Зарядные устройства для тяговых аккумуляторов

Продлеваем срок службы АКБ

Тяговые АКБ – отличная альтернатива двигателям внутреннего сгорания – они экономичнее (технику на электротяге не нужно заправлять топливом) и экологичнее (нет вредных продуктов сгорания и отработанных жидкостей).

Чтобы тяговая батарея служила долго и без сбоев, важно не только правильно её хранить и обслуживать, но и подобрать для подзарядки подходящее зарядное устройство.

Для чего нужны ЗУ?

Зарядное устройство для тяговой батареи – дорогостоящее приспособление. Почему бы не обойтись без этого «посредника» между электрической сетью и АКБ? Что мешает подключить тяговый аккумулятор напрямую в розетку, без использования ЗУ?

Последствия от «прямого» подключения АКБ к электрической сети могут быть крайне нежелательными:

• Вскипание электролита, приводящее к выбросу ядовитых веществ в воздух;
• Взрыв батареи (если она герметично закрыта) или возгорание (попадание искры при кипящем электролите);
• Разрушение пластин внутри банок аккумулятора.

Зарядные устройства созданы на основе многолетних знаний и научных технологий, способных соединить АКБ с электрической сетью без последствий, которые мы перечислили выше.

Типы зарядных устройств для тяговых АКБ

Официальной классификации ЗУ для тяговых аккумуляторов не существует, но можно все зарядные устройства разделить на две большие подгруппы:

Трансформаторные ЗУ

Этот вид устройств для подзарядки является традиционным – в том плане, что используется очень давно. Состоит такой прибор из трансформатора и выпрямителя, которые преобразуют ток из 220В в наиболее приемлемые для аккумулятора 12 – 14В. Трансформаторные зарядные дают на батарею постоянный ток, напряжение которого меняется в зависимости от степени заряженности батареи.

Достоинством данного зарядного устройства является его низкая цена. Из недостатков – большие размеры и потребность постоянно следить за процессом подзарядки.

Импульсные ЗУ

В отличие от трансформаторного, импульсное зарядное устройство имеет небольшой вес и компактные размеры, потому что состоит из менее громоздких элементов. Импульсный зарядник подаёт на батарею ток малыми импульсами, а не постоянный – это позволяет заряжать АКБ без лишней нагрузки на пластины.

Минусом импульсных ЗУ является высокая стоимость. Этот недостаток полностью перекрывается существенными преимуществами – небольшой вес, мобильность, зарядка аккумулятора в автоматическом режиме.

Как правильно выбрать зарядное устройство?

Если штатное ЗУ выходит из строя или планируется замена аккумуляторных батарей на другой тип (например, кислотные АКБ решили заменить на Li-ion аккумуляторы), возникает необходимость в подборе нового зарядного устройства.

На что обратить внимание при подборе ЗУ:

• Необходимо знать, для какого типа тяговой батареи нужно зарядное устройство – обслуживаемая или необслуживаемая АКБ, какой электролит в ней используется и в каких условиях и с какой интенсивностью приходится работать.
• Напряжение АКБ должно соответствовать напряжению, с которым работает ЗУ;
• Чем мощнее зарядное устройство, тем быстрее будет происходить заряд батареи, но необходимо учесть рекомендации производителя относительно того, за какие временные пределы не должна выходить скорость подзарядки. Слишком быстрая подзарядка может значительно снизить количество рабочих циклов аккумулятора;
• Желательно, чтобы на ЗУ имелся индикатор заряда батареи (особенно если устройство не имеет автоматического контроля заряда батареи) и датчик, сигнализирующий о некорректной работе АКБ;
• При выборе стоит обратить внимание на ёмкость батареи – она не должна превышать спецификацию выбранного зарядного устройства более, чем на 25%.
• Если ваша техника эксплуатируется в щадящем режиме (за неделю АКБ не превышает 3 цикла), необходимо ЗУ с режимом «Поддерживающего заряда», которая поможет значительно продлить срок службы батареи.

Для выбора «правильного» зарядного необходимо учесть все рекомендации производителя по эксплуатации тягового аккумулятора.

Правильная эксплуатация зарядного устройства

Практически каждое ЗУ было разработано с учётом того, какой тип батареи оно будет обслуживать, поэтому не следует подключать аккумулятор, не соответствующий рекомендациям для данного зарядного устройства.

При зарядке АКБ (кроме необслуживаемых) необходимо учитывать, что в воздух производится выброс ядовитых и взрывоопасных веществ, поэтому в помещении с зарядным устройством должна быть хорошая вентиляция и все средства пожаротушения и оповещения о ЧС.

Если ЗУ не оборудовано автоматическим регулятором зарядки, следует вести наблюдение за процессом заряда батареи во избежание перегрева АКБ, вскипания и возгорания электролита.

Как выбрать зарядное устройство для тягового аккумулятора

Зарядное устройство – вещь необходимая, но оказывается, кроме напряжения и силы тока, у него есть и другие весьма важные параметры, позволяющие не только хорошо зарядить тяговый аккумулятор, но и продлить ему срок службы.

