Літієві LFP-батареї - тонкощі роботи

Що не можна встановлювати

Перш ніж перейти до обговорення літієвих батарей, поговоримо про те, що точно не можна встановлювати на свій човен. Автомобільні літій-іонні акумулятори – те, що категорично не можна встановлювати. Особливо це стосується акумуляторів з нікелевими, кобальтовими та марганцевими елементами. Через особливості своєї роботи, вони більш схильні до виходу з ладу через підвищені температури і знос при використанні на човні. 

На даний момент практично повністю унеможливлює використання старих батарей від електрокарів. В умовах використання на морі немає можливості забезпечити їм належний рівень захисту. Адже навряд чи вони спочатку розроблялися навіть для роботи на компактному Dufour 37.

Якщо у вас яхта з електроприводом, то ви, швидше за все, знаєте, що вона має більш високовольтну систему, ніж електроавто. Така система вимагає добре продуману і працюючу систему управління. Найчастіше на таких яхтах можна зустріти системи під 48, 72 або навіть 96 ст.

Для живлення човна набагато привабливіше виглядають літій-іонні батареї з вищою щільністю енергії. Серед таких – літій-кобальтові (LiCoO2). Недоліком такої батареї стане загальна дорожнеча та складність установки. І під дорожнечею ми маємо на увазі ДІЙСНО багато грошей. З іншого боку, такий варіант довговічніший. 

Для тих, хто не знав, густина енергії — скалярна фізична величина, кількість енергії на одиницю об'єму. 

А може, варто вибрати батареї LFP? 

LFP-батарея - це літій-залізо-фосфатний акумулятор - тип електричного акумулятора, що є видом літій-іонного акумулятора, в якому використовується LiFePO₄ як катод. Головна перевага такої батареї в тому, що вони підтримують швидке заряджання, а також підзарядку за допомогою струмів високої частоти. 

Завдяки цьому вони можуть бути розряджені практично до нуля, але необхідність регулярної підзарядки відсутня. Свинцево-кислотні батареї (LA), наприклад, мають вищеописану потребу регулярної перезарядки, особливо якщо не вони використовуються.

Струми високої частоти — змінний струм, котрій стають значущими такі явища, як випромінювання електромагнітних хвиль, і скін-ефект.

Більшість LFP-батареї найкраще почуваються в діапазоні від 20% до 80%. При цьому розрядка "в нуль" не завдасть їм особливої шкоди. Сучасні системи управління рівнем заряду акумуляторів всі відключають батареї при напрузі в 12 В. Це еквівалентно 10% заряду LFP-батареї. Аналогічний процес відбувається і за зарядці. Система керування зазвичай автоматично відключає джерело живлення при напрузі близько 14,2 В. Це потрібно для запобігання перезарядженню батареї. 

LFP мають набагато більше циклів перезарядки, ніж еквівалентні їм LA. Плюс - LFP також набагато легше LA (при чому будь-якого типу). Так що літій-залізо-фосфатний акумулятор краще підходить для сучасних яхт. 

Масово переходимо LFP-батареї?

Питання хороше. Для такого переходу варто пам'ятати, що будь-яка супутня проводка на вашому човні, а також захист всього ланцюга повинні бути адаптовані до літій-залізо-фосфатного акумулятора. 

Будь-який підвид LFP вимагає уваги та догляду, а також комплексну систему керування (BMS) акумулятором. Вона повинна забезпечити захист від зворотної полярності, допомогти у балансуванні окремих елементів та обмежувати напругу струму для заряду, контролювати керування та аварійне відключення. Не менш важливим аспектом такої системи є визначення температури батареї, обмеження та керування при розрядці, а також візуальні та/або звукові сигнали тривоги. 

Один з важливих моментів – багато моделей LFP-батарей вже комплектуються вбудованою BMS. Але, на жаль, такі батареї не завжди можна приєднати послідовно або паралельно у кількості понад дві штуки. Якщо ви потребуєте великих ємностей і потужностей, то найкращий варіант — купити необхідну кількість LFP-батарей на 3,2 В без системи керування. Потім підключіть одну систему керування для всіх батарей. 

LFP-батареї також не рекомендують використовувати для запуску двигуна, роботи брашпиля або пристрою, що підрулює. Ці пристрої взагалі навряд чи спрацюють через те, що миттєвий розряд струму високої частоти може перевищити поріг спрацьовування системи керування. 

