diront nettement plus longtemps, oui c'est vrai, mais alors avec une puissance réduite, pas avec 5 Kw continu).

Un treuil hydraulique permet aussi, contrairement au treuil mécanique d'origine optionnel, d'avoir une bien meilleure sécurité d'utilisation. Comme sur un treuil électrique, lorsqu'on relâche le bouton de la télécommande, il s'arrête instantanément. Ce n'est pas le cas du treuil mécanique qui nécessite une intervention sur la transmission pour s'arrêter. Ce qui peut s'avérer très dangereux surtout s'il est utilisé à une seule personne avec l'accélérateur à main par exemple.
Il implique le plus souvent de rester dans le véhicule, ce qui pose un autre problème de sécurité si le câble lâche et que le crochet traverse l'habitacle à la vitesse du son (1 224 km/h). Au minimum quelques dents en moins, à moins de relever le capot, et là on ne voit plus ce qu'il se passe devant...

Je pense que ce problème de sécurité est une des raisons de l'abandon du treuil mécanique par Toyota.

Donc mes conseils finaux :

Pour une utilisation légère à modérée :

- un treuil électrique 12V de bonne qualité

Pour une utilisation pro ou intensive :

- un treuil mécanique d'origine éventuellement, si tu as la chance d'en avoir un en bon état, que tu maîtrises son fonctionnement et que tu acceptes les problèmes de sécurité qui en découlent. Ce treuil ne fait que 2 tonnes de traction, donc mouflage obligatoire pour les opérations lourdes sous peine de casser la goupille de sécurité et / ou de déformer le châssis aluminium. Il est peu résiliant sur le long terme, à cause principalement de problèmes d'oxydation importante qui entraînent des fuites d'huile et une détérioration de la vis sans fin.

- un treuil hydraulique, avec le coût associé et la complexité d'installation (nécessité d'adapter une pompe hydraulique sur la prise de force, c'est le point vraiment difficile car l'adaptateur ISO n'existe pas tout fait pour le HDJ80, contrairement au BJ45 ou VDJ200).

[Lyskham]

Ouah, je suis gâté avec une réponse si riche !! Merci Olivier.
Donc exit le treuil en 24V pour moi, tes arguments sont convainquants !

Je suis étonné des chiffres que tu donnes pour la prise de force du 12S.
Si je comprends bien, cette dernière est dimensionnée pour sortir 45kW en continu, mais le treuil lui-même ne passe que 5 kW ?

Je crois qu'il y a un post sur la solution hydraulique, qui me plaît bien.
Je vais tâcher de le trouver, histoire d'arrêter de polluer ton sujet....

[Panou]

ET pourquoi ne pas prendre un cabestan plutôt qu'un treuil...plus souple d'emploi, derrière, cotés...

[olivier80]

Je suis étonné des chiffres que tu donnes pour la prise de force du 12S.
Si je comprends bien, cette dernière est dimensionnée pour sortir 45kW en continu, mais le treuil lui-même ne passe que 5 kW ?

Non, en fait la prise de force est dimensionnée pour passer une bonne partie de la puissance moteur, j'avais lu 45 kw il me semble, ce qui me parait cohérent car on ne l'utilise pas avec des régimes moteurs très élevés. Par exemple l'arbre du treuil mécanique et la goupille de sécurité du treuil sont dimensionnés par rapport à cette puissance disponible.

Les 5 kw de puissance, c'est pour un treuil électrique en pleine charge, c'est une valeur typique, mais évidemment elle dépend de la taille et de la puissance du treuil.

Cela dit, quelque soit le treuil électrique, la puissance sera limitée par l'intensité maximum que les batteries sont capables de délivrer pendant un certain temps. Théoriquement 800 ampères sur quelques secondes, soit 1600 ampères pour deux batterie en //, ce qui fait environ 16 kw si on tient compte d'une chute de tension à environ 10V. En pratique cette valeur n'est jamais atteinte même pour le démarreur qui a besoin d'environ 400A en 24V soit 9.6 kw seulement pendant une paire de dixièmes de seconde.
La mesure du courant de démarrage en pointe sur mon HDJ80 en 24V, 426 ampères :

courant de démarrage.jpg

Cette puissance théorique n'est disponible qu'avec deux bonnes batteries neuves, et durant quelques secondes ou dizaines de secondes. Il faut bien comprendre qu'une batterie de 100 Ah, ne pourra débiter 800 Ampères que pendant 1/8 heure, soit 7 minutes 30 secondes, en théorie. En pratique nettement moins, à cause des forts échauffements, chute de tension et perte de rendement chimique (transferts entre plaques et électrolyte) à ces intensités.


Pour un treuil hydraulique la situation est très différente, il pourra passer sa puissance nominale tant que le moteur diesel tourne, que la prise de force n'est pas en limite de puissance, et que l'huile des boites et l'huile hydraulique reste à une température convenable (possibilité d'ajouter un refroidisseur d'huile pour des utilisations intensives ou pour compenser un petit réservoir d'huile).