Во-первых , определимся, какую аккумуляторную батарею будем заряжать.

Если у вас гелевый или AGM аккумулятор, то необходимо подбирать зарядное устройство с учетом наличия в нём профиля заряда для необслуживаемых аккумуляторов. Почему это так важно? Потому что у обслуживаемого аккумулятора в финальной стадии заряда – перемешивания электролита – допустимое напряжение на элемент может доходить до 2,60В, а у необслуживаемого – максимально составляет порядка 2,35 В/эл. Напряжение не должно превышать этого значения в связи с тем, что основная часть тока от зарядного устройства пойдет уже не на заряд электродов, а на электролиз дистиллированной воды в электролите, но так как у необслуживаемых аккумуляторов нет возможности её долить, то аккумулятор будет оперативно терять воду в элементе (осушаться) и крайне быстро выйдет из строя. Не верно подобранная зарядная установка для заряда гелевых аккумуляторов сокращает их срок службы в 7-10 раз.

Ко второму критерию я бы отнес необходимое время подготовки аккумулятора к работе. Например, если электропогрузчик с аккумулятором Hawker Perfect Plus 48V 4PzS 500Ah эксплуатируется только в дневную смену, можно выбирать зарядное устройство Hawker Lifetech Modular TC3 48В 60А 3,5кВт: оно зарядит аккумулятор, разряженный на 80%, за 8 часов. Если же электропогрузчик эксплуатируется круглосуточно, аккумулятор должен быть готов к работе побыстрее. В таком случае это может быть зарядное устройство Hawker Lifetech Modular TC3 48В 120А 7кВт: оно зарядит аккумулятор за 5 часов. Если есть необходимость срочно подготовить аккумулятор к работе, то следует установить на него систему перемешивания электролита Airmix, и аккумулятор будет готов к работе даже за 4 часа.

Третья характеристика, на которую следует обратить внимание, — это наличие в профиле заряда функции «поддерживающего заряда», например, Hawker Perfect Plus 24V 3PzS 345Ah, который используется на штабелере или электротележке для перемещения товара в торговом центре или на небольшом складе. При низкой нагрузке до 2-3х циклов разряда в неделю функция «поддерживающего заряда» зарядного устройства Lifetech Modular TC1 24В 70А 2кВт поможет предотвратить образующуюся сульфатацию на аккумуляторе, что увеличит его срок службы до 8-10 лет.

Четвертая особенность зарядного устройства — это технология его изготовления. Их можно разделить по типу трансформатора: трансформатор 50 Гц и высокочастотный трансформатор. Первый представляет собой старую технологию изготовления зарядных устройств, он работает на профилях, основанных на постоянной мощности, например, WoWа. А высокочастотные трансформаторы обладают более эффективным профилем заряда IUIa, заряжающим аккумулятор до 95% постоянным током фаза (I), и потом дозаряжают аккумулятор до 100% током при постоянном напряжении (U), затем током определенной величины (I), перемешивают электролит в аккумуляторе и далее проводят «поддерживающий заряд» током (а).

Высокочастотные зарядные устройства лучше, чем 50 Гц по следующим параметрам.

При равной исходной мощности зарядного устройства зарядят аккумулятор на 20% быстрее.

КПД — 94% (в сравнении с 50 Гц, у которого 80%).

Могут отключаться по времени, что предотвратит перезаряд и перегрев аккумулятора, тогда как 50 Гц зарядные устройства могут долго кипятить аккумулятор.

Имеют внутренний компьютер и дисплей, показывающий параметры заряда (напряжение, ток), закаченную в аккумулятор ёмкость и время заряда.

К ним можно подсоединить систему перемешивания электролита Airmix, что ускорит заряд аккумулятора ещё на 15%.

Зарядные устройства LifeTech Modular выполнены в модульном исполнении, что позволяет работать зарядному устройству даже если один из модулей выйдет из строя, в свою очередь 50Гц зарядное устройство перестанет работать.

Однако стоит учитывать: вряд ли получится быстро зарядить любой аккумулятор к началу следующей смены, если водитель электропогрузчика забудет поставить аккумулятор на заряд. Для решения всех проблем, связанных с человеческим (и не только!) фактором, мы рекомендуем использовать систему STOPiT. Тогда, установив датчик на аккумулятор, можно удаленно отслеживать уровень заряда аккумулятора и предотвращать аварийные ситуации с ним.

Чем и как заряжать тяговые аккумуляторы для лодочных электромоторов – подробно о главном.

Статья обновлена: 2021-02-20

Тяговые АКБ обеспечивают стабильное электропитание лодочных моторов и остального энергозависимого оборудования на борту. В отличие от используемых на автомобилях стартерных батарей, они обеспечивают не кратковременную подачу тока для запуска топливного двигателя, а стабильное электропитание мотора в течение всего времени его работы. Именно тяговые батареи обеспечивают движение электромоторной лодки, катера или яхты на электротяге.

