Зарядка лодочных аккумуляторов

Вспомним как заводится автомобиль. Ключ зажигания на 3-5 секунд подключает 12-вольтовый аккумулятор к стартеру, который раскручивает коленчатый вал. При определенной частоте вращения двигатель запускается, начинает работать самостоятельно и приводит в действие генератор. Стартер потребляет большое количество энергии, но вращается всего нескольких секунд и поэтому почти не разряжает аккумуляторную батарею. Стартер мощностью 4,8 кВт в течении часа израсходует 400 Ач, но за 15 секунд, разрядит аккумулятор всего на 400/(4*60) = 1,66 Ач. Генератор восполнит такой расход энергии  за несколько минут, поэтому при нормальном режиме автомобильные аккумуляторы всегда заряжены и не выполняют никакой работы.

Условия работы лодочных аккумуляторов

На катерах и парусных яхтах аккумуляторы работают иначе. Яхта большую часть времени стоит у пирса. Раз в неделю или реже хозяин запускает двигатель, выходит из гавани, а затем продолжает движение под парусами. За исключением времени работы двигателя, все электрическое оборудование на яхте питается от аккумуляторов. В результате аккумуляторные батареи разряжаются сильнее, чем в автомобиле, но из-за короткого времени работы генератора заряжаются хуже.

На катере двигатель работает дольше, чем на парусной яхте и режим эксплуатации аккумуляторов напоминает автомобильный.  Но когда двигатель глушат, на нем аккумуляторные батареи также становятся единственным источником энергии.

Optima Blue Top Trojan 225 SCS Trojan 31 GEL Trojan T105-AGM DEKA DC31DT DEKA

8G31DT

Напряжение второго этапа зарядки, В 14,7-15,6 14,8 14,1-14,4 14,1-14,7 14,8 13,8-14,6
Поддерживающее напряжение, В 13,2-13,8 13,2 13,5 13,5 13,2 13,4-13,6

Как видно из приведенных примеров, бортовое оборудование на катере и яхте часть времени работает от аккумуляторных батарей и глубоко разряжает их. Такой режим работы аккумуляторов отличается от условий эксплуатации в автомобиле и требует по-другому организованной электрической системы

Два типа лодочных аккумуляторов

Стартовые аккумуляторы

Пусковой ток лодочных двигателей достигает 1000 А. Сила тока – это количество заряда, прошедшего через поверхность за единицу времени. Чем быстрее проходит заряд и чем больше площадь поверхности  тем выше сила тока. Максимальный ток обеспечит аккумулятор с большой площадью соприкосновения электролита и свинца и быстро протекающей химической реакцией. Следовательно в корпусе батареи должно быть много тонких пластин с неплотным активным материалом

Однако тонкие пластины и рыхлый активный материал не выдерживают циклическое использование — глубокий разряд и зарядку. С каждым циклом часть активного материала выпадает из решетки аккумуляторной пластины и скапливается на дне корпуса. Через некоторое время «отложения» вырастают, замыкают пластины и аккумулятор выходит из строя. Когда же стартовый аккумулятор применяют по назначению, то он редко разряжается больше чем на несколько процентов и количество выпавшей активной массы не велико.

Сервисные аккумуляторы

В лодочной электрической системе сервисные аккумуляторы работают как буфер между источником тока — генератором, зарядным устройством или солнечными панелями и потребителями. Это значит, что аккумуляторы регулярно глубоко разряжаются, а затем вновь заряжаются. Чтобы пластины сервисных АКБ выдерживали циклические нагрузки их делают толще, чем в стартовых,  а в прочные решетки, запрессовывают плотный активный материал, который меньше осыпается в процессе заряда и разрядки.

Циклическое использование лодочных аккумуляторов нерегулярное и отличается от режима работы тяговых батарей в погрузчиках, в которых нагрузка предсказуема и выполняется по графику. В отличии от них на лодках аккумуляторы часто остаются без использования длительное время

Как сильно разряжать аккумуляторы

Ни стартовые, ни тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы не следует разряжать на 100 %. В таком режиме не проработают долго даже дорогие аккумуляторные батареи глубокого разряда. Однако если аккумуляторная батарея разряжается не до конца, то ее возможности используются не полностью и при заданном потреблении тока емкость аккумулятора должна быть больше.

