Литий. Казнить нельзя помиловать.

[grebenshch]

Вероятно вопрос литиевых батарей и их комплектующих систем является наиболее популярным вопросом сегодня в яхтенной электрике. Множество видео и дискуссий в сетях, но за техническими особенностями литиевых батарей стоит основа - энергетический баланс яхты.

Не буду вдаваться в технические подробности заряда литиевых батарей, напомню только несколько базовых моментов. Основным преимуществом, кроме веса самих батарей, является возможность быстрого заряда и разряда такого типа батарей и возможность относительно длительного хранения практически в любой стадии заряженности.

Средняя литиевая батарея может иметь максимальный зарядный ток около 0.5С, т.е. 50% от общей емкости блока батарей, а рабочий объем в Ач практически составляет около 100% емкости, хотя не рекомендуется  разряжать больше 80% для продления срока жизни батарей.

Таким образом, если свинцовые батареи, скажем емкостью 400 Ач имеют рабочую емкость около 40-50% (200 Ач), то литиевая батарея будет достаточна емкостью 200-250 Ач. На графике разряда хорошо видна разница между свинцовой или литиевой батареей, литий держит рабочее напряжение практически до полного разряда.



Основным минусом свинцовых батарей, кроме веса, является неравномерность зарядного тока, который принимается самой батареей в зависимости от степени разряженности батареи. Чем больше уровень заряда батареи, тем меньше зарядный ток, это увеличивает время полного заряда батареи, особенно при небольшом разряде до 70-80%



Для наглядности можно провести аналогию, вы наполняете ведро из крана, по мере наполнения больше половины, вы начинаете постепенно перекрывать кран, таким образом время наполнения будет больше, чем при полностью открытом кране, как в случае с литием.

Ток заряда свинцовых батарей составляет около 0.1С, для приведенного выше примера в 400 Ач, максимальный зарядный ток будет около 40А, поэтому в этом случае, нет особого смысла устанавливать 100А зарядники или навешивать мощные альтернаторы. Другими словами, чтобы использовать мощные источники заряда (панели, альтернаторы, зарядники) надо иметь соответствующую емкость  батарей. Этот эффект "торможения зарядки" определяется внутренним сопротивлением свинцовой батареи. Кроме того сопротивление батареи зависит не только от степени заряда батареи, но и от температуры электролита, т.е. зарядка зимой будет отличаться от зарядки летом.

Рекомендуется примерно раз в неделю обеспечивать 100% заряд, это не составляет проблем при стоянке в марине и подключении берегового питания и зарядного устройства. Однако когда лодка стоит на якоре или на ходу батареи находятся в состоянии недозаряда, а это плохо сказывается на состоянии свинцовых батарей, этого недостатка нет у литиевых батарей.

Другим важным параметром электрической схемы является баланс заряда и расхода энергии, а о нем не всегда вспоминают. Если эмпирически взять суточный расход энергии например в 200 Ач, то свинцовых (400 Ач) и литевых (200Ач) хватит примерно на двое суток. Для поддержания батарей в заряженном состоянии надо обеспечить как минимум такой же суточный заряд в 200Ач. Даже при идеальных условиях солнечной погоды или сильного ветра, 500вт солнечных панелей и ветрогенератор не выдают всей заявленной в теории мощности.

Много факторов влияют на понижение мощности панелей - тип панели, затемнение, возраст, наклон к солнцу, качество контактов и проводов, температура нагрева и вентиляция, да и просто облачность и длительность солнечного дня. В практике можно оценить приходную часть примерно так: 4А х 5 панелей х 5 часов = 100Ач Ветрогенератор 2А х 24 часа = 48Ач (что бывает довольно редко), итого получаем не более 150Ач в сутки, дефицит 50Ач по сравнению с условным суточным расходом 200Ач.

Цифры взяты для примера, на каждой яхте свой баланс энергии и его надо знать каждому владельцу. В течении нескольких ходовых дней этот "дефицит" будет накапливаться и понижать средний уровень заряда батарей. Если для лития это не очень важно, то для свинцовых батарей это существенно влияет на срок их службы, примерно условные 5 лет.

Большой альтернатор или генератор (дизельный или портативный) может несколько исправить общую картину, здесь у лития есть преимущество, он может принимать ток до 100А (при данном примере в 200Ач), т.е. за 30 минут работы дозарядить тот самый суточный дефицит 50Ач, который образовался от солнечных панелей и ветрогенератора. Мощный альтернатор должен быть запрограммирован на литий, иметь внешний регулятор и датчик температуры, в противном случае альтернатор может быстро сгореть от перегрева. Но к сожалению на практике, приходная часть приведенного примера еще меньше, поэтому можно смело считать минимум час дополнительного заряда от генератора.

Со свинцовыми батареями к сожалению все еще хуже, по причине указанной выше, они просто не могут принимать большой зарядный ток, который ограничен в 0.1С (в нашем примере 40А) и он понижается по мере зарядки батарей ближе к 80-90%, поэтому несколько часов работы генератора гарантировано.

Что делать и какой оптимальный вариант ? Если у вас стоит система со свинцовыми батареями, то единственным вариантом это уменьшать потребление и иметь несколько возможных источников энергии, это зависит от размера лодки и бюджета. Если вы оборудуете лодку с нуля или решили заменить всю электросистему, то конечно есть смысл установить литий и соответствующие зарядники, регуляторы или генератор, который будет обеспечивать максимально быстрый заряд батарей установленной емкости.

Солнечные панели и ветрогенераторы это все хорошо при идеальных "электрических условиях", но все рушится как только несколько дней просто пасмурно, идет дождь или нет ветра. Если катамараны имеют возможность обложиться большим количеством панелей, что не улучшает их и так угловатый вид и парусные характеристики, то яхта просто не имеет таких возможностей.

Исходя из многих параметров: сложность системы, дороговизна, надежность, функциональность и т.д., у "круизеров-дальнобойщиков" сейчас становится популярным  другой подход к теме. Устанавливают большой банк литиевых батарей, скажем 800+Ач и дизельный DC генератор 4кВт 12/24V с регулятором оборотов. В такой конфигурации запускать генератор потребуется один раз в 4-5 дней на несколько часов, в зависимости от дневного разряда. Стоимость генератора соизмерима со стоимостью установки арок, панелей и регуляторов и т.д.



Думаю следующий шаг развития будет замена основного двигателя на генератор, электромотор и литий, но пока тесты идут в направлении отказа от топливного двигателя вообще, а дизель-электрическая схема реализована только на больших судах, буксирах и ледоколах.

Счастливого плавания!

Александр Морозов