Лодочные генераторы

Генератор лодочного мотора может стать мощным источником зарядки сервисных аккумуляторов на катере или яхте. Но он так же способен за короткий срок вывести из строя дорогую аккумуляторную батарею

Генератор лодочного мотора

Генераторная установка автомобильного типа, которую чаще всего используют на стационарных и подвесных лодочных моторах, состоит из нескольких основных частей – трехфазного генератора, выпрямительных диодов и регулятора. Генератор вырабатывает переменное напряжение, диоды преобразуют его в постоянное, а регулятор, как следует из его названия, поддерживает заданный уровень напряжения не смотря на изменения нагрузки, температуры и числа оборотов двигателя.

Целевое напряжение типичного регулятора 14,4 Вольта, что соответствует напряжению абсорбции для некоторых типов аккумуляторов глубокого разряда. Абсорбция – это этап зарядки при постоянном напряжении во время которого восстанавливаются внутренние области аккумуляторных пластин и заряженность аккумулятора достигает максимального значения. Продолжительность абсорбции зависит от начального состояния и типа аккумулятора и составляет от 30 минут до 8 часов.

По мере того, как в процессе абсорбции заряженность аккумулятора возрастает ток, потребляемый им снижается. После того как ток опустится до 3-5% от емкости, аккумулятор считается заряженным. В этот момент устройство зарядки должно понизить напряжение, чтобы не перезарядить аккумулятор.  Регулятор генератора понизить напряжение не может, поэтому даже полностью заряженный аккумулятор остается под повышенным напряжением в течении всего времени работы двигателя.

Ток, протекающий по заряженному аккумулятору нагревает его, и температура батареи постепенно начинает расти. С ростом температуры скорость химических реакций возрастает и если не уменьшить зарядное напряжение интенсивное газообразование начнет выдавливать активный материал из пластин и разрушит аккумулятор.

Проблемы могут возникнуть и у самого генератора. Разряженная свинцово-кислотная батарея большой емкости или LiFePO4 аккумулятор, емкость которого больше номинала генератора, заставят генератор долго работать на полной мощности.  Через некоторое время  он нагреется и, если охлаждение недостаточное,  может сгореть.

Автомобильный и лодочный генераторы

Чтобы защитить аккумулятор от перезаряда, а генератор от перегрева в автомобильных генераторах применяют регуляторы с температурной компенсацией. Принцип их работы такой же как у устройств с фиксированным напряжением. Но есть одно отличие. С ростом температуры целевое напряжение регулятора снижается и ток, текущий в цепи, падает. Благодаря этому генератор остывает, а аккумулятор не перезаряжается

Регулятор уменьшает выходное напряжение генератора исходя из температуры собственного корпуса. Но в тесном подкапотном пространстве автомобиля разница температур не велика этот способ измерения не дает большой ошибки.

Система зарядки в автомобиле имеет еще две особенности. Во-первых, аккумулятор почти всегда полностью заряжен, поэтому его тонким пластинам не требуется этап абсорбции. Во-вторых, падение напряжения в проводнике между аккумулятором и генератором не превышает 0,1 В

На катере или яхте дело обстоит иначе. На большинстве судов не один, а как минимум два аккумулятора – стартовый и сервисный. Стартовый не должен иметь никакой другой нагрузки, кроме стартера двигателя, поэтому все бортовое оборудование — устройства навигации, освещение, холодильник, мультимедиа и т.д подключают к сервисной батарее. На лодках с подруливающим устройством на носу устанавливают третий аккумулятор. Как заряжать аккумулятор подруливающего устройства

Для стартовой, сервисной и носовой групп часто используют аккумуляторы разного типа. Например, стартовый может быть с жидким электролитом, сервисный LiFePO4, а носовой AGM. Каждый из этих типов имеет собственный алгоритм зарядки. Напряжения аккумуляторных батарей также могут быть разными, например, 12 и 24 Вольта, 12 и 36 Вольт и т.д.

Сервисные аккумуляторы сильно разряжаются. Для полной зарядки им необходим этап абсорбции. Аккумулятор подруливающего устройства и стартовый всегда почти полностью заряжены, этап абсорбции для этих аккумуляторов не требуется.

Силовые провода на лодке длиннее, чем в автомобиле. Расстояние от генератора до сервисной батареи в одну сторону может достигать 5 метров. Поэтому потери напряжения будут гораздо больше. Например, падение напряжения в 10 мм2 проводе длиной 5 метров при токе 50 А составит 0,9 Вольт. Дополнительные потери возникают в диодных изоляторах, переключателях и соединениях.

Большое расстояние между генератором и сервисным аккумулятором приводит к тому, что оба устройства работают при разной окружающей температуре. Воздух в двигательном отсеке может нагреться до 40 – 50 ° C, а в каюте, где часто устанавливают сервисную батарею температура не поднимется выше 20 ° С.  В таких условиях регулятор с температурной компенсацией защитит генератор, но непропорционально увеличит время зарядки аккумулятора.

DC-DC зарядное устройство подходит для любых типов аккумуляторов

Если из-за роста температуры в двигательном отсеке регулятор понизит выходное напряжение генератора на 0,4 Вольта, то для полной зарядки аккумуляторов генератору потребуются уже не часы, а дни.