Графики изменения емкости аккумуляторов в результате заряда и разряда
Графики изменения емкости аккумуляторов в результате заряда и разряда. Тест имитировал реальную эксплуатацию аккумуляторов. Аккумуляторы разряжались током 25 А до 10,5 вольт и затем заряжались таким же током до 14,4 Вольт. В тесте участвовало 4 аккумулятора глубокого разряда — недорогой с жидким электролитом, 2 AGM аккумулятора и LiFePo4. Аккумулятор с жидким электролитом вышел из строя первым после 18 циклов. AGM — после 180. Состояние LiFePo4 не изменилось

Например, если энергопотребление в день составляет 100 Ач, и вы планируете разряжать аккумулятор до 50 %, то вам потребуется батарея емкостью 200 Ач. Большие аккумуляторы служат дольше, но они тяжелее, занимают больше места и стоят дороже. Чтобы сохранить баланс между сроком службы аккумуляторов и их стоимостью, лодочные аккумуляторы рекомендуется разряжать – до 50%, а крайних случаях до 80% от емкости.

Под нагрузкой аккумулятор в первую очередь отдает ток с поверхности пластин. Стартовый аккумулятор перезаряжается немедленно и внутренние участки его пластин не успевают разрядится. Но у частично разряженного тягового аккумулятора, напряжение по толщине пластин выровняется, внутренняя часть пластин разрядится, и зарядка аккумулятора займет больше времени.

Как заряжать лодочные аккумуляторы

Графики тока, потребляемого аккумулятором при зарядке от генератора двигателя и от DC-DC устройства зарядки
Графики тока, потребляемого аккумулятором при зарядке напрямую от генератора двигателя и от генератора через DC-DC устройство зарядки. Закрашенная область — дополнительный заряд, который получает аккумулятор во время работы зарядного устройства

Правильно подобранным зарядным устройством сервисные аккумуляторы можно восстановить до 70-80% от номинальной емкости относительно быстро. Однако в этом состоянии полностью заряженной оказывается только контактирующая с электролитом внешняя часть пластин, внутренние же области остаются разряженными. Дальнейшая зарядка идет очень медленно, потребляемый ток резко снижается и, чтобы зарядить аккумулятор до 100 %, требуется дополнительно несколько часов. Чем толще пластины и чем плотнее материал активной массы, тем больше времени уходит на полную зарядку.

Поскольку на практике тяговые лодочные аккумуляторы работают в одном из трех режимов, то на лодке должны быть устройства зарядки, поддерживающие каждый из них.

Циклическое использование на воде. Аккумуляторы разряжаются до 50 и более процентов, но заряжаются не полностью. Так работает сервисная аккумуляторная батарея на яхте или аккумуляторы лодочного электромотора на катере.

На воде важно зарядить аккумуляторы быстро, поэтому ток зарядки должен быть максимально возможным. Для каждого типа аккумуляторов безопасного значение зарядного тока свое. У свинцово-кислотных батарей оно составляет 0,2-0,4С, у литиевых 0,5-1С и выше. Чтобы во время зарядки аккумуляторы не перегрелись и не началось интенсивное выделение газа, используют DC-DC зарядные устройства с температурной компенсацией или с ограничением тока. Скорость зарядки при этом возрастает в 5-10 раз, по сравнению с зарядкой напрямую от генератора.

DC-DC зарядные устройства для зарядки аккумуляторов от генератора двигателя

 Модель BBW 1224 BB1230
Зарядное устройство Sterling Power BBW1224 Зарядное устройство Sterling Power BB1230
Для каких аккумуляторов подходит С жидким электролитом, GEL, AGM, LiFePO4. Всего 6 режимов зарядки С жидким электролитом, GEL, AGM, LiFePO4. Всего 9 режимов зарядки
Максимальный ток, А 25 30
Номинальное входное напряжение, В 12 12
Номинальное выходное напряжение, В 12, 24, 36 12
Класс защиты Водонепроницаемое - IP68 IP21
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

Смешанный режим работы. К аккумуляторной батарее приложено поддерживающее напряжение, но она регулярно неглубоко разряжается. Зарядное устройство замечает разряд и постоянно включается, чтобы быстро дозарядить аккумуляторы высоким током. В этом режиме существует опасность, что в результате частого включения устройство перезарядит аккумуляторы. Чтобы этого не произошло, время работы зарядного устройства должно зависеть от того насколько сильно разрядился аккумулятор.

