Как правильно подключать аккумуляторы с системой бмс

Как подключить BMS плату?

Главное преимущество современной аккумуляторной батареи (АКБ) – высокая плотность энергии на единицу массы – сопровождается недостатками, которые нужно компенсировать. Речь идет о перезаряде и глубоком разряде. АКБ не потерпит подобного обращения и отреагирует выходом из строя. BMS (Battery Management System) плата, устройство, которое следит за параметрами аккумулятора, управляет зарядкой и коммутирует нагрузку.

Функциональные возможности BMS платы.

• Защита по току. При коротком замыкании или подключении потребителя с избыточной энергоемкостью контроллер автоматически размыкает цепь (отключает нагрузку).
• Защита по напряжению. Контроллер измеряет его значение на каждой банке. Он не дает подключить нагрузку при низком напряжении и автоматически отключает зарядку при достижении максимального значения.
• Защита по температуре. Терморезистор отключает нагрузку и не допускает перегрева АКБ.
• Балансировка. Эта функция компенсирует разницу в емкости отдельных батарей, не допускает их перезаряда или недостаточной зарядки.

Перечисленные функции встречаются в BMS платах в различных комбинациях. Многие производители предлагают АКБ с интегрированной системой управления. Также существуют отдельные модули BMS, которые можно подключить к обычному аккумулятору без защиты.

Подготовка аккумулятора к установке BMS платы.

Перед подключением BMS платы важно правильно коммутировать (собрать) ячейки аккумулятора в аккумуляторный блок.

Между ячейками аккумулятора при последовательной сборке ОБЯЗАТЕЛЬНО необходимо поставить изолирующие прокладки, лучшим вариантом для изолирующих прокладок служит стеклотекстолит толщиной 0,5 миллиметров.

1. Параллельное соединение ячеек аккумулятора.
При параллельном соединении ячеек аккумулятора мы увеличиваем емкость аккумулятора, например: у нас есть 4 аккумулятора 3,2V 25Ah, соединив данные аккумуляторы параллельно мы получим 3,2V 100Ah. При параллельном соединении аккумуляторов изолирующие прокладки между ними можно не устанавливать.

2. Последовательное соединение ячеек аккумулятора.
При последовательном соединении ячеек аккумулятора мы увеличиваем напряжение (вольтаж) аккумулятора, например: у нас есть 4 аккумулятора 3,2V 25Ah, соединив данные аккумуляторы последовательно мы получим 12V 25Ah. При последовательном соединении аккумуляторов изолирующие прокладки между ними устанавливать ОБЯЗАТЕЛЬНО.

3. Параллельно-последовательное соединение ячеек аккумулятора.
При данном способе сборки, первым этапом ячейки соединяются параллельно, затем параллельные сборки соединяются последовательно. Для BMS платы, параллельная сборка считается одной единой ячейкой аккумулятора.

Инструкция по подключению симметричной BMS платы.

При подключении BMS платы необходимо соблюдать последовательность операций:

Первым этапом необходимо подключить балансировочный шлейф, для этого, берем черный тонкий провод, соединяющего «B-» балансировочного шлейфа, подсоединяется к минусовой «-» клемме первой ячейки аккумуляторной сборки, далее берем следующий тонкий провод (на схеме обозначен красным цветом) балансировочного шлейфа и подсоединяем к положительной «+» клемме первой ячейки. Далее необходимо в строгой последовательности подключить остальные провода (на схеме обозначен красным цветом) балансировочного шлейфа к положительным клеммам каждой ячейки аккумуляторной сборки. Очень ВАЖНО подключить шлейф в строгой последовательности от черного провода до последнего красного провода, перед установкой шлейфа в гнездо проверьте последовательность подключения проводов балансировочного шлейфа.

После подключения балансировочного шлейфа к ячейкам аккумулятора не спешите устанавливать разъем в BMS плату. Проверьте напряжение на клеммах разъема (минус мультиметра на черный провод балансировочного шлейфа, плюс на красный).

После проверки последовательности соединения и напряжения на балансировочном шлейфе, установите разъем в гнездо BMS платы.

Силовой провод «B-» подключите к минусовой клемме первой ячейки (на данной клемме ячейки установлен черный провод балансировочного шлейфа). Черный силовой провод «P-» идет на потребитель и зарядное устройство, является минусом аккумулятора.

Положительный полюс аккумулятора необходимо подключить к плюсовой клемме последней ячейки аккумуляторной сборки и пустить ее напрямую на потребитель и зарядное устройство.

После того, как подключение BMS платы завершено, необходимо проверить напряжение аккумулятора на клеммах, крайний минус «-» и крайний плюс «+» сборки ячеек, затем напряжение через BMS, провод «P-» и крайний плюс «+» сборки. В случае если напряжение отличается, проверьте последовательность подключения.

После сборки аккумулятора необходимо протестировать его в работе.

Первым этапом необходимо полностью зарядить аккумулятор и по окончании заряда, проверить напряжение отсечки BMS платы по верхнему порогу напряжения по каждой ячейки, т. е. BMS должна отключать зарядное устройство, как только на одной из ячеек напряжение достигнет верхнего порога, затем, через короткий промежуток времени вновь включать. Данную проверку необходимо сделать на всех ячейках аккумуляторной сборки, до полной балансировки аккумулятора.

Вторым этапом необходимо под контролем полностью разрядить аккумулятор и проверить напряжение отсечки по нижнему порогу BMS платы.

На этом этап сборки аккумулятора и подключения BMS платы можно считать законченным и, если не требуется подключение дополнительного оборудования, аккумуляторную сборку можно упаковывать в защитный корпус. В случае, если корпус аккумулятора металлический, предварительно необходимо изолировать аккумулятор, например, обложить листами стеклотекстолита.

Как подключить плату BMS

Категории: Статьи Тарас Прокопенко

Наше время можно по праву назвать эрой Li-ion батарей, ведь сегодня редкий современный гаджет обходится без их использования. Они встречаются практически везде: от наручных часов и смартфонов до электромобилей и большой грузовой техники. Именно поэтому каждому из нас необходимо знать не только принципы и основы функционирования таких аккумуляторов, но и их слабые места. Это нужно, чтобы предупредить или вовремя предотвратить поломку столь важного элемента конструкции, а также, чтобы эксплуатировать устройство в “функционально комфортном” для него режиме.

Что такое BMS плата и зачем она нужна?

Одним из основных и наиболее распространенных приспособлений для защиты АКБ является BMS плата. Данная аббревиатура расшифровывается как Battery Management System, по факту являясь системой управления батареей, которая предназначена для ее защиты, а также продления срока эксплуатации. Принцип работы этой “штуковины” основан на мультифакторной защите элемента питания. Создавая комфортный диапазон рабочих нагрузок и температуры, BMS плата защищает от:

• критически малого или чрезмерно высокого напряжения, отключая питание при достижении верхнего порога и препятствуя расходу заряда при приближении к нижним значениям;
• превышения допустимого тока или короткого замыкания (так называемая токовая защита);
• перегрева, ведь наличествующие на плате терморезисторы немедленно блокируют подачу питания при достижении критических для устройства показателей температуры;
• дисбаланса между элементами системы, выравнивая уровни заряда при помощи балансировочного шлейфа.