Тяговые АКБ на основе лития

В классе тяговых батарей лучшими признаны источники питания на базе лития, причем для жестких условий применения оптимально подходят литий-железо-фосфатные модели (LiFePO4, LFP). Они:

• поставляются в герметичном корпусе и надежно защищены от риска разгерметизации;
• могут использоваться в любом положении;
• обеспечивают стабильную и высокую токоотдачу;
• допускают быструю зарядку большими токами;
• устойчивы к воздействиям извне, тряске, вибрациям, крену, смене положения, скачкам температур;
• имеют незначительный саморазряд;
• надежны;
• способны работать при температуре от -20 до +60°С;
• весят на 70% меньше, чем аналогичные по рабочим параметрам свинцово-кислотные модели с абсорбированным электролитом (AGM) и гелевые;
• максимально безопасны – не возгораются и не взрываются, даже при прокалывании и разгерметизации;
• лучше выдерживают глубокие разряды;
• долговечны – имеют ориентировочный ресурс 2000–5000 циклов.

Поэтому на профессиональных и спортивных лодках, парусниках, катерах и яхтах используются именно тяговые батареи LiFePO4. После покупки такого источника питания остается только правильно его использовать, чтобы не спровоцировать преждевременный износ.

Как заряжать тяговый аккумулятор для лодочного электромотора?

Хотя LFP батареи более устойчивы к глубокому разряду, злоупотреблять этим не стоит. При критическом падении напряжения – ниже 2 вольт на ячейку – в их структуре также протекают необратимые процессы, которые негативно сказываются на значениях емкости и сроке службы устройств. Поэтому не рекомендуется разряжать LFP батареи ниже 90% от номинальной емкости. Но главное – не хранить их в разряженном виде, а при первой же возможности ставить на зарядку.

Способы восполнения заряда

Если понаблюдать, как заряжают тяговые лодочные аккумуляторы разные пользователи, можно выделить 3 подхода:

Чем заряжать тяговый аккумулятор?

Для восполнения запаса емкости тяговых АКБ на основе литий-железо-фосфата используются зарядные устройства, работающие по принципу CC/CV. Вначале аккумуляторы подзаряжаются постоянным током, и напряжение на ячейках растет. Но когда оно достигает верхнего предела –3,65 В на элемент – рост напряжения прекращается, а зарядный ток падает до минимума. На этой стадии аккумуляторы получают конечные 5–10% заряда.

Такой метод подзарядки позволяет элементам питания полноценно восполнить запас емкости без опасности перезаряда. Неполные заряды для литиевых АКБ не страшны, но периодически нужно проводить полные циклы зарядки, чтобы не способствовать снижению емкости. Лучшими считаются «умные» зарядные устройства, которые перед каждым процессом зарядки короткими импульсами напряжения выясняют состояние аккумуляторов и начинают их заряжать с нужного этапа.

Где заряжать лодочную АКБ?

Батареи на основе лития относительно легкие, поэтому их несложно извлечь из лодки, перевезти и доставить в подходящее помещение для зарядки. Заряжать такие батареи необходимо в сухом помещении, при комнатной температуре, в стороне от приборов отопления и источников открытого огня.

После пребывания на морозе батарею нужно подержать пару часов в помещении, чтобы она нагрелась до комнатной температуры, и только после этого ставить на зарядку. Накрывать заряжаемую АКБ и ЗУ нельзя! Зарядка при минусовых температурах запрещена!

Последовательность зарядки

1. Вставьте разъем ЗУ в соответствующее гнездо АКБ.
2. Подключите ЗУ к сети 220 В. При этом загорится красная лампочка на индикаторе заряда.
3. Когда вместо красной загорится зеленая лампочка, отключите батарею или для балансировки элементов (раз в месяц) оставьте еще на 5–8 часов.
4. Выньте вилку ЗУ из розетки и отсоедините его от АКБ.

Каким током правильно заряжать аккумулятор лодочного электромотора?

Допустимая величина зарядных токов зависит от емкости АКБ и для LFP моделей может достигать 10С. Но если в быстрой зарядке нет острой необходимости, лучше ограничиться зарядными токами от 1С до 5С. Например, при использовании батареи емкостью 40–100 Ач подойдет портативное ЗУ с током заряда до 10 А. В таком случае полная подзарядка займет 4–10 часов. Использовать зарядники с неподходящими величинами зарядного тока недопустимо!

Краткие рекомендации для владельцев LFP батарей

1. Не нарушайте герметичность батареи.
2. Соблюдайте рекомендации производителя, изложенные в инструкции.
3. Используйте зарядные устройства, работающие по алгоритму CC/CV.
4. Разрядившуюся батарею – не храните в таком состоянии, а поставьте на зарядку. Иначе происходящие в аккумуляторах структурные изменения приведут к необратимому снижению емкости и уменьшению ресурса.
5. Используйте АКБ в пределах уровня заряда 10–100% – не допускайте ее критического разряда, но и не ставьте на зарядку без реальной на то необходимости.
6. При покупке выбирайте батарею с запасом емкости. Она сможет отдавать более высокие токи, удельная нагрузка снизится, а ресурс – возрастет.

О том, как правильно выбрать аккумулятор для детского электромобиля, читайте здесь.