Свинцово-литиевый аккумулятор на катере

Один из вариантов установки литиевого аккумулятора на катере предполагает разделение общей положительной шины постоянного напряжения на независимые шины зарядки и нагрузки. Такая компоновка предохраняет бортовое оборудование при внезапном отключении литиевой батареи, но требует от владельца судна хорошего понимания процессов, происходящих в электрической системе.

Гибридный аккумулятор

Кроме двойной шины существуют и другие, более простые способы подключения сервисного литиевого аккумулятора. Один из них – это гибридная батарея в которой свинцово-кислотный и литий-железо-фосфатный аккумуляторы соединены параллельно. Основную работу в такой батарее выполняет литиевый. Свинцово-кислотный предохраняет бортовое оборудование от скачка напряжения и поглощает «нежелательный» ток, возникающий в цепи после срабатывания защиты литиевого. С этого момента и до тех пор, пока литиевый не восстановится, свинцово-кислотный становится основным аккумулятором в электрической системе

Лучше всего подходят для гибридной батареи жидко-кислотные аккумуляторы. Гелевые и AGM стоят гораздо дороже, более чувствительны к перезарядке и для этой цели не годятся

При создании гибридной батареи необходимо учитывать, что зарядно — разрядные характеристики литиевых и свинцово-кислотных аккумуляторов не совпадают.

У литиевого выше рабочее напряжение, поэтому он примет на себя основную нагрузку и разрядится первым. Свинцово-кислотному требуется этап абсорбции длительностью несколько часов, но у литиевых аккумуляторов эта стадия длится всего 20-30 минут. Спасение для свинцово-кислотного аккумулятора в том, что он постоянно будет находится при напряжении выше 13 Вольт поэтому скорее всего также полностью зарядится

Преимущества гибридного свинцово-литиевого аккумулятора:

  • Раздельные шины зарядки и нагрузки не нужны. Можно использовать недорогую BMS, управляющую единственным контактором.
  • Литиевый аккумулятор легко добавить в существующую электрическую систему. Для этого нужно просто перенастроить устройства зарядки
  • Свинцово-кислотный аккумулятор может на время заменять разряженный литиевый

Раздельная зарядка

Вместо того, чтобы специально устанавливать параллельно литиевому один или два свинцово-кислотных аккумулятора, гибридную батарею можно создать на основе стартового АКБ. Объединить стартовый (свинцово-кислотный) и сервисный (литиевый) аккумуляторы можно при помощи делителя аккумуляторов или развязывающего реле.

Делители аккумуляторов

Если BMS без предупреждения отключит литиевый аккумулятор и изолирует его от внешней цепи, то сброс нагрузки у работающих устройств зарядки вызовет скачек напряжения, который повредит много оборудования в бортовой электрической системе. Но если разделить зарядную шину между двумя аккумуляторами, стартовый останется в цепи и сохранит путь для тока, а значит и нагрузку для устройств зарядки, даже после того, как сервисный (литиевый) отключится. В такой схеме литиевую батарею можно без опасения отключать единственным разъединителем.

Существуют диодные и транзисторные разделители аккумуляторов. В диодных моделях падение напряжения составляют 0,7-1,1 Вольт, а потери мощности достигают 70 Вт. Поэтому вместо них лучше использовать транзисторные устройства, которые почти не имеют потерь и гораздо эффективнее

Делитель аккумуляторов Sterling Power PSR 122
  • Стартовый и сервисный аккумуляторы
  • Sterling Power PSR122
  • 1 генератор 2 аккумулятора
  • 12 Вольт 120 А
  • 0,6 кг 150x80x120 мм
    Вес и габаритные размеры
Делитель аккумуляторов Sterling Power PSR 123
  • Стартовый, сервисный и подруливающее устройство
  • Sterling Power PSR123
  • 1 генератор 3 аккумулятора
  • 12 Вольт 120 А
    Рабочее напряжение и максимальный непрерывный ток
  • 0,7 кг 150x80x140 мм
Делитель аккумуляторов Sterling Power PSR134
  • Два стартовых, сервисный, подруливающее устройство
  • Sterling Power PSRT134
  • 2 генератора 4 аккумулятора
  • 12 Вольт 2 х 130 А
  • 1,8 кг 150x80x295 мм

Как правило стартовую и сервисную батарею заряжают общим устройством, которое настраивают для литиевых аккумуляторов. Но поскольку в этом режиме зарядка может окончится раньше, чем необходимо стартовому АКБ, для него иногда устанавливают собственное устройство зарядки. Это может быть небольшая солнечная панель, повышающий DC-DC конвертер, подключенный к литиевой батарее, или переносное AC-DC зарядное

При раздельной зарядке положительная шина остается под напряжением даже после того, как система защиты изолировала литиевый аккумулятор. Величина этого напряжения определяется настройками устройства зарядки и стартовым аккумулятором, который всегда должен быть подключен к делителю/ Однако изолировать его от двигателя можно и даже нужно.