Подготовка “системы” к подключению БМС контроллера

Перед тем как подключать BMS плату, нужно правильно собрать АКБ, объединив отдельные элементы питания в единую корректно функционирующую систему. В зависимости от желаемых характеристик будущей батареи, а также от особенностей отдельных ее элементов, схема соединения их будет варьироваться. Например, для суммации емкости разумным решением будет соединить ячейки параллельно. Для увеличения же напряжения, напротив — нужно подключать их последовательно. На практике же обычно используется параллельно-последовательное соединение, когда несколько “банок” соединяют между собой параллельно, а затем полученные блоки замыкают последовательно, достигая необходимых величин напряжения. Помните, что не стоит забывать об изоляции, размещая соответствующий слой между элементами при их последовательной сборке.
Отличным примером является популярная схема 9S4P, которая состоит из девяти последовательно соединенных блоков, каждый из которых имеет внутри по 4 батареи.

Схема подключения балансировочной платы

Для подсоединения BMS платы к АКБ обычно используют два основных типа проводов: тонкие и толстые. Тонкие — балансировочные провода, они предназначены для перераспределения нагрузки внутри системы. Толстые же провода являются “силовыми”, они нужны для подключения непосредственно зарядного устройства и обычно обозначаются буквами B, C и P.
Зачастую производители кладут толстые провода в комплекте, не соединив их с платой. В таком случае необходимо будет припаять их самому. Для этого нужно один конец толстого провода припаять к B-колодке BMS, а другой конец подключить непосредственно к АКБ. Эта нехитрая манипуляция позволит присоединить балансировочную плату к полю минус (-) на батарее.
После этого следует перейти к подключению тонких балансировочных проводов. В случае, если их на один больше, чем последовательных ячеек, первый провод необходимо соединить с минусом (-) первой параллельной системы. Далее необходимо поочередно соединить концы следующих тонких проводов с плюсовыми (+) терминалами параллельных групп АКБ. В случае же, когда число тонких проводов соответствует количеству последовательных звеньев цепи, то все балансировочные провода необходимо соединять с “плюсами” батарей.
Далее необходимо подключить оставшиеся толстые провода. Обеспечивающий минусовое разрядное соединение провод Р обычно ведет к контроллеру или какому-либо другому устройству, которое подключено к питанию. Ошибиться в этом месте довольно сложно. И в конце необходимо подключить последний толстый провод С, который отвечает за коннект с зарядкой, а также провода (+) заряда и разряда прямо к (+) терминалу замыкающей группы батарей.

Этапы подключения BMS контроллера

Чтобы правильно подсоединить плату симметричной конфигурации к АКБ, необходимо соблюдать четкую последовательность действий. Такая этапность позволит соединить все необходимые части и быть уверенным в корректной работе будущей системы.

1. Первым делом необходимо подключить балансировочный шлейф. Для этого необходимо соединить черный провод, исходящий из точки “В-” шлейфа с минус (-) клеммой первого элемента сборки. После этого нужно соединить оставшиеся балансировочные провода, исходящие из шлейфа, с плюсовыми (+) концами каждого из оставшихся элементов.
2. После этого необходимо совершить контроль последовательности присоединения проводов.
3. Следующим шагом необходимо узнать напряжение на клеммах разъема, измерив его при помощи мультиметра. Для этого нужно просто настроить прибор на соответствующий режим и поместить минусовой щуп прибора на черный балансировочный провод, а плюсовой — на красный.
4. Далее нужно поместить разъем в гнездо BMS модуля.
5. После этого необходимо соединить балансировочный провод “В-” с минусовой (-) клеммой первого элемента системы. Обратите внимание, что силовой провод “Р-” в данном случае является минусом (-) АКБ и идет на зарядку или потребляющее оборудование.
6. 6. Потом нужно разобраться с плюсовым (+) полюсом батареи. Его необходимо соединить с одноименно заряженной клеммой последней ячейки системы. Вывести на потребляющее устройство и ЗУ.
7. 7. И в конце нужно произвести необходимые измерения, проверив напряжение на клеммах, напряжение через BMS, провод «Р-» и крайний плюсовой полюс. В случае, если напряжение будет отличаться, необходимо проверить последовательность соединения.

Вот и все, на этом подключение балансировочной платы можно считать оконченным и переходить к ее тестированию.

Как протестировать подключенную BMS плату

Первым делом систему нужно подключить к питанию и полностью зарядить аккум. После того, как это будет выполнено, необходимо измерить напряжение отсечки БМС по верхнему пределу на каждом элементе питания. Балансировочная плата должна отключать зарядное устройство сразу же, как только хотя бы на одной батарее из системы напряжение приблизится к верхним пороговым значениям. Спустя некоторое время плата должна снова включить зарядку обратно. В этот промежуток будет происходить балансировка заряда между ячейками АКБ с целью предупреждения их перезарядки. В процессе данной проверки необходимо протестировать все “банки”, добившись полной балансировки заряда для каждой из них.
Следующий этап тестирования системы производится в условиях разрядки аккумуляторного блока. Необходимо разрядить батарею и проверить напряжение отсечки по нижней границе. Если этот этап тестирования успешно завершен, то готовую систему снабжают прочным защитным корпусом, помещая ее внутрь, и продолжают использовать устройство по назначению.

Где купить защитный BMS модуль в Украине?

Разумеется в “GSM-Комплект”! Широкий ассортимент нашего интернет-магазина позволит вам с легкостью найти необходимую бмс плату с никелевыми пластинами или без в зависимости от ваших потребностей. А быстрая доставка по Украине позволит вам получить желаемый товар в кратчайшие сроки. Поэтому, если вам нужно купить защитный модуль для вашего аккумулятора в Украине — Вы уже оказались там, где нужно! Просто выбирайте необходимый товар, оформляйте заказ и ожидайте прибытия посылки уже в ближайшие дни.

Похожие сообщения

Как правильно заряжать свой смартфон: мифы и реальность
Опубликовано: 2023-08-23 | Категории: Статьи

Роль аккумулятора в нормальной работе смартфона Смартфон незаметно стал неотъемлемой частью нашей жизни и нас самих. Благодаря этому маленькому гаджету, мы чрезвычайно интегрированы в окружающий [. ] Подробнее

Частые проблемы с аккумуляторами смартфонов и их решения
Опубликовано: 2023-08-23 | Категории: Статьи

Роль аккумулятора в корректной работе смартфона Мобильная связь радикально изменила нашу жизнь. Смартфон стал неотъемлемой составляющей действительности каждого современного человека. Доступност [. ] Подробнее

Типы аккумуляторов для смартфонов: преимущества и недостатки
Опубликовано: 2023-08-23 | Категории: Статьи

Какую роль играет аккумулятор в корректной работе мобильного устройства? Смартфоны уже давно стали неотъемлемым атрибутом сегодняшней жизни. Современный человек практически постоянно находится н [. ] Подробнее

Основные типы дисплеев для смартфонов: OLED, LCD, AMOLED
Опубликовано: 2023-08-23 | Категории: Статьи

Основные типы дисплеев, используемых при производстве смартфонов. Собираясь приобрести электронное устройство, покупатель изучает его технические характеристики. В отношении смартфона это объем [. ] Подробнее

. Изменения в графике работы на завтра, 24 августа (четверг):
Опубликовано: 2023-08-23 | Категории: Новости

