Зарядное устройство для катера
Принцип действия зарядного устройства прост. Переменное напряжение подается на трансформатор, который понижает его до уровня близкого к напряжению аккумулятора. Затем выпрямитель преобразует напряжение в постоянное, фильтр уменьшает пульсации, а регулятор поддерживает напряжение на заданном уровне. Способов объединить в одном устройстве эти компоненты существует множество
Зарядное для небольшого катера
Для стартового и дополнительного аккумулятора на открытом катере подойдет герметичное зарядное устройство с двумя выходами. Поскольку стартовый АКБ почти всегда полностью заряжен, а сервисной батареей на небольших катерах чаще всего служит аккумулятор с жидким электролитом емкостью 100 Ач, то модели с током 10А, достаточно для зарядки обоих.
Устройство устанавливают в любом месте катера, не беспокоясь о том, что вода или сильная вибрация выведут его из стоя. Зарядное полностью автоматическое, никаких настроек и регулировок на нем не предусмотрено. После завершения зарядки устройство понижает напряжение до 13,3 вольт и может оставаться подключенным к аккумулятору сколь угодно долго.
Система останется не завершенной, если не предусмотреть зарядку второго аккумулятора от генератора двигателя. Самый распространенный способ для этого – реле, автоматически подключающее сервисную батарею после того, как напряжения на стартовом аккумуляторе возрастает до 13,3-13,5 вольт (это означает, что генератор двигателя работает)
Однако в данном случае использовать дорогое, чувствительное к напряжению реле, не обязательно. У зарядного устройства два выхода, ток между которыми распределяется пропорционально нагрузке, поэтому во время зарядки на берегу реле может оставаться разомкнутым. На воде реле замкнет контакты и подключит второй аккумулятор после того, как на его входной разъем поступит напряжение от замка зажигания.
Зарядное аккумуляторов лодочного электромотора
На катерах с носовыми лодочными электромоторами как правило организуют две или три аккумуляторных батареи, одна из которых имеет напряжение 24 или 36 Вольт, а две других — 12 Вольт. От сети 220 Вольт все аккумуляторы заряжают одним устройством с несколькими выходами. Однако этот вариант не самый оптимальный ни по стоимости ни по качеству зарядки. Вместо одного удобнее использовать два зарядных устройства — одно AC-DC (220-12 В) и одно DC-DC (12-24 или 12-36 В). Совместно они позволят заряжать все аккумуляторы как от береговой сети так и от генератора лодочного двигателя. Причем в этом случае аккумуляторы могут быть разных типов — жидко-кислотные и гелевые или жидко-кислотные и LiFePO4 и т.д. Немаловажно, что стоимость универсального комплекта ниже стоимости зарядного устройства с несколькими выходами.
Схема зарядки аккумуляторов на катере с носовым электромотором
Большинство зарядных для лодочных электромоторов имеют единственное напряжение зарядки 14,4 Вольта. Оно подходит для гелевых и для герметичных аккумуляторов с жидким электролитом. Однако не соответствует рекомендациям производителей обслуживаемых жидко-кислотных, некоторых AGM и кальциевых аккумуляторных батарей. Для них необходимо 14,6-15,1 Вольт. Как заряжать LiFePO4 аккумуляторы
Рекомендуемые напряжения зарядки некоторых марок аккумуляторов
| Марка аккумулятора | Напряжение второго этапа зарядки, В | Поддерживающее напряжение, В |
| Optima Blue Top | 14,7-15,6 | 13,2-13,8 |
| Trojan 225 SCS | 14,82 | 13,5 |
| Trojan 31 GEL | 14,1-14,4 | 13,5 |
| Trojan T105-AGM | 14,1-14,7 | 13,5 |
| DEKA DC31DT | 14,4-14,8 | 13,3-13,5 |
| DEKA 8G31DT | 13,8-14,6 | 13,4-13,6 |
Пониженное напряжение – частая причина недозарядки. Из-за неполного заряда сульфат свинца, формирующийся в пластинах аккумуляторных батарей во время разряда, со временем твердеет и образует крупные кристаллы, которые трудно превращаются обратно в активный материал. Этот процесс, известный как сульфатация, уменьшает емкость аккумулятора и медленно убивает его
Причин сульфатации бывает несколько, но две из них напрямую связаны с неправильным зарядным напряжением:
- аккумулятор регулярно недозаряжается и часть активного материала пластин постоянно остается незаряженной
- на внутренних участках толстых пластин или в пластинах с плотным активным материалом химические реакции протекают не достаточно интенсивно
Чем выше напряжение зарядки, тем больше энергии получает и сохраняет аккумулятор
Зарядные устройства для открытых катеров:
Зарядные для яхт и каютных катеров
Для каютных катеров и парусных яхт уровень защиты зарядного устройства не имеет решающего значения. Суда этого класса обычно имеют общую отрицательную шину, оборудованы разъемами для подключения к береговой электрической сети и иногда используют дополнительный генератор или синусоидальный инвертор. Электрическая система постоянного тока на большинстве из них 12 вольтовая, однако на некоторых напряжение может быть 24 или 36 вольт
Зарядное устройство в двигательном отсеке катера. Водонепроницаемость устройства не имеет решающего значения. Важно чтобы оно было мощным, легким, имело пульт дистанционного управления и могло быстро заряжать несколько групп аккумуляторов
Большие катера оснащают двумя или тремя группами аккумуляторов. Общая емкость батарей меняется от лодки к лодке, но как правило составляет 200-500 Ач. Для аккумуляторной батареи такого размера требуется мощное зарядное устройство. Чтобы правильно выбрать его предварительно необходимо ответить на следующие вопросы:
- Какое электрическое оборудование используется, когда яхта или катер находятся у пирса?
- Какой ток потребляет судно при полностью включенном освещении и работающем электрооборудовании?
- Каково напряжение в электрической системе – 12, 24 или 36 Вольт?
- Есть ли инвертор? Если да, то какова его мощность?
- Сколько аккумуляторных батарей установлено и какова емкость каждой из них?
Предположим, что электросистема работает при напряжении 12 вольт. На стоянке зажигается 10 ламп, каждая из которых потребляет ток 1 Ампер. Кроме ламп постоянно включены радиостанция, спутниковое телевидение и холодильник. Емкость аккумуляторной батареи 100 Ач.
В этом случае потребляемый ток составляет около 20 ампер. Для зарядки аккумулятора дополнительно необходимо иметь еще минимум 10 А. Значит подойдет зарядное устройство с выходным током 30 ампер. Это будет Sterling Power LPCU1230.
Модели зарядных устройств для больших катеров:
Характеристики зарядных устройств для больших катеров и яхт:
- Низкое энергопотребление. Основное время электрическая система работает от аккумуляторов, которые служат буфером между потребителями и зарядным устройством. Зарядное включается только когда напряжение аккумуляторов опускается ниже заданного уровня
- Датчик температуры и режимы работы для каждого типа АКБ позволяют точно подобрать алгоритм зарядки для любого аккумулятора. В результате дорогие аккумуляторы заряжаются полнее, правильно обслуживаются и служат дольше
- Несколько зарядных устройств можно устанавливать параллельно. Благодаря этому без особого труда увеличивается ток зарядки и емкость аккумуляторных батарей
- Два режима работы – зарядка АКБ и блок питания. С зарядным устройством бортовое оборудование будет работать, даже если нет аккумуляторов
- Выносной пульт управления. Работу зарядного устройства, можно контролировать даже если оно установлено в труднодоступном месте
- Пульсации напряжения на выходе 2-3%, безопасно для электроники и аккумуляторов
На большом катере или яхте мощное зарядное всегда предпочтительнее водонепроницаемого
Как выбрать зарядное устройство
На протяжении десятилетий при производстве морских и судовых зарядных устройств за основу брали сетевое напряжение. Затем рассчитывали вторичную обмотку трансформатора на требуемое выходное напряжение (например, 13,8 вольт) и подключали к ней диодный выпрямитель. Правда такой тип зарядных устройств сейчас почти не производится и не продается.
Типы зарядных устройств
В феррорезонансных моделях для регулировки выходных характеристик используется феррорезонансный трансформатор. Благодаря тому, что часть его сердечника находится в состоянии насыщения, выходное напряжение мало зависит колебаний входного и от тока нагрузки.