Испытания генератора номиналом 80А совместно с аккумуляторной батареей емкостью 400 Ач показали следующее. Генератор нагревался до 107 градусов всего через 13 минут работы. Как только это происходило напряжение аккумуляторов переставало расти и стабилизировалось. После этого сила тока снижалась и генератор немного остывал. Спустя 18 минут напряжение вырастало до 13,7 Вольт и температура генератора вновь увеличивалась. В течении следующих 1,5 часов напряжение колебалось между 13,64 и 13,69 В и никогда не превышало 13,81 Вольт. В реальных условиях такой генератор никогда бы не зарядил аккумуляторную батарею

Лодочный генератор как зарядное устройство

Все современные зарядные устройства умеют с высокой точностью поддерживать на клеммах аккумуляторов напряжение, которое зависит от типа аккумулятора (гелевый, литиевый, жидко-кислотный). Автоматически изменяют напряжение в зависимости от состояния (заряженный или разряженный) и температуры аккумулятора. Ограничивают ток зарядки и предохраняют аккумулятор от перегрева и повреждения

Генератор лодочного двигателя перечисленными способностями не обладает. Но если добавить к нему DC-DC преобразователь, то из генератора можно сделать современное зарядное устройство, которое будет полностью соответствовать особенностям системы постоянного тока на катере или яхте

DC-DC преобразователи управляют энергией поступающей от источника постоянного тока и передают ее потребителю – так же устройству постоянного тока. Напряжение потребителя может отличаться от напряжения источника. Например, источник напряжением 12 Вольт может питать потребителя, рассчитанного на 24 Вольта.

DC-DC зарядное – это вид преобразователя в котором выходное напряжение не только отличается от входного, но и изменяется по заданному закону не зависимо от напряжения источника. Таким образом, установив DC-DC зарядное между генератором (источником постоянного тока) и сервисной аккумуляторной батареей (потребителем) можно устранить все описанные ранее недостатки генератора как устройства зарядки

Возможности DC-DC зарядного

• Заряжает аккумуляторную батарею в несколько этапов, а не при постоянном напряжении как генератор двигателя. На первом этапе (постоянный ток) быстро увеличивает напряжение аккумулятора. На втором и третьем этапе (постоянное напряжение) дозаряжает его до 100%. На четвертом (пониженное напряжение) – предохраняет аккумуляторы от перезаряда
• Имеет запрограммированные зарядные профили (напряжение и продолжительность каждого этапа) для гелевых, AGM, жидко-кислотных и LiFePO4 аккумуляторов. В индивидуально подобранном режиме аккумулятор заряжается полнее и служит дольше. Как заряжать LiFePO4 аккумуляторы 
• Позволяет одновременно использовать аккумуляторы разного химического состава и типа. Например, жидко-кислотные и гелевые, жидко-кислотные и LiFePO4, и т.д
• Позволяет заряжать 24, 36 или 48 вольтовую аккумуляторную батарею от 12 вольтового генератора
• Ограничивает ток в цепи и защищает генератор от перегрева, а аккумуляторную батарею от перезаряда
• Компенсирует падение напряжения в длинном кабеле, позволяет использовать силовые провода меньшего сечения и сэкономить на их прокладке

Модернизация генератора

Модель DC-DC зарядного устройства выбирают исходя из режима эксплуатации лодки, ежедневного энергопотреблением на борту, емкости, напряжения и типа аккумуляторов. Так же необходимо учитывать продолжительность работы двигателя и мощность генератора.

Открытый катер 5,5 м. Подвесной двигатель 115 л.с. Номинал генератора — 35 А. Три группы аккумуляторов – стартовый, сервисный, носового электромотора. Стартовый жидко-кислотный, сервисный- 100 Ач AGM, электромотора – 100 Ач гелевый 24 В.

Сервисный АКБ подключен к стартовому через реле и оба заряжается напрямую от генератора. Для зарядки аккумуляторов электромотора используется водонепроницаемое DC-DC зарядное устройство 12-24 с максимальным током 28 А

Кабинный катер 8,5 м. Подвесной двигатель 250 л.с. Номинальный ток генератора 90 А. Три группы аккумуляторов — стартовый, сервисный, носового электромотора. Стартовый жидко-кислотный, сервисный- 200 Ач AGM, электромотора – 100 Ач гелевый 36 В.

Сервисная батарея заряжается через DC-DC зарядное 12-12 Вольт 60 А, аккумуляторы электромотора через DC-DC зарядное 12-36 Вольт 28 А, стартовый – напрямую от генератора двигателя

Парусная яхта 11 метров. Стационарный двигатель. Номинал генератора 150 А. Две группы аккумуляторов — стартовый и сервисный. Стартовый – жидко-кислотный. Сервисный – AGM емкостью 380 Ач. DC-DC зарядное 12-12 Вольт 60 А

DC-DC зарядное устройство всегда окупается на судне, находящимся вдали от пирса в течении нескольких дней. Но его не обязательно использовать на небольшом катере, с одним жидко-кислотным сервисным аккумулятором, подключаемом к береговой электрической сети каждый вечер. Начать следует с хорошего батарейного монитора который отследит энергопотребление и даст возможность точно определять реальное состояние аккумуляторов. Если в дальнейшем потребуется модернизация электрической системы, информация, собираемая монитором, позволит принять обоснованные решения

Для дорогих аккумуляторов большой емкости, допускающих высокий ток зарядки, кроме DC-DC устройства может потребоваться дополнительный зарядный генератор. Если аккумуляторная батарея расположена в двигательном отсеке, ее температуру необходимо контролировать с помощью датчика, который будет уменьшать зарядное напряжение