Обращаем Ваше внимание! Изменения по времени работы магазина и точек Подробнее

Сравнение производителей аккумуляторов для смартфонов
Опубликовано: 2023-08-18 | Категории: Статьи

Причины замены аккумулятора Мы уже не мыслим своей сегодняшней жизни без всех удобств, которые обеспечивают мобильные устройства. А бесперебойная их работа критически зависит от постоянного прит [. ] Подробнее

Как пользоваться макетной платой с пайкой?
Опубликовано: 2023-06-28 | 2 комментраиев | Категории: Статьи

Беспаечные макетные платыС чего начать? Если вы начинающий электронщик и интересуетесь тонкостями удивительного процесса создания рабочей схемы, то скорей всего, задаетесь вопросом: как прав [. ] Подробнее

Как выбрать преобразователь DC/DC?
Опубликовано: 2023-06-27 | Категории: Статьи

Что такое преобразователь DC/DC? Основные функции Речь идет об электронном устройстве, способном преобразовывать напряжение постоянного тока с одного уровня на другой. Устройство состоит из н [. ] Подробнее

Как правильно выбрать Wi-Fi-роутер?
Опубликовано: 2023-06-21 | Категории: Статьи

Беспроводные технологии существенно упростили жизнь современного человека. Они обеспечивают доступ к интернету без использования проводов. Wi-Fi — вид такой технологии, с которым мы сталкиваемся [. ] Подробнее

• Запчасти для планшетов
• Запчасти iPhone
• Зарядные устройства
• Защитные стекла для телефонов
• Защитные стекла и пленки для планшетов
• Чехлы для телефонов
• Комплектующие и запчасти для ноутбуков
• Мультиметры
• Осциллографы
• Кримперы — клещи для обжима витой пары
• Паяльники
• Защитные пленки для телефонов
• Термовоздушные паяльные станции
• Ультразвуковые ванны
• Аккумуляторы для мобильных телефонов
• Камеры для мобильных телефонов
• Шлейфы для мобильных телефонов
• Динамики для мобильных телефонов
• Корпусы для мобильных телефонов
• Тачскрин, сенсор и сенсорные экраны для мобильных телефонов
• Дисплеи для мобильных телефонов
• Микрофоны для мобильных телефонов

• Акционные товары
• ПУБЛИЧНИЙ ДОГОВОР
• Гарантиии на сайте GSM-КОМПЛЕКТ
• Контакты
• Оплата и доставка
• FAQ — ответы на частые вопросы
• Как получить скидку
• Карта сайта
• Скачать прайс-лист
• Карта сайта товары
• Карта сайта по городам
• Карта сайта по моделям
• Все бренды

Заряжаем аккумулятор LiFePO4 правильно

LiFePO4 – это разновидность литиевых аккумуляторов, в которых положительным электродом выступает феррофосфат лития, а анодом – графит. Их преимущества перед свинцово-кислотными моделями состоят в большей удельной емкости и продолжительном сроке службы.
Заряжать аккумуляторы LiFePO4 следует постоянным током, постоянным напряжением или комбинировать оба этих метода. При двухступенчатой зарядке напряжение следует повысить до 14,4-14,6 Вольт при помощи постоянного тока, после чего насыщение аккумулятора будет происходить при постоянном напряжении. После одного этапа зарядки аккумулятор набирает около 90-95% емкости, а после двух – 100%.

Когда заряжать батарею LiFePO4?

Если аккумулятор разрядился не полностью, то подзаряжать его необязательно. В LiFePO4 отсутствует сульфатация, которая уменьшает емкость частично заряженных свинцово-кислотных аккумуляторов. Но если система управления отсоединяет аккумулятор от нагрузки из-за падения напряжения, то лучше немедленно подзарядить его.

Рекомендации по температурному режиму

Зарядное устройство способно контролировать температуру батареи. Процесс зарядки должен происходить при температурах от 0 до 40 градусов. Нужно помнить, что при отрицательной температуре зарядный ток следует снизить на 5-10% от емкости батареи. Перегрев аккумулятора не допускает система управления, но температуру может контролировать и зарядное устройство, оснащенное соответствующим датчиком: оно автоматически снижает напряжение при нагреве батареи до 20 градусов и отключается, если ее температура достигает 55 градусов. Таким образом, зарядка дублирует функционал платы BMS и повышает уровень защиты.

Параллельное и последовательное соединение батарей

Важно, чтобы напряжение последовательно или параллельно соединяемых аккумуляторов совпадало. Разница не должна превышать 50мВ (точное значение отмечает производитель аккумулятора). Одинаковое напряжение уменьшает вероятность возникновения дисбаланса в процессе эксплуатации. Если напряжения будут отличаться более, чем на 50 мВ, то перед соединением, батареи следует зарядить по отдельности при помощи одного зарядного устройства, а через несколько часов проверить их состояние.

Соотношение напряжения зарядки и емкости LiFePO4

Если использовать зарядное устройство с более низким напряжением, чем требует аккумулятор, то подзарядить его не получится. При более высоком напряжении ионы покинут катод и будут внедряться в кристаллическую структуру анода. Процесс осуществляется под воздействием силы, которая вбивает ионы внутрь кристалла. Чем сильнее это воздействие, тем больше ионов проникнет в кристалл, и тем большую нагрузку он испытает. Так, эффективность процесса зарядки зависит от напряжения зарядного устройства.

При понижении порогового напряжения литий-железо-фосфатная батарея заряжается не полностью, что снижает время ее непрерывной работы, но не влияет на срок службы, в отличие от свинцово-килсотных батарей. У пониженного напряжения есть преимущество: снижение стресса аккумулятора во время зарядки. Аккумуляторы LiFePO4 можно безопасно заряжать до 4,2 Вольт. Если использовать более высокое напряжение, то органический электролит разрушается. Несмотря на заявленную стойкость к перезаряду после того, как аккумулятор наберет полную емкость, его следует отключить от источника зарядки. Время подключения к сети заряженного аккумулятора должно быть сведено к минимуму.

Как зарядить батарею от генератора двигателя?

Особенности зарядки литий-железо-фосфатных батарей от генератора двигателя:

— На многих автомобилях и большинстве катеров используются генераторы с постоянным выходным напряжением. Это значит, что во время работы двигателя, батарея находится под повышенным напряжением, что снижает срок его работы.
— На авто с двигателями типа EURO 5/6 напряжение генератора зависит от режима движения и может меняться от 11,5 д 15,5 Вольт. При таком напряжении, аккумулятор LiFePO4 не будет заряжаться, а постоянные колебания напряжения вызовут срабатывание защиты.
— После разрядки, аккумулятор создаст длительную нагрузку на генератор, приближенную к максимальной. Таким образом, генератор будет работать на полной мощности и перегреваться, а при недостаточном напряжении может сгореть.
— Сила тока автомобильного или лодочного генератора может быть выше параметра, допустимого для аккумулятора.
— Если BMS разорвет соединение между аккумулятором и генератором во время работы двигателя, то возникнет скачок напряжения, способный повредить диоды и регулятор генератора. Расположение DC-DC устройства между стартовым и сервисным литиевым аккумулятором поможет устранить эту проблему, защитить генератор и зарядить батарею LiFePO4 в правильном режиме.