Схема подключения устройств для зарядки лодочных аккумуляторов
Схема подключения зарядных устройств для нескольких групп лодочных аккумуляторов. Оборудование подключено таким образом, что аккумуляторы заряжаются берегу, во время длительного хранения и на воде от генератора через DC-DC зарядное устройство

Аккумуляторы несколько месяцев не подключены к нагрузке и находятся в режиме поддерживающей зарядки. Состояние большинства жидко-кислотных аккумуляторов быстро ухудшается, если в течении длительного времени поддерживающее напряжение составляет 13,8 вольт. Рекомендуется уменьшать напряжение до 12,9 – 13,2 вольт или оставлять аккумуляторы не подключенными к зарядному устройству, регулярно подзаряжая их. Если температура окружающего воздуха 20 градусов или меньше, подзарядку делают как минимум раз в месяц, при более высокой температуре чаще.

Поддерживающая зарядка

После полной зарядки аккумулятора зарядное устройство понижает напряжение и переходит к поддерживающей зарядке, которая компенсирует саморазряд аккумулятора. Во время длительного хранения поддерживающее напряжение не должно отличаться от рекомендованного производителем аккумулятора.

Высокое поддерживающее напряжение ускоряет коррозию положительных пластин и приводит к быстрому старению аккумулятора. В 12 вольтовом аккумуляторе коррозия увеличивается вдвое при повышении напряжения на 0,6 вольт. Слишком низкое напряжение наоборот не дает  аккумулятору оставаться заряженным и в его пластинах развивается сульфатация.

Поддерживающее напряжение для разных аккумуляторов разное. Для 12 вольтовых аккумуляторов с жидким электролитом оно составляет 12,9-13,9 вольт. Однако такие аккумуляторы нельзя оставлять под напряжением в течении нескольких месяцев. Возможно наилучший вариант хранения для них – периодическая подзарядка как минимум раз в месяц. Для гелевых и AGM аккумуляторов таких ограничений нет.

Зарядные устройства быстро и безопасно заряжают и десульфатируют лодочные аккумуляторы.  

Зарядное устройство Sterling Power LPCU 1230 Зарядное устройство Sterling Power PCU1250
Sterling Power LPCU1230 Sterling Power PCU1250
Для каких аккумуляторов подходит С жидким электролитом, GEL, AGM, LiFePO4. Всего 9 режимов зарядки С жидким электролитом, GEL, AGM, LiFePO4. Всего 12 режимов зарядки
Напряжение, В 12 12
Максимальный ток зарядки, А 30 50
Количество выходов 2 3
Размеры, мм 199 х 158 х 70 315 х 215 х 90
Вес, кг 2 3
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

Зарядка стартового аккумулятора

Во время запуска двигателя стартовый аккумулятор несколько раз в день неглубоко разряжается, а во время движения заряжается от генератора. Лучший способ зарядки для него — не заряжать совсем, лишь изредка подключая к зарядному устройству на берегу.

Проблемы у стартового аккумулятора могут возникнуть, если на лодке установлено две батареи и для их одновременной зарядки используется зарядный изолятор. Как правило сервисный аккумулятор разряжен сильнее, у него большая емкость и во время работы генератора почти весь ток течет к нему. Большой ток ведет к потерям в кабеле и изоляторе, из-за которых напряжения на сервисной батарее падает. Если на сервисном аккумуляторе установлен датчик напряжения генератора, то регулятор генератора «заметит» падение, увеличит ток возбуждения и выходное напряжение генератора возрастет до 15,4 вольт. Напряжение на сервисном аккумуляторе придет в норму и повысится до 14,4 Вольт. Однако полностью заряженный стартовый аккумулятор вместо 13,8 вольт получит 15.

Схема подключения зарядного разделителя для зарядки двух аккумуляторов
На схеме для зарядки двух аккумуляторных батарей используется зарядный разделитель с нулевым падением напряжения. В этом случае потерь в изоляторе не возникает и обе группы аккумуляторов заряжаются в правильном режиме. Перезарядки стартового аккумулятора не происходит

При таком подключении стартовый аккумулятор придется менять раньше. Гелевые и AGM аккумуляторы чувствительны к перезаряду, при повышенном напряжении электролит в них испаряется и аккумулятор выходит из строя, поэтому использовать их данном случае не рекомендуется. Больше подойдут аккумуляторы с жидким электролитом или со спиральными пластинами Optima. Жидко-кислотные аккумуляторы должны быть обслуживаемые, а Optima мало чувствительна к перезарядке

Обслуживание лодочных аккумуляторов

Доливайте в аккумуляторы с жидким электролитом дистиллированную воду

Фиксируйте плотность электролита и количество добавленной воды. Записывайте плотность электролита, после того как провели измерение. Эти данные позволят вам в дальнейшем оценить состояние аккумулятора, предупредят о надвигающихся проблемах и позволят избежать неприятностей на воде.

