Точечная система зарядки
Современные катера и яхты насыщены электрическими и электронными устройствами. Жизнеобеспечение, навигация, бесшумное перемещение и комфорт на борту целиком зависят от их бесперебойного функционирования. Основа надежной работы бортового оборудования – надежный источник энергии. Для небольших судов такими источниками служат генератор ходового двигателя и аккумуляторные батареи.
Аккумуляторные батареи
На катерах и яхтах формируют две группы аккумуляторов. Одну для запуска двигателя, другую, «домашнюю», для длительной непрерывной нагрузки. Мощных потребителей – лебедку, подруливающее устройство, электромотор обеспечивают собственными батареями. При этом напряжения в каждой аккумуляторной группе не обязательно равны между собой. Зачастую отличаются и типы используемых аккумуляторов.
Зарядные устройства
Чтобы поддерживать тяговые аккумуляторы в рабочем состоянии, на катерах устанавливают несколько зарядных устройств, вспомогательный генератор и солнечные панели. На парусных яхтах дополнительно используют ветрогенераторы. Но создать сбалансированную систему сложно. Несмотря на затраты, часто оказывается, что мощность генератора и способность аккумуляторов принимать заряд используются далеко не на 100%.
В результате продолжительность работы аккумуляторных батарей между перезарядками сокращается, а время работы ходового двигателя и генераторов для зарядки оказывается гораздо больше, чем необходимо. Стоимость используемой энергии возрастает, а срок службы аккумуляторов и двигателя уменьшается.
Современная электрическая система
Точечная зарядка позволяет построить электрическую систему на катере и яхте с несколькими группами аккумуляторов глубокого разряда. При этом не важно какие напряжения используются в бортовой сети — 12 и 24, 12 и 36 или 12 и 48 Вольт.
При проектировании системы выходное напряжение всех устройств зарядки – переменного тока, генераторов, солнечных панелей, ветрогенераторов выбирают одинаковым. Все зарядное оборудование подключают к общей шине или точке зарядки, а перед каждой группой аккумуляторов устанавливают выделенное DC-DС зарядное устройство.
В этом случае мощность, выходное напряжение и алгоритм заряда точно соответствуют требованиям конкретной аккумуляторной батареи. Зарядка идет постоянным током по четырехступенчатому алгоритму и аккумуляторы заряжаются до 100% емкости в несколько раз быстрее. Затраты на зарядные устройства окупаются за счет увеличения срока службы дорогих аккумуляторов и полного использования их емкости.
Пример — Оборудование катера для рыбалки
Катер Starfisher 830. Длина 8,3 метра. Максимальное водоизмещение 3,47 т. Двигатель Honda BF250 с генератором мощностью 1118 Вт и током – 90 А. Ток доступный для зарядки аккумуляторов – 60А.
Носовой электромотор Minn Kota Ulterra i-Pilot установлен на катере размером 7,5 метров. Тяги электромотора достаточно, чтобы удерживать большой катер на одном месте с помощью электронного якоря или перемещать его на расстояние 20-30 метров по выбранному участку озера.
Владелец оснащал новый катер для рыбалки на большом озере. На катер установили носовой электромотор, эхолот с диагональю дисплея 15 дюймов, отопитель, синусоидальный инвертор и другое оборудование.
Для запуска двигателя и питания установленных устройств на катере создали три группы аккумуляторов: стартовую, сервисную и батарею электромотора:
- Стартовый — 12-вольтовый свинцово-кислотный AGM аккумулятор.
- «Домашняя» батарея емкостью 200 Ач — два AGM аккумулятора по 100 Ач каждый соединены параллельно.
- Аккумуляторная батарея лодочного электромотора – три последовательно соединенных гелевых аккумулятора емкостью по 102 Ач каждый. Напряжение батареи 36 вольт. Общая емкость 102 Ач.
На катере предусмотрено два способа зарядки аккумуляторов – от береговой электрической сети и от генератора ходового мотора.
Оборудование, использовавшееся при установке лодочного электромотора на катер
| Наименование | Марка | Количество |
| Лодочный электромотор | Лодочный электромотор Minn Kota Riptide ULTERRA 112/IP_BT/183 см/36V | 1 |
| Зарядное устройство | Sterling Power PCU1250 | 1 |
| Зарядное устройство | Sterling Power BB1260 | 1 |
| Зарядное устройство | Sterling Power BBW1236 | 2 |
| Аккумуляторы | Deka 8G31DT | 3 |
| Кабель | ICC Особо гибкий многопроволочный 50 мм2 | 22 |
| Блок предохранителей | Blue Sea Safety Hab 150 | 2 |
| Шина | Blue Sea MaxiBus 2127 | 4 |
| Батарейный монитор | Blue Sea M2 OLED 1830 | 1 |
| Автоматический выключатель | Blue Sea 285 | 1 |
| Клеммы аккумуляторные | Mastervolt | 10 |
| Колпачки на клеммы | Mastervolt | 10 |
Имевшееся на катере 20 амперное зарядное устройство не справлялось с зарядкой всех аккумуляторов от сети 220 Вольт. Поэтому его заменили на более мощную модель Sterling Power PCU 1250 с током 50 A.