Система управления батареей

Литий-железо-фосфатные ячейки могут безопасно функционировать в диапазоне 2-4,2В. По сравнению с прочими типами литиевых элементов, они более устойчивы к напряжению. Но длительное воздействие повышенного вольтажа приводит к накоплению металлического лития на аноде и безвозвратно ухудшает рабочие характеристики элементов питания. Материал катода подвергается окислению и теряет стабильность, а выделяющийся в результате реакции диоксид углерода увеличивает давление в ячейках.

Процесс зарядки может быть приостановлен по сигналу BMS, после чего напряжение с аккумулятора снимается и создается дополнительный уровень защиты. Если в аварийной ситуации BMS выдает нулевое напряжение, используется разъем BMS 1. При высоком положительном напряжении задействуется BMS 2. Вне зависимости от ситуации, зарядка продолжится после того, как будет устранена причина отключения. Система управления ограничивает максимальное напряжение каждого элемента и батареи в целом. Срабатывание защиты происходит, если напряжение ячейки превышает 3,8 Вольт, а общее напряжение LiFePO4: 15,2-15,6 Вольт.

Разряд аккумулятора ниже определенного уровня также недопустим. При напряжении ячейки ниже 2В, материал электродов начинает разрушаться, поэтому минимальное рекомендуемое напряжение для большинства моделей: 10,5-11 Вольт. Система управления позволяет защитить литиевый аккумулятор от перезарядки, чрезмерного заряда и короткого замыкания. Но первым уровнем защиты выступает вовсе не BMS, а зарядное устройство и подключаемое к АКБ оборудование.

Выбираем зарядку для LiFePO4

Полностью заряженный 12-вольтовый аккумулятор LiFePO4 имеет напряжение 13,3-13,4В. Аналогичный параметр в свинцово-кислотной модели будет составлять 12,6 -12,8 Вольт. Если разрядить такое устройство до 80%, то его напряжение изменится всего на 0,5В. Зарядные устройства для свинцово-кислотных и литий-железо-фосфатных моделей имеют одинаковый принцип работы и отличаются только отсутствием стадии кондиционирования, более высоким напряжением на один элемент, а в некоторых случаях – поддерживающей зарядки.

Процесс зарядки свинцово-кислотных батарей включает три-пять стадий, переход между ними осуществляется автоматически, в соответствии с уровнем заряда аккумулятора. Вначале зарядное устройство устанавливает максимально возможный ток, благодаря чему напряжение аккумулятора постепенно увеличивается. Чтобы сохранить силу тока постоянной, зарядное устройство повышает входное напряжение, делая это до тех пор, пока оно не повысится до предельного значения. Дальнейшая зарядка происходит при снижающемся токе и фиксированном напряжении, а при опускании силы тока до 10% от номинального значения, вторая стадия заканчивается. После нее происходит этап кондиционирования и заключительная стадия – поддерживающая зарядка, препятствующая саморазряду аккумулятора, потере емкости и сульфатации.

Свойства зарядных для LiFePO4

Зарядные устройства для литий-железо-фосфатных аккумуляторов используют алгоритм CC / CV: постоянный ток/постоянное напряжение, обеспечивающий быструю зарядку. Зарядка этих батарей происходит по принципу, отличному от зарядки свинцово-кислотных моделей. Например, литиевые аккумуляторы не нуждаются в режиме десульфации электролита и не требуют выравнивания: использование напряжений свыше 15В вызовет срабатывание защиты или повредит железо-фосфатные ячейки.

Дозарядка свинцово-кислотных батарей осуществляется при напряжении аккумулятора 12,7В, и поддерживающем напряжении зарядного устройства 13,3-13,8В. Подключенное к аккумулятору зарядное устройство предотвращает его саморазряд и обеспечивает питание потребителей. При напряжении 12,7В литий-железо-фосфатная модель разряжена на 85-95%, поэтому для них уровень дозарядки выше: 13,1-13,2В. Будучи постоянно подключенными к электросети и батарее, некоторые зарядные устройства проводят «профилактическую» дозарядку свинцово-кислотных аккумуляторов каждые семь дней. Устройствам LiFePO4 такая частая зарядка не нужна, их лучше хранить разряженными наполовину, подзаряжая приблизительно раз в полгода, чтобы избежать безвозвратных потерь емкости.

Перед началом работы современные зарядные устройства определяют текущее сопротивление аккумулятора при помощи коротких импульсов напряжения. Эта информация позволяет определить, с какой стадии нужно начинать зарядку. Поскольку, даже в разряженном состоянии LiFePO4 сохраняет напряжение 13В, некоторые устройства посчитают его почти полностью заряженным и перейдут к поддерживающему этапу. Максимальная продолжительность периода абсорбции свинцово-кислотных моделей составляет 480-600 минут, а у железо-фосфатных она значительно короче: от 480 до 600 минут. Так, если ток в цепи не снизился до номинального значения, установленного в зарядном устройстве: существует утечка на землю или нагрузка, аккумулятор будет находиться подл напряжением 14,4В не полчаса, а 8-10 часов.

Можно ли заряжать LiFePO4 устройством для свинцово-кислотных батарей?

Зарядные устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов можно применять для зарядки LiFePO4, только если:

— Устройство не оснащено автоматическим/неотключаемым режимом выравнивания или десульфтации;
— Напряжение зарядного устройства – не более 14,6В;
— Между этапом абсорбции и поддерживающей зарядкой отсутствует стадия кондиционирования с напряжением 14,0-14,1В.

После того как полная зарядка LiFePO4 от такого устройства закончится, батарею необходимо отключить, чтобы не осуществлялась дозарядка по неподходящему алгоритму. Конечно, специализированная зарядка для LiFePO4 – лучшее решение для сохранения емкости и продления срока службы устройства. Вольтметр не даст точного представления о состоянии литий-железо-фосфатной батарей, определять уровень заряда следует с помощью счетчика амперчасов или батарейного монитора.

LiFePO4 аккумуляторы на яхте

Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP, лифер) — вид литий-ионного аккумулятора, в котором катодная масса состоит из литий-железо-фосфата LiFePO₄).

[1] LiFePO4 Batteries On Boats Автор Род Коллинз (Rod Collins) — сертифицированный ABYC специалист по морским электрическим системам.

[2] http://nordkyndesign.com/electrical-design-for-a-marine-lithium-battery-bank/ Electrical Design For a Marine Lithium Battery Bank Автор Эрик Бретшер (Eric Bretscher), Nordkyn Design.

Включено дополнение с элементарными сведениями об электрических цепях.

Авторы предупреждают, что правильное проектирование, установка и эксплуатация судовой системы с LFP аккумуляторами требует хорошего понимания их особенностей и вообще электротехники. При слепом следовании каким-либо рекомендациям весьма вероятным результатом будет выход из строя дорогих аккумуляторов, а возможно, и другого оборудования.

Решив установить LFP аккумуляторы и провести необходимую модификацию электрической системы, вы действуете на свой страх и риск.

Это тем более справедливо для вторичного материала — данной статьи. Ее задача — не рекомендации, а пояснение особенностей LFP аккумуляторов, что поможет осознанно подойти к выбору конкретных технических решений.

Предварительные пояснения. Кто помнит закон Ома, может пропустить.