Потери в диодных делителях приводят к тому, что напряжение на клеммах аккумуляторной батареи оказывается меньше чем на выходе устройства зарядки. Морские зарядные устройства и внешние регуляторы генераторов могут измерять напряжение непосредственно на аккумуляторах, повышать собственное выходное напряжение и компенсировать величину потерь.

Ток, потребляемый аккумуляторами, подключенными к делителю разный. Поэтому разными окажутся и падения напряжения в стартовой и сервисной ветвях. Но поскольку точно компенсировать потери можно только для одной из них, то лучше для этого выбрать цепь литиевого аккумулятора. При этом напряжение нужно измерять не на его клеммах, а на выходе зарядного изолятора, после разъединителя. В этом случае отключение литиевой батареи не прервет измерение и не приведет к неконтролируемой перезарядке свинцово-кислотного аккумулятора.

Реле развязки

Развязывающее реле соединяет аккумуляторы параллельно после того как напряжение на одном из них повышается до установленного значения и разъединяет, если оно опускается ниже заданной величины. Большинство реле отслеживают напряжение на обоих аккумуляторах, но в некоторых моделях пользователь может самостоятельно выбрать режим работы и задать направление срабатывания – только со стороны стартового, только со стороны сервисного или с двух сторон.

Уровни напряжения при которых срабатывает реле чаще всего жестко задаются производителем. Например, 12-вольтовое реле может замыкаться при 13,5 Вольт и размыкаться при 12,75 Вольт. Однако есть устройства в которых напряжения срабатывания регулируются в диапазоне 12,8-13,8 Вольт с шагом 0,1 В.

Поскольку алгоритмы зарядки свинцово-кислотного и литий-железо-фосфатного аккумуляторов отличаются, то в созданной с помощью реле свинцово-литиевой батарее один из аккумуляторов зарядится хуже, а другой лучше

Реле развязки аккумуляторов Sterling Power IFR80
  • Sterling Power IFR1280
  • Напряжение 12 Вольт
  • Активируется сигнальным напряжением
  • Работает в двух направлениях
  • Задержка срабатывания при запуске двигателя     
    Задержка 30 секунд. Включение реле можно также предотвратить, подав на него сигнальное напряжение со стартера
  • IP65
Реле развязки аккумуляторов Sterling Power VSR80
  • Sterling Power VSR80
  • Напряжение 12/24 Вольта     
    Устройство автоматически определяет напряжение в системе
  • Срабатывает автоматически     
    Напряжение срабатывания 13,3 Вольта. Регулируется. Может срабатывать от сигнального напряжения
  • Работает как двух, так и в одном направлении
  • Задержка срабатывания при запуске двигателя
  • Принудительное включение внешним сигналом
  • IP65
Реле развязки аккумуляторов Sterling Power LR80
  • Sterling Power LR80
  • Напряжение 12/24 Вольта. Бистабильное
  • Срабатывает автоматически. Не потребляет ток в замкнутом состоянии     
    Подходит для подключения дополнительного аккумулятора к маломощным источникам тока, таким как солнечные панели и ветрогенератор
  • Работает как двух, так и в одном направлении
  • Задержка срабатывания при запуске двигателя
  • Защита аккумулятора от разряда и перезарядки
  • IP68

Если устройство зарядки, подключено со стороны сервисного LiFePO4 аккумулятора, стартовый может зарядиться не полностью из-за того, что напряжение окончания зарядки в литиевом режиме ниже, а этап абсорбции намного короче

Если генератор или зарядное устройство настроены на зарядку свинцово-кислотных аккумуляторов и подключены со стороны стартового АКБ, то процесс необходимо будет прервать, как только напряжение литиевого аккумулятора поднимется до 14,4-14,6 Вольт.

Важно помнить, что низкое выходное напряжение устройства зарядки еще не гарантирует безопасности литиевого аккумулятора. Если аккумулятор долго заряжается малым током, то он перезарядится до того, как его напряжение достигнет порога отключения BMS.

BMS литиевого аккумулятора реализует два уровня защиты ячеек от перезаряда. Во-первых, она выравнивает их заряд. Во-вторых, может отключить устройства зарядки, когда напряжение одного из элементов достигает порогового значения (более простые BMS в этом случае изолируют аккумуляторную батарею с помощью встроенного транзисторного ключа).