Схема зарядки аккумуляторов на катере с 36-вольтовым лодочным электромотором Minn Kota Ulterra и дополнительной аккумуляторной батареей. Зарядка происходит как на стоянке от береговой сети, так и ходу от генератора двигателя. Зарядное напряжение соответствует рекомендациям производителя аккумуляторов
Выход зарядного устройства подключили к стартовому аккумулятору. Кабель сечением 50 мм2 протянули от колодки, расположенной рядом со стартовым АКБ, на нос катера к аккумуляторам лодочного электромотора. Сечение кабеля выбрали так, чтобы уменьшить падение напряжения при протекании большого тока.
Напряжение на выходе с зарядного устройства Sterling Power BBW не зависит от входного. Пользователь выбирает программу зарядки в зависимости от типа используемых АКБ. В результате аккумуляторы заряжаются быстро и в безопасном режиме
Аккумуляторная батарея электромотора имеет напряжение 36 Вольт. Для зарядки аккумуляторов использовали устройство Sterling Power BBW 1236. Эта модель получает на вход напряжение от генератора или сетевого зарядного устройства, повышает его и, используя встроенный микропроцессор, формирует многоступенчатый зарядный профиль аккумуляторов. В устройстве запрограммировано 6 алгоритмов зарядки – для жидко-кислотных, гелевых, кальциевых, AGM и LiFePO4 аккумуляторов. В данном случае был выбран режим для гелевых АКБ с напряжением 43,2 В.
BBW 1236 остается включенным до тех пор пока напряжение на его входе не опустится ниже 12,2 вольт, а значит компенсирует падение напряжения в кабеле, проходящем вдоль всего катера от стартового аккумулятора к электромотору. Если бы этого не было зарядка аккумуляторов электромотора протекала бы очень медленно. Поскольку BBW ограничивает входной ток 25 А, то чтобы полностью использовать мощность генератора два устройства установили параллельно.
За счет того, что первый этап зарядки идет при постоянном токе, зарядное устройство передает аккумуляторам больше энергии чем генератор
В результате для аккумуляторов электромотора организован правильный режим зарядки, с током около 20% от емкости, что соответствует рекомендациям производителя аккумуляторов.
«Домашнюю» аккумуляторную батарею подключили похожим образом. Однако, вместо 36-вольтового устройства установили Sterling Power BB1260. Номинальное входное и выходное напряжение у этой модели 12 Вольт, а максимальный ток 60А. Таким образом зарядный ток не превышает 30% от емкости аккумулятора и соответствует рекомендации производителя батарей.
Точечная зарядка подходит для катеров размером 5-9 метров с одним или двумя подвесными или стационарными двигателями. Зарядные устройства выбирают исходя из количества аккумуляторных батарей, их емкости, напряжения и желаемого времени зарядки.
Задайте вопрос,
и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты
Источник
Подключение второго аккумулятора
На катере всегда должен быть полностью заряженный и готовый к запуску двигателя аккумулятор. Так требуют стандарты и правила элементарной безопасности на воде. Если кроме стартера никакой нагрузки у аккумулятора нет, то специальных усилий для поддержания аккумулятора в рабочем состоянии не требуется. Во время работы двигателя его зарядит генератор. Но если на борту есть несколько эхолотов, радиостанция, радар или инвертор, единственным аккумулятором не обойтись, нужно иметь второй
Два аккумулятора на катере
Оба аккумулятора могут быть тяговыми, с током холодного пуска соответствующим мощности стартера. Тогда заводить двигатель можно любым из них, а второй в это время использовать для питания бортового оборудования. Стартер и бортовые устройства в системе с двумя одинаковыми аккумуляторами имеют общую точку, поэтому аккумуляторы можно использовать попеременно, выбирая в каждый момент тот, который заряжен полнее.
Схема подключения второго аккумулятора. Оба аккумулятора используются попеременно для запуска двигателя и питания нагрузки. При необходимости их можно объединить
Срок службы аккумулятора измеряют в циклах заряда-разряда. Один цикл – это полный разряд и зарядка до 100% емкости. Количество циклов, которые выдерживает аккумулятор, зависит глубины разряда. Чем сильнее разряжают аккумулятор, тем меньше он служит. Эта зависимость не линейная. При глубоком разряде ожидаемое время жизни аккумулятора сокращается быстрее.