Варианты приобретения

• Приобрести у надежного поставщика всю электросистему, включая устройство (устройства) зарядки и управления. Наиболее близки к этому продукты компаний Victron и Mastervolt, выпускающих и батареи, и зарядное оборудование. Это наиболее дорогой вариант.
• Приобрести батареи, рассчитанные на интеграцию в систему (System Integrated Lithium Battery), т.е. имеющие выводы сигнальных цепей для взаимодействия с зарядными и контрольными устройствами. Выпускаются, например, компанией Lithionics.
• Приобрести отдельные LFP ячейки (Drop-In Lithium) и самостоятельно выбрать и настроить другие необходимые устройства. Такие ячейки обычно снабжены встроенными устройствами отключения (BMS, см. ниже), но не имеют сигнальных цепей связи c внешними устройствами. Это самый экономный вариант, но в случае недостаточной квалификации при самостоятельной установке и эксплуатации он чреват быстрым выходом дорогой батареи из строя.

LFP аккумулятор как он есть

Безопасность

Любой аккумулятор потенциально опасен, так как неуправляемый выброс его запаса энергии (например, при механическом разрушении и замыкании пластин) способен привести к пожару, взрыву, разбрызгиванию кислоты или других едких и токсичных веществ.

Известна склонность литий-ионных аккумуляторов (полимерных, кобальтовых) к перегреву и воспламенению. Подобные инциденты происходили в авиации, а также с аккумуляторами телефонов и других гаджетов, что вынуждало производителей проводить массовый отзыв устройств. Погасить загоревшийся литиевый аккумулятор невозможно до полного выгорания, поскольку вода вызывает выделение водорода и усиление горения. Тушение должно быть направлено на изоляцию горящей батареи и предотвращение распространения огня.

LFP является не самым энергоемким, но зато наиболее безопасным типом литий-ионных аккумуляторов, даже более безопасным, чем традиционные свинцово-кислотные. По данным [1], ни один из многочисленных известных случаев выхода LFP из строя не сопровождался взрывом, воспламенением или опасным газовыделением.

Напряжение

Напряжение четырех соединенных последовательно LFP элементов составляет 13,2В, что соответствует полностью заряженной обычной свинцовой аккумуляторной батарее из 6 элементов. Поэтому LFP батареи можно использовать вместо свинцовых с любыми системами и потребителями на номинальное напряжение 12В.

Последовательное соединение 4 LFP элементов обозначают 4S. При необходимости увеличения емкости батареи элементы на каждом уровне последовательного соединения ставят параллельно, например по 2 штуки: 2P4S. Не стоит соединять параллельно полные батарейные сборки, например так: 4S2P. В таком случае полный контроль состояния батареи потребует контроля каждой из 8 ячеек, тогда как при соединении 2P4S надо контролировать только четыре блока 2P.

Стабильность

Характеристика заряда-разряда LFP аккумулятора по сравнению со свинцовым более плоская, с ярко выраженным спадом в начале (глубокий разряд) и ростом при перезаряде. Это означает стабильность рабочего напряжения сети 13,2В независимо от уровня заряда.

* Здесь приведены примеры графиков разряда нескольких LFP элементов при их зарядке до различного напряжения.

Емкость и срок службы

В рабочем цикле LFP батареи можно использовать 80% ее номинальной емкости, при этом срок службы составляет порядка 2000 циклов. Лучшие AGM свинцовые батареи в лабораторных условиях способны выдержать до 400 циклов такого глубокого разряда, но при реальной эксплуатации на судне дело обстоит гораздо хуже.

Обычно свинцовые батареи позволяют эффективно использовать не 80, а всего 30-35% своей номинальной емкости. При зарядке от генератора уровень заряда часто ограничен сверху 80-85%, так как далее заряд становится медленным и продолжение работы двигателя ради дозарядки батарей слишком невыгодно. С другой стороны, разряжать свинцовые батареи более чем на 50% нельзя, так как без немедленной подзарядки это приводит к их быстрому выходу из строя из-за сульфатации пластин. Реальное число циклов до выхода из строя свинцового аккумулятора может не достичь и 150.

Аккумуляторный банк LFP на 400Ач даст в ваше распоряжение рабочую емкость 320Ач. Чтобы получить столько же от свинцовых батарей, банк должен иметь номинальную емкость 900Ач. Весить такой аккумуляторный банк будет примерно в 4 раза больше литиевого.

КПД LFP аккумулятора близок к 100%, т.е. он способен отдать практически всю энергию, полученную при зарядке. Для свинцовых аккумуляторов этот показатель составляет от 70 до 90% (остальная энергия тратится на нагрев и на электролиз воды).

Еще о номинальной емкости

Прямое сравнение этого показателя свинцовых и LFP аккумуляторов не вполне корректно, так как они измеряются по-разному.

Для свинцовых аккумуляторов обычно используется 20-часовой тест 0,05С. Например, номинальная емкость 100Ач означает, что если аккумулятор разряжать током 5А, за 20 часов он отдаст 100Ач, разрядившись до 10,5В. Чем выше нагрузка (разрядный ток), тем меньше энергии способен отдать аккумулятор; при больших токах разница может быть в разы.

LFP батареи испытывают гораздо большим разрядным током, 0,5С или 0,3С, т.е. батарея емкостью 100Ач способна 2 часа отдавать ток 50А. Чтобы узнать реальную емкость вашего аккумуляторного банка, определите ее самостоятельно под нагрузкой, несколько большей, чем средняя для вашей яхты.

Хранение

Если свинцовые аккумуляторы во избежание сульфатации желательно заряжать полностью как можно чаще и хранить в полностью заряженном состоянии, LFP аккумуляторы не нуждаются в полной зарядке, напротив, для увеличения срока службы не следует добиваться 100% заряда; хранить батарею лучше при средних уровнях заряда.

Скорость зарядки

Имеющая низкое внутреннее сопротивление LFP батарея способна не только отдавать большой ток, но и принимать такой же зарядный ток: 0,3-0,5С. В результате LFP аккумулятор можно зарядить гораздо быстрее, чем свинцовый, имеющий в конце процесса зарядки медленную абсорбционную стадию. При относительно маломощном источнике тока (солнечные панели или ветрогенератор) LFP батарея будет заряжена полностью без проявления ограничения тока зарядки. Способность принимать большой зарядный ток имеет и отрицательную сторону: батарея легко может быть перезаряжена и выведена из строя.

Основные причины выхода LFP из строя

1. Перезаряд, при котором происходит необратимый переход катодной массы в оксид лития. Типичные ситуации, когда батарея может быть перезаряжена:
   • Использование зарядного устройства (регулятора, контроллера), выдающего на абсорбционной стадии напряжение выше 14,2В более 30 мин.
   • Поддерживающая зарядка напряжением 13,8В, обычно от солнечных панелей. Мнение, что такое напряжение безопасно для LFP — серьезная ошибка.
   • Разбалансировка последовательно соединенных ячеек. Обычно измеряют только общее напряжение заряжаемой батареи, при этом в случае неправильного подбора или разбалансировки отдельных элементов те из них, которые сохранили больший остаточный заряд, подвергаются перезаряду и выходит из строя.
   • Неправильная настройка BMS (см. ниже).
2. Глубокий разряд, обычно при отсутствии ли неисправности BMS, обеспечивающей отключение при низком напряжении.

