Jak wymienić akumulator na LiFePO4 i przeżyć?

 

W ostatnich latach akumulatory litowo żelazowo fosforanowe (LiFePO4) zdobywają coraz większą popularność w różnych zastosowaniach, od camperów po instalacje offgrid i żeglarstwo. Właściciele jachtów coraz częściej decydują się na wymianę tradycyjnych akumulatorów kwasowych na nowoczesne akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4). I nie ma się co dziwić. Z ekonomicznego punktu widzenia jest to jedyne rozsądne wyjście. Te innowacyjne rozwiązania oferują szereg zalet, które mogą znacząco poprawić komfort i bezpieczeństwo na wodzie. 

Wymiana akumulatora kwasowego na LiFePO4 w jachcie może przynieść wiele korzyści, ale wymaga również odpowiednich przygotowań i zmian w instalacji. Chciałbym w końcu omówić korzyści z zastosowania akumulatorów LiFePO4, różnice w wydajności, a także niezbędne kroki i zmiany w instalacji, o które często pytacie, aby była to bezpieczna wymiana.

Zalety akumulatorów LiFePO4

Porównując wydajność

Akumulatory LiFePO4 (litowo-żelazowo-fosforanowe) mają kilka kluczowych zalet w porównaniu do tradycyjnych akumulatorów kwasowych:

• Wydajność energetyczna: Akumulatory LiFePO4 mogą być rozładowane do około 90% swojej pojemności bez ryzyka uszkodzenia, podczas gdy akumulatory kwasowe nie powinny być rozładowywane poniżej 50%. Oznacza to, że z 100Ah akumulatora LiFePO4 można uzyskać około 90Ah użytecznej energii, podczas gdy z 100Ah akumulatora kwasowego tylko 50Ah.
• Cykl życia: Akumulatory LiFePO4 mogą wytrzymać do 2000-5000 cykli ładowania/rozładowania, w porównaniu do 300-500 cykli w przypadku akumulatorów kwasowych.
• Waga i rozmiar: LiFePO4 są lżejsze i mniejsze, co jest istotne na jachcie, gdzie każdy kilogram i centymetr ma znaczenie.

Prądy i czas ładowania

• Prądy ładowania: Akumulatory LiFePO4 mogą być ładowane wyższymi prądami, co skraca czas ładowania. Typowy prąd ładowania dla LiFePO4 to 0.5C do 1C (gdzie C to pojemność akumulatora), podczas gdy dla kwasowych jest to 0.1C do 0.2C.
• Czas ładowania: Przy odpowiedniej ładowarce, akumulator LiFePO4 może być naładowany do pełna w około 1-3 godziny, podczas gdy ładowanie akumulatora kwasowego może zająć nawet 6-12 godzin.

Co więc zyskujemy? Ano najpierw cenę trzy lub czterokrotnie wyższą, ale w nagrodę dostajemy praktycznie drugie tyle energii, na nawet dziesięciokrotnie dłuższy czas i jeszcze komfort ładowania w trybie superszybkim!

Czy to się opłaca? No pewnie!

Jak zawsze jest jednak pewne ale…

Wybór baterii

 

Zacząć, jak zawsze, musimy od początku. Określenie sposobu użytkowania baterii będzie bowiem kluczowe przy wyborze odpowiedniego ogniwa. Zadajmy sobie kilka fundamentalnych pytań, które pomogą nam w dokonaniu właściwego wyboru.

Gdzie i w jakich warunkach będę używał sprzętu?

Zrozumienie warunków, w jakich będziemy korzystać z akumulatora, jest kluczowe. Musimy zastanowić się:

• Czy planujemy używać sprzętu w zimnym klimacie, gdzie mogą wystąpić ujemne temperatury? Większość akumulatorów LiFePO4 nie może być ładowana w temperaturach poniżej zera, ponieważ może to uszkodzić ogniwa. Jeśli istnieje ryzyko konieczności ładowania w niskich temperaturach, należy rozważyć akumulatory z wbudowanym systemem ogrzewania i odpowiednimi zabezpieczeniami.

Jakie urządzenia będę zasilał?