Si on prend une pompe hydraulique de taille adaptée au HDJ80, avec un déplacement par exemple de 34 cm3 (0.034 litre), on a typiquement :

- un débit de 0.034 * 1500 = 51 litre/min
Explication : j'ai multiplié le déplacement de la pompe par 1500 parce que c'est la vitesse de rotation qu'on aura sur la prise de force avec le moteur à 1500 tr/m en 4ème vitesse.
en 4ème vitesse, la sortie de boite tourne à la vitesse moteur (rapport 1/1) et la prise de force a également un rapport de 1/1. Donc on a 1500 tr/min sur la pompe, pour 1500 tr/min moteur.

- une pression maxi disponible en continue de 350 bars

Ce qui donne une puissance disponible P = (pression en bar * débit en l/min) / 600

Soit environ 30 kw de puissance disponible à la pompe en continu

Pour le treuil, la puissance sera donnée par la formule :

puissance moteur.png

Ce qu'il faut retenir, c'est que le passage en treuil hydraulique sur un véhicule offre une puissance continue très largement supérieure à un système électrique, et aucune usure des batteries.

Autre avantage, il est possible d'utiliser la puissance hydraulique pour autre chose que le treuil, par exemple une tarière ou autre engin qui nécessite une forte puissance. Certains l'ont fait sur des 4x4.

Quelques formules hydrauliques, pour les curieux :

formules hydrau.png

[olivier80]

ET pourquoi ne pas prendre un cabestan plutôt qu'un treuil...plus souple d'emploi, derrière, cotés...

Oui, à placer au dessus du toit pour plus d'efficacité. Ou encore mieux un rotator.



Sans aller jusque là il est souvent utile de pouvoir tirer par l'arrière. C'est possible sur certains véhicules 4x4, engins militaires, ou camions d'intervention conçus pour une grande polyvalence en conditions extrêmes, même avec un seul treuil.

Quelques exemples :

1. Système de treuil central avec tubes de guidage

Un treuil monté au centre du châssis utilise des tubes ou des poulies sous le véhicule pour guider le câble vers l'avant ou l'arrière. Ce système peut inclure des poulies de renvoi amovibles ou fixes pour rediriger le câble dans la direction souhaitée.
Avantage : Un seul treuil suffit pour les deux directions, réduisant le poids et la complexité du véhicule.
Inconvénient : Une installation bien pensée est nécessaire pour éviter que le câble ne frotte ou ne s’emmêle.

2. Treuil avant avec guide sous châssis

Certains véhicules disposent d’un treuil avant monté de manière classique, mais dont le câble peut être redirigé vers l’arrière grâce à un système de tubes ou de poulies.
C’est un système utilisé sur certains véhicules d’assistance ou de dépannage, où l’avant est utilisé par défaut, mais où une option arrière est disponible en cas de besoin.

3. Treuil arrière avec extension avant

Inversement, certains treuils montés à l'arrière peuvent avoir un système permettant de tirer vers l'avant.

4. Systèmes modulaires ou déplaçables

Pour certains véhicules, le treuil peut être monté sur un support amovible qui se fixe soit à l’avant, soit à l’arrière, grâce à des points d’attelage standards comme des plaques de montage de type agricole. Cela évite l'installation de tubes sous le châssis, mais nécessite un peu de temps pour monter le treuil et un endroit pour le stocker.

5. Exemples militaires ou spécialisés

Certains véhicules militaires ou expéditionnaires (comme les Unimogs ou certains véhicules de type Pinzgauer) sont équipés de ces systèmes pour maximiser leur autonomie en milieu difficile. L'utilisation de treuils hydrauliques ou électriques centralisés est fréquente, combinée avec des dispositifs de redirection robustes.

Points à considérer :

Protection sous le châssis : Les tubes ou les poulies doivent être bien protégés pour éviter les dommages lors du franchissement d’obstacles.
Usure du câble : Les angles de redirection et les frottements peuvent accélérer l’usure du câble.
Simplicité d’utilisation : Des systèmes trop complexes ou mal conçus peuvent rendre le treuil difficile à utiliser en situation d’urgence.

[Jmarc]

Bsr!
J’avais sur un jeep un carré US à l’avant et à arriere Et mon treuil avec corde plasma sur une platine amovible a carre US
J’avais une rallonge de câble avec prise fenwick . Ça marchait mais au début quand j
avais un câble acier de 30 m j’arrivais a peine a le déplacer seul . Je le fixé dans le coffre au plancher sur des pions avec goupille .
C’était assez rassurant de savoir que seul je pouvais me treuiller dans les deux sens !

[olivier80]

Oui c'est le problème, un treuil amovible assez puissant pèse un âne mort et si on doit tirer fort un peu en travers il faut un l'attelage lourd français modifié avec une plaque agricole.

Éventuellement je pense qu'un petit treuil amovible pour l'arrière à monter sur une plaque d'attelage agricole à goupilles ou un attelage carré US peut être une solution intéressante.

J'ai un ami qui a fait ça avec un petit treuil de 500 kg de traction, selon lui c'est souvent suffisant à l'arrière.

J'ai déjà eu ce cas de figure où effectivement un 500 kg à l'arrière m'aurait suffit, alors que j'ai galéré avec les 2 tonnes de traction du treuil mécanique avant.