BMS — последняя линия обороны

BMS (Battery Management System, система управления батареей) разрывает цепь как в случае глубокого разряда (слишком низкое напряжение), так и в случае перезаряда (превышение HVC, high voltage cut — напряжения отсечки).

В зависимости от конкретной марки и вида батареи HVС составляет 14,2-14,4В. Хорошие системы позволяют настроить напряжение отключения.

При самостоятельном выборе BMS будьте внимательны: такая же аббревиатура используется для систем мониторинга, которые сигнализируют о необходимости вмешательства в работу батареи, но не отключают ее автоматически.

BMS может совмещать эти функции, выдавая перед отключением дополнительный сигнал. Именно такая система с двумя сигналами необходима для построения двухшинной электросистемы только на LFP батареях, при этом оба сигнала используются как управляющие (см. ниже).

BMS должна контролировать напряжение на каждой из ячеек батареи, а не суммарное, только при этом будет обеспечена защита всех ячеек в случае разбалансировки.

Само отключение мощной батареи осуществляет реле, которым управляет BMS. При установке реле на генератор следует отключать цепь питания регулятора напряжения, а не разрывать цепь нагрузки.

Важно отметить, что BMS является страховочной системой и не предназначена для использования в качестве регулятора заряда! Зарядное устройство всегда должно обеспечивать правильный режим работы с напряжением ниже HVC. BMS должна сработать только в аварийном случае, например, при обрыве цепи контроля напряжения или сбое программы управления зарядного устройства.

Иногда BMS снабжают функцией автоматической балансировки: при достижении одной из ячеек батареи повышенного напряжения часть тока отводится от нее или рассеивается в тепло на резисторе. Такая система может быть эффективна лишь при небольших зарядных токах, полагаться на нее не следует. Если возможна настройка BMS, лучше установить такой уровень HVC, чтобы автоматическое шунтирование выпадающей ячейки вообще не происходило. Подобно десульфатации свинцовых батарей, балансировка LFP — операция, требующая внимания и контроля.

Подбор и балансировка ячеек

При последовательном соединении ячеек уровень их заряда должен быть одинаковым, в противном случае отличающаяся от своих соседей ячейка окажется или полностью разряжена, или перезаряжена, несмотря на то, что общее напряжение батареи при этом еще не достигло критического уровня. По этой причине важно иметь возможность контролировать напряжение отдельных ячеек, что особенно важно при больших токах, когда буквально одна лишняя минута зарядки может привести к перезаряду и порче ячейки, имевшей в начале повышенный остаточный заряд.

Для последовательного соединения должны быть подобраны ячейки с как можно более близкой емкостью. В противном случае во избежание разбалансировки остается только обеспечить работу батареи на плоском участке разрядной характеристики любой из ячеек, до начала перегибов, т.е. понизить рабочую емкость батареи.

Подбор ячеек может быть сделан, или, увы, не сделан предприятием-изготовителем. Коллинз отмечает, что в 2009 г. подбор ячеек делался качественно, но с тех пор стал заметно хуже. Если при тестировании ячеек обнаруживается существенное различие, настоятельно рекомендуется потребовать обмена ячейки, выпадающей по емкости.

Начальная балансировка

Эта процедура очень важна для обеспечения долгой работы LFP батареи. Теоретически, работа BMS должна предохранить от выхода из строя и разбалансированную батарею, однако до этого лучше не доводить. Балансировка может быть сделана двумя методами:

— по полному разряду (низкому напряжению, bottom balance): все ячейки батареи полностью разрядятся одновременно.

— по полному заряду (высокому напряжению, top balance): все ячейки батареи зарядятся до 100% одновременно.

Можно использовать любой метод.

Балансировка по разряду

Этот метод обычно применяют для батарей электротранспорта, поскольку он соответствует режиму их эксплуатации: часто возможна сильная разрядка батареи, а зарядка производится только от сети определенным зарядным устройством.

Рис. 1 (Nordkyn Design). Ячейки с отличающейся емкостью, сбалансированные по разряду: при глубоком разряде все будут разряжены одинаково. В процессе зарядки имеющая наименьшую емкость ячейка 2 может быть повреждена перезарядом.

1. Разрядить ячейки током 20-30А до напряжения 2,50В.
2. Выдержать 24 часа при комнатной температуре, при этом напряжение восстановится до 2,75-2,85В.
3. Разрядить ячейки до напряжения 2,65В.
4. Выдержать 6 часов. Если напряжение выше 2,75В, снова разрядить ячейку до 2,65В и повторить выдержку. По мере приближения к заданному напряжению 2,75В уменьшайте нагрузку при разрядке (можно использовать резистор).
5. При стабилизации напряжения всех ячеек на уровне 2,75В балансировка завершена.

Балансировка по заряду

Этот метод ближе к условиям эксплуатации сервисной батареи на лодке: ее стараются поддерживать в более или менее заряженном состоянии, причем используя для этого различные источники тока со своими регуляторами и контроллерами: береговую сеть, генератор на двигателе, солнечные панели и пр. Поэтому здесь более высок риск перезарядки батареи.

Рис. 2 (Nordkyn Design). Ячейки с отличающейся емкостью, сбалансированные по заряду: при зарядке все ячейки одновременно достигают полного заряда. При разрядке имеющая наименьшую емкость ячейка 2 окажется разряжена первой и может быть повреждена полным разрядом. Более темным синим цветом справа показана эффективная емкость ячеек, которую можно использовать без риска повредить батарею.

1. Разъедините ячейки и зарядите каждую из них до напряжения 3,65В. Если в инструкции к вашим аккумуляторам указано более низкое напряжение, например, 3,55В — не превышайте его. Если указано более высокое, например, для Winston 3,80В, тем не менее надежнее ограничиться зарядкой до 3,65В. Этого вполне достаточно для балансировки.
2. Соедините предварительно заряженные ячейки параллельно и проверьте их температуру: не наблюдается ли разогрев какой-либо ячейки. Если все в порядке, оставьте ячейки соединенными на длительное время — несколько дней, а лучше 2-3 недели. Емкость LFP ячеек велика, а разница напряжений и ток между ними будут очень малы, поэтому для выравнивания нужно большое время. При этом ячейки должны находиться при одинаковой комнатной температуре.

Подробнее о зарядке LFP

Внимание, опасность!

С точки зрения системы в целом серьезный недостаток LFP батарей по сравнению со свинцовыми заключается в том, что при перезаряде BMC отключает батарею. Во время зарядки результатом будет авария генератора (сгорят диоды выпрямительного моста), возможна порча и другого зарядного оборудования, не рассчитанного на работу на холостом ходу без нагрузки.

Кроме этого, если к системе подключена и солнечная панель, без нагрузки она может выдать в сеть напряжение 21-22В, способное вывести из строя какие-то электроприборы.

Чтобы устранить эту опасность, схема зарядки должна быть устроена специальным образом, либо с дополнтельной свинцовой батареей, либо с двухсигнальной BMC и отдельными шинами зарядки и распределения. Эти схемы мы рассмотрим ниже.