Musimy dokładnie przeanalizować, jakie urządzenia będą zasilane przez akumulator:

• Czy zamierzamy zasilać ster strumieniowy, windę kotwiczną czy dużą przetwornicę? Te urządzenia mogą wymagać dużych prądów rozładowania. Akumulatory LiFePO4 są doskonałe do zasilania urządzeń wymagających dużych prądów, ale musimy określić maksymalny prąd rozładowania, aby upewnić się, że nasz akumulator jest w stanie sprostać tym wymaganiom.

Jak dużo energii mi potrzeba?

Określenie zapotrzebowania na energię jest kluczowe:

• Ile energii rzeczywiście potrzebujemy? Niezwykle istotne jest, aby realistycznie ocenić nasze potrzeby energetyczne. Nie sztuką jest zbudować ogromny bank akumulatorów, który zapewni autonomię na wiele dni czy tygodni. Sztuką jest taki bank bezpiecznie i efektywnie naładować. Musimy zrozumieć nasze codzienne zużycie energii i zaplanować odpowiedni system ładowania, który zapewni nam niezawodne zasilanie bez ryzyka uszkodzenia akumulatorów lub sprzętu ładującego.

Wymiana Baterii i Zmiany w Instalacji

Sama wymiana baterii nie wystarczy, aby w pełni cieszyć się korzyściami z technologii LiFePO4. Trzeba również zadbać o odpowiednie zmiany w instalacji elektrycznej jachtu, które zapewnią bezpieczeństwo i efektywność działania nowego systemu zasilania. Mam tu na myśli przedewszystkim układ ładowania.

Specyfika Akumulatorów LiFePO4

Akumulatory LiFePO4, w przeciwieństwie do akumulatorów kwasowych, nie samoograniczają prądów ładowania. To oznacza, że mogą pobierać bardzo wysokie prądy, co może prowadzić do problemów, jeśli instalacja nie jest odpowiednio przygotowana.

Użycie Odpowiednich Urządzeń

Konieczne jest zastosowanie urządzeń, które kontrolują prąd ładowania i rozładowania, takich jak:

• Ładowarki DC/DC: Specjalistyczne ładowarki, takie jak modele Victron energy Orion charger, które regulują napięcie i prąd, zapewniając bezpieczne ładowanie akumulatorów LiFePO4 z alternatora.
• Systemy zarządzania akumulatorami (BMS): BMS monitoruje stan akumulatorów, kontrolując napięcie, prąd i temperaturę, zapobiegając przeładowaniu, nadmiernemu rozładowaniu oraz przegrzewaniu a w razie potrzeby odłączając zasilanie.

Mity na Temat Bezpośredniego Podłączenia do Alternatora

Niezależnie od zapewnień, że bezpośrednie podłączenie akumulatora LiFePO4 do klasycznego alternatora działa, a możesz się z tym spotkać na różnych forach internetowych, jest to rozwiązanie krótkotrwałe i niebezpieczne. Na pewno nie zajedziesz na tym daleko…. Alternatory nie są zaprojektowane do obsługi wysokich prądów ładowania rzędu 100% swojej mocy przez dłuższy czas, cozwykle prowadzi do ich przegrzania i spalenia uzwojeń lub uszkodzenia regulatorów.

Warto również wspomnieć o instalacjach silnikowych, które zwykle nie są przygotowane na długotrwałe przenoszenie pełnych mocy. 

 

Wyzwania długotrwałego ładowania

Długotrwałe ładowanie akumulatorów litowych jest bardzo wymagające nawet dla urządzeń zaprojektowanych do tego celu i mowa tu już o czasie ładowania rzędu 30min - 1h a średnio czas ładowania wyniesie min. 3h. Nawet najwyższej jakości ładowarki i alternatory generują znaczne ilości ciepła podczas długiego ładowania dużym prądem:

• Wysokie obciążenia termiczne: Urządzenia najwyższej jakości mogą pracować dłużej, jednak i tak wytworzą bardzo dużą ilość ciepła. Niezbędne jest zapewnienie odpowiedniego chłodzenia i wentylacji, aby zapobiec przegrzaniu.
• Trwałość urządzeń: Urządzenia mniej sprawdzonych producentów mogą nie wytrzymać dłuższej pracy pod pełnym obciążeniem. Może to prowadzić do ich uszkodzenia, co z kolei zagraża bezpieczeństwu instalacji elektrycznej i jachtu.