Из этого следует, что два соединенных аккумулятора, прослужат дольше, чем два используемых попеременно. Ведь при большей емкости батареи входящие в нее аккумуляторы в каждом цикле разряжаются меньше.
Напряжение аккумуляторов
Напряжение аккумулятора по-разному изменяется на различных этапах его разряда. Сразу после подключения нагрузки оно круто снижается. Затем выравнивается и плавно скользит вниз, до тех пор, пока не достигнет номинального значения. После этого резко падает и аккумулятор перестает давать ток.
График разряда аккумулятора разным по величине током. Чем меньше по отношению к емкости ток, тем дольше работает аккумулятор. Второй аккумулятор выгоднее подключать параллельно, а не устанавливать независимо
Уровень, до которого напряжение уменьшается в начале работы, скорость его дальнейшего снижения и порог отключения зависят от отношения емкости аккумулятора к току нагрузки. Чем больше эта величина, тем лучше аккумулятор держит напряжение. Оно меньше падает в начале и медленнее снижается в процессе разряда. И хотя увеличение емкости аккумулятора вдвое, снижает скорость падения напряжения только наполовину, все равно батарея, составленная из двух аккумуляторов обеспечивает более высокое напряжение, чем два аккумулятора, используемые попеременно.
Работа инверторов
Во многих моделях инверторов максимальное напряжение переменного тока зависит от величины входного постоянного напряжения. Если напряжение аккумулятора под нагрузкой снижается, за ним следует и переменное напряжение инвертора. Поэтому от батареи, состоящей из двух аккумуляторов, инвертор проработает вдвое дольше, чем от тех же аккумуляторов используемых по очереди
Скорость зарядки
Максимально допустимый ток заряда зависит от емкости аккумуляторной батареи. Чем выше емкость, тем больший ток можно использовать не опасаясь повредить аккумулятор. Если имеется мощное зарядное устройство с помощью которого аккумулятору необходимо вернуть заданное количество энергии, то батарею большей емкости можно зарядить быстрее.
Предположим, емкость аккумуляторной батареи на катере 100 Ач. Безопасный для аккумулятора зарядный ток 0,25С или 25А. Бортовое оборудование за день потребляет 25 Ач и разряжает аккумулятор от 75 до 50% емкости. На катере установлено зарядное устройство номиналом 25 А. Используя максимальный зарядный ток оно сможет компенсировать ежедневные затраты энергии за 1 час
Устройства для зарядки с двумя выходами:
Но если увеличить емкость аккумуляторной батареи до 200 Ач, то допустимый зарядный ток возрастет до 50 А. Имея на борту есть устройства зарядки соответствующей мощности, потраченную за день энергию можно вернуть аккумулятору уже за 30 минут или в два раза быстрее. Следовательно батарею, состоящую из двух аккумуляторов, можно зарядить быстрее, чем два попеременно используемых АКБ той же суммарной емкости
Для единственного аккумулятора проще выбрать правильный алгоритм зарядки. Если используются два аккумулятора попеременно, то второй как правило отличается по типу, возрасту и емкости. В результате режим зарядки обоих далек от идеального, а срок службы меньше чем должен быть
Второй аккумулятор — сервисный
Однако ни одно из описанных преимуществ аккумуляторной батареи большой емкости не будет иметь значения, если она разрядится и не сможет запустить двигатель. Чтобы этого не произошло второй аккумулятор делают сервисным, к нему подключают бортовое оборудование и всегда используют вместе со стартовым. Стартовый служит только для запуска двигателя и поэтому всегда полностью заряжен
Схема подключения второго аккумулятора к устройству зарядки. Конвертер устанавливают между двумя аккумуляторными батареями, которые должны иметь общий минус. Датчик на отрицательной клемме следит за температурой аккумулятора. Если она растет, зарядное уменьшает напряжение. Желтая линия от конвертера к положительной клемме аккумуляторной батареи — датчик напряжения. Если возникают потери в кабеле, зарядное увеличивает выходное напряжение
Как заряжать второй аккумулятор, если по назначению, типу, а часто и по химическому составу он отличается от основного? Лучший вариант — это зарядный конвертер. Устройство соединяют с положительными клеммами обоих аккумуляторов и подключают к общей отрицательной шине. Конвертер использует мощность генератора, но преобразует его фиксированное выходное напряжение в четырехступенчатый зарядный профиль. Ключевые точки этого профиля – напряжения и продолжительность каждого этапа зарядки записаны в память устройства. Пользователю нужно лишь один раз выбрать тип установленного в его электрической системе аккумулятора. Дальнейшая зарядка идет в автоматическом режиме. В результате, за счет правильно подобранного алгоритма, второй аккумулятор не только сохраняют на 50% больше энергии, но заряжается в 5-10 раз быстрее, чем напрямую от генератора
Устройства для зарядки второго аккумулятора от генератора двигателя:
Источник