Только в тепле

LFP аккумуляторы способны принимать заряд только при температуре выше нуля. Зарядка при отрицательных температурах выводит их из строя. Kомпания Winston заявила, что аккумуляторы ее производства с добавкой иттрия можно заряжать при отрицательных температурах, но подтверждений при независимых испытаниях или от научных организаций пока не имеется.

Наследие свинца

Типичные зарядные устройства при повышении напряжения до некоторого уровня переходят из режима постоянного зарядного тока (основная стадия) в режим постоянного напряжения (абсорбционная стадия) с уменьшающимся током.

Для зарядки LFP это напряжение перехода не должно превышать 14,2В (3,55В на ячейку), еще безопаснее ограничиться напряжением 14В (3,5В на ячейку). В судовой системе нет никакой необходимости использовать быстрый заряд большим током при напряжении выше 14В.

Без нагрузки через несколько часов после прекращения зарядки напряжение полностью заряженной батареи установится на уровне 13,2В (3,40В на ячейку).

В режиме заряда гелевых свинцовых батарей, когда на абсорбционную стадию заряда отводится 4 часа при постоянном напряжении 14,1В быстро принимающая заряд LFP батарея будет перезаряжена и выведена из строя еще до того, как напряжение достигнет 14,1В.

По привычке работы со свинцовыми батареями многие считают пониженное напряжение зарядки 13,6В совершенно безопасным, но и это не так. За достаточное время полный заряд LFP достигается уже при этом напряжении (3,4В на ячейку). Устройство для зарядки свинцовых батарей, настроенное на такое напряжение поддерживающего заряда, может вывести из строя LFP батарею.

Не верьте инструкции!

Большинство выпускаемых разными компаниями зарядных устройств, контроллеров солнечных панелей и регуляторов для генераторов имеют довольно простую логику управления и непригодны для зарядки LFP батарей. Тем не менее производители, не имеющие ни научной базы, ни практического опыта работы с LFP, заявляют о наличии в своих изделиях режима зарядки «для лития».

Подобные зарядные устройства способны сразу вывести из строя дорогостоящие LFP батареи. Например, режим зарядки «литий» устройств ProMariner и Sterling Power подходит только для свинцовых батарей: они выдают 14,6В на абсорбционной стадии и затем неограниченно длительно 14,4В поддерживающего заряда.

В типичных зарядных устройствах для свинцовых батарей длительность абсорбционной стадии зарядки с постоянным напряжением прямо пропорциональна длительности основной стадии. Чем больше емкость батареи и время основного заряда, тем дольше идет и абсорбционный.

Не верьте на слово руководствам к зарядным устройствам китайского производства! Если китайская компания утверждает, что ее зарядное устройство безопасно зарядит LFP при напряжении 14,4-14,6В, вы можете подумать, что после достижения полного заряда ток автоматически тут же будет отключен.

На самом деле батарея будет оставлена под напряжением 14,6В еще на ЧЕТЫРЕ ЧАСА, как свинцовая, требующая абсорбционной дозарядки.

В [1] упомянут случай, когда зарядкой при таком напряжении была испорчена система Mastervolt стоимостью 10000$ c ячейками Winston/Thundersky отнюдь не китайского происхождения.

Рекомендуется провести самостоятельное исследование работы своего зарядного устройства, чтобы быть уверенным в его характеристиках и логике работы. Если вы не имеете квалификации инженера-электрика, во всяком случае безопаснее будет ограничить напряжение зарядки на уровне 13,8-14В, что несколько замедлит ее скорость.

Не специализированные зарядные устройства также пригодны для зарядки LFP, но только не в режиме Lithium, а в настраиваемом режиме Custom с установкой пониженного напряжения и при условии отключения зарядки вручную. Для программируемых зарядных устройств следует отключить как абсорбционную стадию зарядки (установив для нее нулевую длительность), так и поддерживающий заряд.

Поддерживающий заряд не нужен

LFP аккумуляторы не нуждаются в поддерживающем заряде малым током, который проводят зарядные устройства для свинцовых аккумуляторов. После достижения полного заряда ток должен быть отключен. Бытует мнение, что поддерживающий заряд при напряжении 13,4В (3,35В на ячейку) не вредит LFP аккумуляторам.

Если это и так, смысла в нем нет: в отличие от свинцовых батарей, оптимальный для долгой службы уровень заряда LFP (в т.ч. при хранении) составляет 40-60%. Постоянное поддержание заряда на уровне 95-100% приводит к потере емкости аккумуляторов примерно на 10% за год.

Зарядка от генератора

При выборе генератора учтите, что LFP батарея создает значительно большую нагрузку на генератор, чем свинцовая. Все время заряда генератор должен будет отдавать максимальный рабочий ток, поскольку LFP батарея с ее малым внутренним сопротивлением и плоской зарядной характеристикой не вызовет ограничение тока и переход к режиму зарядки при постоянном напряжении. Проработав больше трех часов с полной нагрузкой в жаре моторного отсека, большинство генераторов выйдет из строя — как минимум, тут нужно принудительное охлаждение диодов отдельным вентилятором.

Рекомендуется использовать генераторы, имеющие запас мощности и рассчитанные на длительную работу при большой нагрузе. Выдерживать такой режим должна вся система, в частности, и ременная передача.

Некоторые генераторы имеют термокомпенсацию, автоматически понижающую ток и напряжение при перегреве генератора. Звучит неплохо, но при срабатывании термокомпнсации напряжение может упасть ниже уровня, необходимого для зарядки батареи.

Настройка регулятора напряжения

Установите напряжения основного (BULK), абсорбцонного (ABSORB) и поддерживающего (FLOAT) заряда так, чтобы заряжать LFP батарею. Для поддерживающего заряда выберите минимальное значение. чтобы зарядка была фактически вообще отключена.

Для регуляторов Balmer войдите в меню настройки custom programming и установите напряжения сначала FLOAT, затем ABSORB и последним BULK. Напряжение ABSORB должно быть больше BULK хотя бы на 0,1В, задать равные напряжения этих стадий регулятор не даст. Коллинз использует следующие значения: BULK = 13.8В, ABSORB = 13.9В, FLOAT/OFF = 13.2В

Используте выделенную цепь контроля напряжения непосрдственно на клеммах батареи, это очень важно.

Ограничение тока. Ни один малогабаритный генератор не выдержит долгой работы с полной нагрузкой при зарядке LFP батареи. В регуляторах Balmer соответствующая настройка раньше так и называлась — AMP MANAGER, но затем ее почему-то переименовали в BELT LOAD MANAGER. Регулировка осуществляется изменением тока в обмотке возбуждения, настройка доступна через меню. Обычно можно установить Belt Manager level 3 или 4.

Наконец, если генератор имеет термокомпесацию, она будет дополнительной страховкой, не позволяющй ему сгореть.

Обороты, жара и ограничение тока

Запуская двигатель на стоянке для зарядки батарей, многие предпочитают не давать ему нормальные обороты. Современные генераторы позволяют и на малых оборотах снимать достаточную мощность, а ваш экипаж и соседи по якорной стоянке будут рады уменьшению шума.

Беда в том, что на малых оборотах медленно вращаются и лопасти вентилятора, охлаждающего генератор! Многие новые малогабаритные генераторы работают на повышенных оборотах (17-19 тыс. об/мин), и для них угроза перегрева не возникнет, но такие генераторы стоят далеко не у всех.