Układ ładowania

Mając już podstawową wiedzę, musicie teraz zastanowić się, w jaki sposób będzie ładowany wasz nowy akumulator LiFePO4. W zależności od obecnej instalacji, dostępnych rozwiązań może być kilka, a zmiany w instalacji będą zależeć od specyficznych możliwości i ograniczeń danej łodzi.

Inteligentny alternator

Rozwiązanie to jest często stosowane jako dodatkowy alternator w celu zwiększenia mocy, co może w dużej mierze zastąpić agregat prądotwórczy. Rozwiązania tego typu są oferowane przez renomowanych producentów, takich jak Mastervolt, Whisper Power oraz Balmar. Alternatory te mogą dostarczać prąd rzędu 200A przy napięciach 12V i 24V, co znacząco poprawia efektywność ładowania akumulatorów LiFePO4.

Mimo że to rozwiązanie jest mało popularne ze względu na dość wysoką cenę i konieczność dostosowania mocowań alternatora na silniku, jest jednym z najbardziej wydajnych sposobów na ładowanie banków LiFePO4. Alternatory te zapewniają stabilne i efektywne ładowanie, co jest szczególnie ważne podczas długich rejsów.

 

Zewnętrzny regulator alternatora

W ostatnim czasie coraz większą popularność zdobywają zewnętrzne regulatory napięcia do klasycznych alternatorów. Profesjonalne rozwiązania tego typu, oparte na mikroprocesorowych układach sterujących, analizują prądy, napięcia i temperatury, dostosowując prąd ładowania w sposób bezpieczny dla alternatora. Regulatory te monitorują i kontrolują proces ładowania, co minimalizuje ryzyko przegrzania i uszkodzenia akumulatorów.

To rozwiązanie jest znacznie tańsze od wymiany całego alternatora, ale wymaga dużej ingerencji w instalację ładowania, właściwego ustawienia i stałej kontroli. Montaż zewnętrznego regulatora wiąże się z koniecznością modyfikacji okablowania i instalacji dodatkowych zabezpieczeń.

 

Konwerter DC/DC

Najbardziej popularne i prawdopodobnie najtańsze rozwiązanie to zastosowanie konwertera DC/DC. Instalacja kontrolera DC/DC nie wymaga ani specjalnie dużej wiedzy, ani poważnych przeróbek w istniejącej instalacji. Ładowarkę DC/DC włącza się pomiędzy układ ładowania z klasycznego alternatora a bank LiFePO4. W dużym uproszczeniu, na tym kończą się zmiany w instalacji.

Wielu producentów oferuje konwertery z możliwością programowania napięć i prądów ładowania, co pozwala na precyzyjne dostosowanie parametrów ładowania do specyfikacji akumulatorów LiFePO4. Obecnie największe dostępne modele mogą ładować prądem o wartości 50A, jednak można je łączyć równolegle, co zwiększa ich moc ładowania. Ważne jest, aby pamiętać, że urządzenia te wymagają dobrej wentylacji ze względu na dużą ilość wytwarzanego ciepła. 

 

 

Każde z wymienionych rozwiązań ma swoje zalety i wady, a wybór odpowiedniego systemu ładowania zależy od specyficznych potrzeb i możliwości danej łodzi. Ważne jest, aby dokładnie przeanalizować wszystkie opcje i wybrać rozwiązanie, które zapewni bezpieczne i efektywne ładowanie akumulatorów LiFePO4, gwarantując jednocześnie długą żywotność systemu zasilania na jachcie.

Jeżeli potrzebujesz pomocy w wyborze i instalacji odpowiedniego systemu ładowania, zapraszamy do skorzystania z naszych usług i konsultacji. Nasi eksperci z przyjemnością pomogą Ci dobrać najlepsze rozwiązania dostosowane do Twoich indywidualnych potrzeb, zapewniając profesjonalne wsparcie na każdym etapie realizacji projektu. Skontaktuj się z nami już dziś i dowiedz się, jak możemy pomóc w modernizacji Twojej instalacji zasilania na jachcie!