Отсутствие электронного управления делает эти устройства простыми и долговечными, однако не позволяет точно подобрать режим зарядки для конкретного типа аккумулятора. Феррорезонансные модели, подходящие необслуживаемых жидко-кислотных аккумуляторов, легко могут перезарядить гелевые и недозарядить обслуживаемые АКБ с жидким электролитом. Устройства этого типа чувствительны к колебаниям частоты входного напряжения, а по сравнению с обыкновенным феррорезонансный трансформатор рассеивает большее количество тепла и ощутимо гудит во время работы.
Вместо трансформатора выходное напряжение можно регулировать тиристорами. Тиристоры – это управляемые полупроводниковые приборы. В созданном на их основе зарядном устройстве легко использовать микроконтроллер, в память которого записать несколько алгоритмов зарядки. В отличии от феррорезонансных, тиристорные модели менее чувствительны к колебаниям частоты входного напряжения. Однако высокие пульсации тока на выходе могут дополнительно нагревать аккумулятор во время быстрой зарядки
Трансформаторы феррорезонансных и тиристорных моделей рассчитаны на напряжение частотой 50/60 Гц. Из-за этого зарядные устройства обоих типов получаются громоздкими тяжелыми и занимают больше места
DC-DC зарядное устройство заряжает аккумуляторы в несколько раз быстрее, чем генератор двигателя напрямую. Модели 12-12, 12-24 или 12-36 Вольт:
В отличии от тиристоров MOSFET и IGBT транзисторы — это полностью контролируемые электронные приборы. Их можно включить или выключить в любой момент времени. В высокочастотных моделях переключение режима работы транзисторов происходит до 100 тысяч раз в секунду, что позволяет точно управлять выходными характеристиками зарядногоВ высокочастотном устройстве сетевое переменное напряжение выпрямляется, фильтруется и подается на вход преобразователя, который превращает постоянное напряжение в импульсы высокой частоты. Эти импульсы поступают на первичную обмотку специального малогабаритного трансформатора, понижающего напряжение. Выходной выпрямитель вновь превращает его в постоянное и после прохождения через фильтр на выход зарядного устройства поступает постоянное напряжение с очень низким уровнем пульсаций.
Выходными характеристиками зарядного устройства управляют изменяя продолжительность включенного и выключенного состояния транзисторов. В результате высокочастотные устройства получаются маленькими, легкими, мощными, но при этом гораздо более сложными.
Характеристики зарядных устройств различных типов:
| Характеристика | Феррорезонансные | Тиристорные | Высокочастотные |
| КПД | Средний | Средний | Высокий |
| Управление | Минимальное | Среднее | Обширное |
| Размер и вес | Большие/тяжелые | Большие/тяжелые | Маленькие/легкие |
| Шум | Хорошо слышный | Слышный | Бесшумные |
| Быстродействие | Очень медленное | Среднее | Очень быстрое |
| Качество электричества | Среднее/высокое | Низкое | Среднее/высокое |
В цифровых моделях работой управляет микроконтроллер со встроенным аналогово- цифровым преобразователем. Контроллер производит диагностику устройства, переводит входные сигналы в цифровую форму и в зависимости от них изменяет выходные параметры. Микроконтроллеры хорошо выполняют последовательные события или связанные между собой во времени действия, такие как зарядка в несколько стадий
Зарядное устройство Sterling Power PSP12203 можно использовать четырьмя способами. Для зарядки одного аккумулятора (не показано). Для зарядки 36-вольтовой аккумуляторной батареи. Для зарядки 24-вольтовой батареи и отдельно стоящего 12-вольтового аккумулятора. Или для зарядки трех независимых 12-вольтовых аккумуляторов
В память микропроцессорного устройства можно записать индивидуальные программы зарядки любых аккумуляторов. Однако на практике интеллектуальные зарядные устройства реализуют схожие алгоритмы. Процесс зарядки состоит из этапа насыщения, абсорбции и поддерживающей зарядки. В некоторых моделях предусмотрено выравнивание жидко-кислотных аккумуляторов и режим десульфатации.