Если управлять устройством зарядки через BMS нельзя, то отключить его от аккумулятора можно при помощи развязывающее реле. Для этого реле должно быть полностью регулируемым и иметь входы для отключения по низкому и высокому напряжению, в противном случае оно не подходит для подключения литиевого аккумулятора.

DC-DC зарядное устройство

DC-DC зарядное — это устройство, которое получает на вход постоянное напряжение и преобразует его в зарядный профиль, напряжения в котором изменяются в зависимости от состояния аккумуляторной батареи. Если батарея сильно разряжена, устройство устанавливает напряжение так, чтобы она заряжалась постоянным током. Для полностью заряженного аккумулятора, выходное напряжение наоборот понижается до безопасного уровня

Контролирует состояние аккумулятора и управляет DC-DC зарядным микропроцессор, в память которого записаны индивидуальные программы зарядки для всех типов свинцово-кислотных и LiFePO4 аккумуляторов.

Зарядное устройство Sterling Power BB122470
  • Sterling Power BB1260
    Входное напряжение 11-20 Вольт
  • 12->12 Вольт    
    Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-20 Вольт
  • Максимальный ток 60 А    
    Есть режим 50% мощности
  • Быстрая зарядка постоянным током
  • Режимы для GEL(2), AGM(2), LiFePO4, кальциевых и жидко-кислотных аккумуляторов    
    9 режимов зарядки. Возможность создать собственный зарядный профиль
  • -    
    Класс защиты IP21
Зарядное устройство Sterling Power BB1230
  • Sterling Power BB1230
  • 12->12 Вольт
  • Максимальный ток 30 А
  • Быстрая зарядка постоянным током    
    Четырехступенчатый зарядный профиль. Постоянный ток, постоянное напряжение, кондиционирование и поддерживающая зарядка
  • Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов
  • -
bbw1260-3
  • Sterling Power BBW12120
  • 12->12 Вольт    
    Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-16 Вольт. Выходного 13-15,1
  • Максимальный ток 120 А    
    Регулировка мощности с шагом 10%. Необходим пульт. Приобретается дополнительно
  • Быстрая зарядка постоянным током
  • Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов
  • Водонепроницаемое    
    Класс защиты IP68. Сменный охлаждающий вентилятор - IP55

Преимущества DC-DC зарядного:

Литиевый аккумулятор всегда находится в безопасности. Выходное напряжение устройства не зависит от входного, а определяется состоянием аккумуляторной батареи. Для полностью заряженного аккумулятора оно составляет 13,8 Вольт, поэтому он никогда не перезарядится

Увеличивает срок службы аккумулятора. Многие BMS изолирует LiFePO4 ячейки, когда их напряжение повышается до 3,65-3,8 В (14,6 – 15,2 В для 12 вольтовой батареи). Но при таком напряжении элементы подвергаются излишней нагрузке и почти не получают дополнительной энергии. Если литиевые ячейки хранить заряженными на 100 %, то их внутреннее сопротивление возрастает, они теряют емкость и деградируют. DC-DC устройство позволяет пользователю создать собственный, более щадящий режим зарядки, и тем самым продлить срок службы дорогого аккумулятора

Два уровня защиты. Когда напряжение литиевых элементов возрастает до определенного значения BMS отключает аккумулятор от внешней цепи, чтобы выровнять состояние ячеек и защитить их от перезаряда. Выключателем во многих BMS служит транзистор. Но что произойдет если транзистор выйдет из строя или окажется замкнутым накоротко? В DC-DC устройстве предусмотрен специальный вход, подав сигнал на который можно отключить устройство, прекратить зарядку и защитить литиевые элементы от повреждения

Защищает генератор двигателя. Литиевый аккумулятор потребляет большой ток почти до самого конца зарядки и заставляет некоторые генераторы долго работать на полной мощности. В результате генератор может перегреться и выйти из строя. DC-DC зарядное ограничивает ток в цепи, снижает нагрузку на генератор и продлевает срок его службы

Предохраняет от перегрева. Повышенная температура ведет к потере емкости литиевых элементов и увеличивает их внутреннее сопротивление. Однако большинство недорогих BMS не следят за температурой ячеек, а контролируют только их напряжение. На катере температура аккумулятора может вырасти из-за высокой температуры окружающего воздуха, неправильно выбранного места установки, неплотного электрического соединения и т.д. Внешний температурный датчик DC-DC зарядного не может отследить температуру каждой ячейки в литиевой батареи, но зафиксирует высокую температуру аккумулятора, отключит зарядное и предотвратит развитие опасной ситуации

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

captcha