Літій-залізо-фосфатний акумулятор, як і будь-яка інша річ на борту, залежить від особистих переваг кожного. При особливостях роботи з ним все ж таки у цього акумулятора багато шанувальників.

Збільшення терміну служби елементів

LFP-акумулятори мають дуже низький опір у порівнянні зі свинцево-кислотними (LA). Це дозволяє заряджати і розряджати їх із значно більшою швидкістю.

Знову ж таки, якщо LiFePO4 акумулятор розряджено не повністю, заряджати його після кожного використання не обов'язково. Сульфатації, через яку зменшується ємність частково зарядженого свинцево-кислотного акумулятора, у літій-залізо-фосфатних батарей не буває. Однак якщо система керування від'єднує акумулятор від навантаження через низьку напругу, краще зарядити його негайно.

Сульфатація - процес поступового покриття заряджених електродів сірчанокислим свинцем, який має форму великих кристалів.

LiFePO4 акумулятори заряджають при температурі від 0 до 40 С. Деякі, але не всі безпечно заряджати при температурах нижче 0 С. При негативній температурі зарядний струм зменшують до 0,05-0,1 С (5-10% від ємності акумулятора).

Від перегріву акумулятор захищає систему керування. Але температуру може контролювати і зарядний пристрій, у якого є температурний датчик. Таке зарядне знижує напругу, якщо акумулятор нагрівається понад 20°С і відключається, якщо його температура досягає 55°С.

Зарядний пристрій дублює функції BMS та створює додатковий рівень захисту, який першим спрацює у разі аварійної ситуації.

Особливості заряджання

На відміну від батарей LA, заряд на LFP не можна визначити лише за напругою батареї. Проблема в тому, що напруга може досягти піку, коли LFP заряджена лише наполовину. Тобто вольтметр не дасть точного уявлення про стан батареї. Для визначення його зарядженості краще використовувати лічильник ампергодин або батарейний монітор.

Більш того, повністю заряджена батарея LFP з напругою 12,8 В має напругу в спокої в межах 13,4-13,6, що набагато вище 12,7 В звичайної свинцево-кислотної батареї. При 20% заряду вона все ще буде показувати 13 В, а батарея LA буде мати напругу 11,8 В.

Найпростіший і найпопулярніший спосіб заряджання LFP - зарядні пристрої DC-DC (рисунок вище). Однак заряд батареї може бути обмежений максимальною потужністю зарядного пристрою DC-DC. Але це можна подолати! Достатньо встановити кілька DC-DC зарядних пристроїв паралельно. Це слід робити у випадку, якщо потрібний більший загальний струм заряду.

Не забудьте про ремені! 

Один із найважливіших аспектів, крім описаних вище, — фізичне зношування ременів. Мова про приводні ремені. LFP використовують більш високу швидкість заряджання, що підвищить навантаження на ваш генератор. Тому варто (настійно рекомендується) переконатися, що приводний ремінь витримує навантаження.

Ремінь має бути правильного типу, нормально виглядати (без слідів сильного зношування). Відразу обмовимося, що стандартного клинового ременя достатньо тільки для генераторів потужністю до 75 А. Якщо це значення вище або зовсім "улетіло в космос", необхідно купити ремінь підвищеної міцності.

Чому LFP?

На сьогодні лише батареї LFP на яхті можуть забезпечити сучасний рівень енергоспоживання. Інші літій-іонні батареї важко уживаються на яхтах. 

При наступному апгрейді яхти слід придивитися до встановлення таких батарей. Швидка зарядка, великий об'єм заряду, триваліший термін служби та експлуатації, можливість тримати батареї довгий час без підзарядки – це неповний перелік переваг LFP. Добре такі батареї працюватимуть у комплекті із сонячними батареями. Навіть якщо вони невеликі. 

Звичайно, кожен човен унікальний, так само як і його власник. Подібні маніпуляції слід проводити лише отримавши достатню кількість теоретичної інформації. Найкраще - проконсультуйтеся з професіоналом, який направить вас на правильний шлях. 

Сподіваємося, що невеликою оглядовою статтею ми змогли наштовхнути вас на правильні думки. Не забудьте оцінити матеріал, а інші цікаві статті ви зможете знайти за посиланнями нижче або у розділі "Новини"!

26.10.2022