Tema: Kako pravilno priključimo litijeve baterije na plovilo

RumenoeNavtikapred 32 dnevi
Litijeve baterije so postale priljubljena izbira za napajanje porabnikov na plovilih zaradi svoje visoke energetske gostote, dolge življenjske dobe in majhne teže. Vendar pa je njihovo pravilno priključitev ključnega pomena za varno in učinkovito delovanje. Zamenjava svinčene tehnologije baterij za tehnološko napredne litijeve baterije ne pomeni le odstraniti svinčene baterije in priključiti litijeve. Litijeve baterije so drugačne, zato moramo zamenjavo izvesti pravilno. Lastnosti litijevih baterij Že nekaj let so na trgu prisotne litijeve baterije s tehnologijo LiFePO4 (Litij-železo-fosfat). So le ena izmed litij-ionskih tehnologij, ki pa so se izkazale za najprimernejše za uporabo kot servisne baterije na plovilih, avtodomih, solarnih elektrarnah in tudi za pogon različnih vozil. Njihova prednost pred svinčenimi baterijami so: visoka gostota električne energije, nizka upornost, možnosti hitrega polnjenja majhna teža konstantna napetost veliko število globokih praznjenj (tudi preko 4000 praznjen pod 20 %) dolga življenjska doba več kot 10 let (do 15.000 praznjenje) In še bi lahko naštevali. Seveda pa te nove lastnosti povzročijo določene težave pri zamenjavi tehnologij. Pri uporabi na plovilih sta dve bistveni lastnosti baterij, na kateri moramo biti pozorni. Nizka notranja upornost Nizka notranja upornost litijevih baterij omogoča zelo visoke učinkovitosti pri polnjenju baterij. Izgube so manjše od 5 %. Za razliko imajo svinčene baterije visoko notranjo upornost in izgube pri polnjenju lahko dosežejo tudi 30 %. Če bi na plovilu pridobivali elektriko s pomočjo solarnih panelov in bi v enem dnevu proizvedli 100 Ah, bi v litijevo baterijo shranili preko 95 Ah. Če bi polnili svinčen akumulator, pa bi shranili zgolj 70–75 Ah. Zaradi nizke notranje upornosti litijeve baterije omogočajo hitro polnjenje. Svinčeni akumulatorji se lahko polnijo s tokom, ki je ekvivalenten 12–15 % kapacitete baterije (100 Ah akumulator je priporočljivo polniti s tokom 15 A). Za razliko lahko litijevo baterijo polnimo s tokom, ki dosega 1C (100 Ah baterijo lahko polnimo s tokom 100A in jo napolnimo v eni uri). Polnilni tok litijevih baterij je omejen z BMS. Baterije s kapacitetami 100–150 Ah imajo vgrajen BMS z močjo 100 A, večje s kapaciteto 150–460 Ah pa 200 A. Tehnični podati se razlikujejo od proizvajalca do proizvajalca. Problem nizke notranje upornosti Nizka notranja upornost pa s seboj prinaša tudi težavo. Če imamo baterijo vgrajeno v plovilo ali vozilo in jo polnimo s pomočjo alternatorja, lahko zaradi nizke notranje upornosti prihaja do pregrevanja alternatorja. Če bi alternator direktno priključili na litijevo baterijo in motor pustili teči na nizkih obratih dlje časa (dovolj je že 1h), se ta ne bi dovolj hladil. Prišlo bi lahko do pregrevanja. Alternator bi se poškodoval ali celo zagorel. Visoka napetost litijevih baterij Litijeve baterije so zgrjene iz litijevih celic, katerih nominalna napetost je 3,2 V. V vsaki bateriji z napetostjo 12,8 V so vgrajene štiri zaporedno vezane celice. Nominalna napetost baterij je tako 12,8 V. Toda, ko je litijeva baterija povsem polna, napetost na celicah naraste na 3,375 V, kar pomeni, da ima polna litijeva baterija napetost 13,45 V–13,5 V. Običajni polnilci, namenjeni polnjenju svinčenih akumulatorjev, bi zato polnili litijevo baterijo le do napetosti 13,20 V, nato pa