Хорошие модели позволяют самостоятельно создавать зарядные профили и устанавливать напряжения в ключевых точках. Однако, как правило в них уже зашито 5-10 программ зарядки для всех распространенных типов аккумуляторов – гелевых, AGM, жидко-кислотных или литиевых.
Импульсные зарядные устройства имеют высокий коэффициент мощности и не чувствительны к колебаниям частоты и уровня входного напряжения. Они устойчиво работают при напряжении от 110 до 270 вольт и при частоте 45 — 70 Гц. Если зарядное устройство подключено к маломощному генератору, то скачки напряжения или плавающая частота не повлияют на его производительность и не скажутся на зарядке аккумуляторов
В первую очередь перед покупкой зарядного устройства необходимо выбрать уровень его защиты от воды и пыли. Стойкость к воздействию окружающей среды характеризуется классом защиты, который разработала Международная электротехническая комиссия для классификации корпусов электрических устройств. Рейтинг Ingress Protection (IP) удобно использовать при выборе зарядного устройства. Цифры, идущие за буквами IP в этой классификации, соответствуют уровням герметичности, которая изменяется от нуля до полной защиты от пыли и воды.
Например, IP65 означает, что устройство защищено от попадания плотной пыли в течении 2-8 часов и от воздействия струй воды. Но при этом часть воды может попасть внутрь корпуса.
Следующий шаг — подобрать мощность исходя из желаемого времени зарядки.
Скорость зарядки
Для катеров и яхт, которые проводят большую часть недели на берегу или в доке и постоянно подключены к сети переменного тока, время зарядки не имеет решающего значения. Мощность зарядного устройства в этом случае выбирают равной 10 процентам от емкости аккумуляторов. Этого достаточно для зарядки аккумуляторных батарей в течении 8-10 часов.
Но если катер используется ежедневно, то продолжительность зарядки важна. На время зарядки влияет несколько факторов:
- Эффективность аккумуляторов. Жидко-кислотные аккумуляторы имеют эффективность около 80%. Это означает, что в течении зарядки им необходимо передать 120 Ач, чтобы при разряде получить100. У гелевых, AGM и литиевых аккумуляторов КПД 85 — 90%, а потери энергии и время зарядки меньше.
- Зарядный ток. Чем он выше, тем короче время зарядки. Для аккумуляторов с жидким электролитом производители рекомендуют ток — 10-20% от емкости, для гелевых – до 25%. Самый высокий допустимый ток у AGM аккумуляторов — 30-50% С20. Литиевые аккумуляторы заряжают током до 100% от емкости.
Приблизительно время зарядки аккумулятора можно рассчитать по формуле:
T = Co/(Ai-Ab)*eff + Tabs
Т – продолжительность зарядки
Tabs – продолжительность второй стадии зарядки
Ai – ток зарядного устройства
Аb –ток, потребляемый подключенным оборудованием
Co –емкость аккумулятора, которую требуется восстановить
eff – эффективность аккумуляторов. 1,1 для AGM, 1,15 для гелевых и 1,2 для жидко-кислотных
Продолжительность второй стадии зарядки зависит от степени разряда аккумулятора, по- разному определяется разными моделями зарядных устройств и составляет от тридцати минут до четырех часов.
Если аккумуляторы необходимо заряжать быстро:
- используйте AGM аккумуляторы. Они допускают самый высокий ток зарядки среди свинцово-кислотных батарей
- Старайтесь работать в диапазоне 50-85 процентов емкости аккумулятора. В этом случае правильно подобранным зарядным устройством вы восстановите емкость в течении чуть более часа.
- Увеличьте емкость батареи аккумуляторов. Это позволит аккумуляторам не разряжаться больше 50%, даст возможность использовать высокий ток и еще больше сократит время перезарядки.
- Заряжайте аккумулятор до 100% раз в месяц
Установка зарядного устройства
В месте установки корпус зарядного устройства не соединяется ни с отрицательным выходом устройства, ни с отрицательным проводником цепи постоянного тока. Он остается изолирован от отрицательного выхода и подключается к ему в общей точке заземления.
Общая точка заземления – это место, в котором отрицательный проводник цепи постоянного тока, цепи заземления постоянного и переменного тока соединяются между собой.
Задайте вопрос,
и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты
Источник