Держите верхнюю крышку аккумулятора чистой. Грязь, вода или электролит на крышке аккумулятора создают путь для тока на землю. Даже небольшой ток через некоторое время разряжает аккумулятор. Чтобы нейтрализовать кислоту вытирайте аккумулятор мягкой тряпкой смоченной в растворе соды или нашатырного спирта, но никогда не сыпьте соду прямо на крышку. Сода попавшая внутрь корпуса через вентиляционные отверстия может стать причиной закипания электролита и выведет ячейку из строя.

Периодически снимайте кабель с аккумуляторов и очищайте клеммы от коррозии

зарядные устройства на яхте
Два зарядных устройства Sterling Power установлены на яхте для зарядки аккумуляторной батареи емкостью 2 х 165 Ач. Одно устройство работает от береговой сети, другое от генератора двигателя. Во всех трех режимах эксплуатации — при длительном хранении в межсезонье, на воде и у пирса дорогие аккумуляторы заряжаются в правильном режиме, а значит прослужат долго

Полностью заряжайте аккумуляторы, если оставляете их без использования на одну-две недели. Все аккумуляторы имеют саморазряд и разряжаются во время хранения. Скорость саморазряда зависит от окружающей температуры и от конструкции аккумулятора. Аккумуляторы с жидким электролитом разряжаются быстрее, чем AGM и гелевые. Жидко-кислотные аккумуляторы теряют в среднем 0,7%  в день при температуре 25 С и 1,75% при температуре 38С. Чем выше температура, тем быстрее разряжается аккумулятор. Гелевые и AGM аккумуляторы разряжаются примерно на 0,1% в день.

Если аккумуляторы с жидким электролитом оставлены разряженными больше чем на месяц, особенно в течении лета, из-за саморазряда возникнет сульфатация, сульфат свинца затвердеет и аккумулятор навсегда окажется поврежден. При длительном хранении подзаряжайте аккумуляторы с жидким электролитом как минимум раз в месяц. Гелевые и AGM аккумуляторы могут хранится без подзарядки несколько месяцев. В холодном климате полная зарядка нужна, чтобы не допустить замерзания электролита. Зарядка аккумулятора с замерзшим электролитом может привести к его взрыву.

Храните аккумуляторы в прохладном месте. Аккумулятор теряет емкость при повышенной температуре независимо от того используется он или нет. Эти потери емкости не восстановимы и являются частью процесса старения аккумулятора. В общем случае на каждые 8 С роста температуры, ожидаемый срок службы аккумулятора сокращается вдвое. Аккумуляторы необходимо хранить в прохладном месте, не допуская замерзания электролита

Как проверить состояние аккумуляторов

Существует шесть способов узнать состояния аккумулятора

  • Измерить плотность электролита
  • Измерить напряжение холостого хода
  • Использовать нагрузочную вилку
  • Использовать тестер проводимости
  • Выполнить полную проверку емкости
  • Отслеживать заряд и разряд аккумулятора с помощью счетчика ампер часов

Электролит в свинцово-кислотных аккумуляторах состоит из смеси воды и серной кислоты. Когда аккумулятор полностью заряжен, концентрация серной кислоты в электролите и его плотность  высокие. Во время разряда серная кислота взаимодействует с пластинами и образует оксид свинца и воду. В результате ее концентрация и плотность электролита уменьшаются. Во время заряда происходит обратный процесс. Уровень заряда аккумулятора определяют измеряя плотность электролита ареометром.

Глубина разряда Плотность электролита Напряжение аккумулятора
0 1,265-1,285 12,65+
25 1,225 12,45
50 1,190 12,24
75 1,155 12,06
100 1,120 11,89

 

Напряжение аккумулятора используют для грубой оценки его состояния. Чтобы получить корректные данные, перед проверкой напряжения аккумулятор необходимо несколько часов не заряжать и не разряжать

Счетчик ампер часов отслеживает потребляемый и отдаваемый аккумулятором ток. Эти данные, объединенные со временем работы аккумулятора,  дают количество ампер-часов, полученных или отданных аккумуляторной батареей. Например, при токе разряда 10 ампер в течении 2 часов аккумулятор разрядится на 10 х 2 = 20 Ач. Через регулярные интервалы времени батарейный монитор сохраняет состояние аккумулятора в памяти и при необходимости воспроизводит историю использования батареи.

Задайте вопрос,

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

captcha