bi se vključil program vzdrževanja (float) in polnjenje baterije bi se prenehalo. Pri napetosti 13,20 V bi bila litijeva baterija napolnjena le do 60 %. Konstantna napetost baterij Litijeve baterije imajo zelo konstantno napetost. Povsem napolnjene (100 % kapacitete) imajo napetost 13,4–13,5 V. Ko jih izpraznimo (5 % kapacitete), je napetost še vedno več kot 12 V. Če s praznjenjem nadaljujemo proti 0 %, bo napetost padla na 10 V. Takrat bo BMS (Battery Management System) – kontrolni element baterije, baterijo izključil in nadaljnje praznjenje ne bo več možno. Baterijo bo treba najprej napolniti na vsaj 12 V in jo bomo lahko ponovno praznili. Napetosti litijevih baterij glede na kapaciteto % 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 V 10,00 12,22 12,7 12,74 12,84 12,91 12,97 13 13,03 13,04 13,06 % 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 V 13,06 13,08 13,1 13,12 13,16 13,2 13,21 13 13,23 13,27 * Napetost so merjene pri toku praznjenja 20A (Bateriji s kapaciteto 100 Ah - 1280 Wh) ** podatki se lahko razlikujejo glede na proizvajalca SLIKA 2: - graf napetosti Kaj to pomeni za porabnike Kar se tiče porabnikov, ki jih uporabljamo na plovilih ali avtodomih, višja napetost polne litijeve baterije ne predstavlja nobenega problema. Vsi so prilagojeni napetostim do 14,4 V. Ker pa bo baterija vse do svoje izpraznjenosti (5 %) imela napetost 12 V, se hladilniki, avtoradii in podobne naprave, ki imajo zaščito pred prevelikim izpraznjenjem baterije in se izklapljajo pri napetosti 11,5 V, ne bodo več izključili. Izključila se bo baterija in nevarnosti za njeno poškodbo zaradi prevelikega izpraznjenja ne bo. Rešitev problema Na plovilo je treba vgraditi DC-DC konverter. To je naprava, ki bo poskrbela, da ne boste preobremenili alternatorja in litijevo baterijo napolnili do 100 %. Na trgu je možno dobiti enostavne DC-DC konverterje, ki delujejo, ko prižgemo motor in pametne konverterje, ki delujejo avtomatsko, kot so TBB, Renogy … Ti konverterji omogočajo polnjenje litijeve baterije, ko prižgemo motor ali pa smo priključeni na zunanji vir napetosti (220 V) in polnimo s pomočjo polnilca baterij. Polnjenje poteka preko startne baterije, ko je ta napolnjena. Nekateri modeli navedenih proizvajalcev imajo vgrajene tudi MPPT regulatorje polnjenja baterij s pomočjo solarnih panelov. Priklop sistema SLIKA 2 – priklop DC-DC konverterja Kaj potrebujemo Kabel debeline 25 mm 2 ali 35 mm 2 (rdeč, črn) Kabelski čevelj za kable debeline 25 oziroma 35 mm 2 Klešče za stiskanje kabelskih čevljev Ohišja za varovalke Varovalke primerne moči (DC-DC 30 A uporabite varovalke 45 A) Debelina kablov Če boste uporabili konverter s polnilnim tokom 30 A, bo zadostoval kabel debeline 25 mm 2 . Če bo dolžina kablov več kot 2 m, raje uporabite kable debeline 35 mm 2 . Če boste namestili DC-DC konverter večje moči (45 A, 50 A ali 60 A), potem uporabite kable debeline 35 mm 2 . Vestni red priklopa Preberite navodila proizvajalca DC-DC konverterja Povežite negativni pol (-) DC-DC konverterja z negativnim polom baterij (črn kabel) Povežite pozitivni pol (+) servisne baterije z izhodom na DC-DC konverterju (rdeč kabel). Povežite pozitivni pol (+) startne baterije z vhodom na DC-DC konverterju (rdeč kabel) Če ima konverter temperaturni senzor, ga priključite na odgovarjajoč kontakt Če DC-DC konverter ni pameten konverter, priključite (IGN) povezavo Pred testom sistema preverite, ali so vse povezave pravilne