Испытание системы зарядки

1. Инвертор мощностью не мене 2 кВт.
2. Мощный электроприбор на 220В, дающий резистивную нагрузку (электроплитка, фен, нагреватель и т.п.). Потребление энергии нагрузкой должно быть больше, чем отдает генератор при малых оборотах двигателя.
3. Дистанционный датчик температуры.

1. Плотно закрепите датчик на корпусе генератора и закройте моторный отсек.
2. Заведите двигатель, подключите инвертор и нагрузку и по меньшей мере на полчаса отправляйтесь в плавание под мотором со своей обычной крейсерской скоростью.
3. Вернувшись к своему причалу или бую, оставьте двигатель работать на малых оборотах (нагрузка по-прежнему подключена!).
4. Во время этих маневров следите за температурой генератора: она не должна подниматься выше 105°С.
5. Если это произошло, установите в настройках регулятора Belt Manager на уровень 1 и повторите нагрузочные испытания.
6. Если генератор все еще сильно греется, увеличьте уровень Belt Manager еще на 1. Повторяя процедуру, определите уровень, при котором генератор не будет перегреваться, несмотря на высокую нагрузку. Для большинства генераторов это будет уровень 3 или 4.

Зарядка от сети

Все соображения те же, что для генераторов. Наибольшую мощность зарядки можно получить от комбинированных инверторов/зарядных устройств (combi/s) отдельные зарядные устройства обычно менее мощные.

Как правило, у зарядных устройств предусмотрено снижение тока в случае перегрева, который может произойти заметно раньше, чем будет достигнута номинальная мощность устройства.

Пробему представляет отсутствие у большинства зарядных устройств (в т.ч. таких известных фирм как Mastervolt, Magnum и Xantrex) возможности использовать выделенную цепь контроля напряжения на батарее. Эту функцию имеют только зарядки Victron (а также Outback, но последние требуют оснащения блоком FLEXNET DC & MATE Remote Control).

Когда выделенной цепи контроля напряжения нет, на процесс начинает сильно влиять существенное при больших токах падение напряжения в цепи зарядки. При правиьно установленных напряжениях стадий ограничение тока произойдет слишком рано и зарядка станет медленной.

Судовая электросистема в целом

Мы рассмотрели свойства LFP батарей и особенности процесса их зарядки. С точки зрения потребителей электроэнергии никакой разницы между свинцовыми и LFP батареями нет и никаких переделок не требуется, так как их рабочий диапазон напряжния находится внутри диапазона напряений свинцовых батарей от 11,5В (батарея почти совсем разряжена) до 14,4В (при завершении процесса зарядки).

(Отметим, что при десульфатации свинцовых батарей напряжение поднимается до 16В, и при этом лучше уже не пользоваться многими устройствами — например, не включать лампы накаливания любых видов.)

Проблема с LFP в том, что при чрезмерной зарядке (в результате неисправности регулятора, разбалансироки и по любой другой причине), а также глубоком разряде батарея будет во избежание выхода из строя отключена системой ВМS.

Отключение при зарядке повлечет за собой выход из строя генератора (пробой диодов выпрямительного моста) а также многих видов контроллеров солнечных панелей и ветрогенераторов, не рассчитанных на работу без нагрузки. Кроме того, навигационные приборы, огни и прочее оборудование окажутся при этом обесточены, что может привести к аварийной ситуации.

Во избежание столь серьезных неприятностей электрическую систему следует построена по одному из следующих вариантов.

Литий плюс свинец

Поставьте параллельно LFP батарее небольшую свинцовую. Не нужно использовать дорогие гелевые или AGM аккумуляторы, подойдет герметичный жидкостный небольшой емкости.

Рис. 3. (Nordkyn Design)

Эта батарея должна быть в нормальном рабочем состоянии и не иметь значительного саморазряда и тока утечки, которые будут уменьшать заряд основной LFP батареи.

Если ВМS прервет цепь заряда LFP батареи при превышении допустимого напряжения, нагрузкой работающего зарядого устройства послужит свинцовая. При отключении полностью разряженной LFP батареи свинцовая будет иметь практически полный заряд и на некоторое время обеспечит питание хотя бы критически важных приборов.

В этой схеме можно использовать простое устройство ВМS, сразу отключающее батарею; такие ВМS обычно используют для электротранспорта.

Важно подключить провод контроля напряжения (управления работой зарядного устройства) после реле, размыкающего цепь по сигналу BMS т.е. к клеммам не LFP, а свинцовой батареи. В противном случае при отключении зарядное устройство обнаружит отсутствие напряжения и будет интенсивно заряжать «пропавшую» LFP батарею, на самом деле перезаряжая и выводя и строя заодно и свинцовую.

Разумеется, все используемые для зарядки устройства должны быть настроены для зарядки LFP!

Литий плюс свинцовая стартерная батарея

Очень часто в судовой системе используют две батареи: стартерную для запуска двигателя и сервисную с аккумуляторами глубокого разряда большой емкости для всех остальных нужд. Это хорошая практика.

Заменяя сервисную батарею на LFP, стартерную можно оставить прежнюю, свинцовую — а заодно использовать ее для шунтирования литиевой во время зарядки последней. Схема соединений при этом будет следующей:

Рис. 4. (Nordkyn Design)

• Две плюсовые шины: одна для зарядных устройств, другая для подключения потребителей.
• Разделитель зарядного тока на диодах (Charge isolator. В [2] рекомендованы устройства компаний Sure Power Industries, Hehr, Cole Hersee. Менее качественные разделители довольно сильно греются. Еще лучше, но дороже разделители на полевых транзисторах.)

• При подключении через разделитель не будут работать некоторые зарядные устройства (требующие для начала работы присутствия напряжения заряжаемой батареи; диод не позволит зарядному устройству «увидеть» батарею).
• При срабатывании BMS все потребители окажутся обесточены.

Коммутация плюсовых шин

Рис. 5. (Nordkyn Design) Схема с раздельными шинами.

В отличие от предыдущих вариантов, эта схема позволяет обойтись без свинцовых батарей, но требует установки двух плюсовых шин, разделительных реле и продвинутой системы BMS. BMS должна, во-первых, давать разные сигналы отключения при критически низком и критически высоком напряжении и, во вторых, перед отключением при высоком напряении выдавать предупреджающий сигнал, который будет использоваться для выключения генератора и других зарядных устройств.

Сигналы BMS используются для управления реле, подключающими к батарее две плюсовые шины: шину зарядных устройств и шину потребителей.

По сигналу отключения при низком напряжении от батареи отключается шина потребителей; шина зарядки остается подключенной. Таким образом, запустив зарядное устройство (или подождав, пока солнечные панели или ветрогенератор немного подзарядят батарею), можно восстановить нормальную работу системы.

Сигнал предупреждения об отключении при высоком напряжении должен использоваться для отключения источника зарядки (обесточивание обмотки возбуждения генератора, отключение зарядных устройств и контоллеров, для которых опасна работа без нагрузки). Следующий за ним с задержкой хотя бы в долю секунды сигнал отключения подается на реле, отключающее от батареи шину зарядки; шина потребителей остается подключенной к батарее, судно не будет обесточено. Подключив ту или иную нагрузку, можно израсходовать избыточный заряд.