sterowanie ładowaniem akumulatorów - problem czy urojenie?

Witam,
w ostatnich dniach pracuję nad wyposażeniem motorowego jachtu morskiego w instalację 230V zasilaną z lądu, w czasie cumowania w porcie. Niby nic trudnego, ale jednak...
Jednym z obwodów, jest ładowanie akumulatorów. Na tym jachcie są dwie baterie akumulatorów po 160 Ah każda. Jedna z nich jest baterią rozruchową dla silnika, plus kilka nazwijmy to "układów podtrzymywania", druga natomiast to bateria serwisowa (światła, nawigacja, większość elektroniki). Do zamontowania mam prostownik Waeco PerfectCharge (IU2512). Wydawałoby się, że nic prostszego... Po prostu podpiąć odpowiednie zaciski do odpowiednich klem baterii i tak właśnie zamierzałem zrobić, ale... Gdy jacht stoi w porcie (a tylko wtedy może pojawić się napięcie zasilające na prostowniku) używane mogą być najróżniejsze odbiorniki, które powinny czerpać energię z akumulatorów (lodówka, pompa wodna, pompy zęzowe, oświetlenie, elektronika). Jeśli prostownik będzie podpięty bezpośrednio do zacisków baterii to odbiorniki będą czerpały energię z baterii, ale defakto również z prostownika... I dzięki temu sterowanie prądem ładowania baterii najprawdopodobniej "zgłupieje" i przy poborach prądu przez urządzenia rzędu kilkunastu amperów (a takie są możliwe na przykład w przypadku odpalenia Webasto), może się okazać, że baterie będą ładowane maksymalnym prądem ładowania, a nie takim jaki jest najbardziej wskazany dla ich długiego i szczęśliwego żywota... Mało tego, będą one ładowane praktycznie ciągle...
Co wy na to? Czy to może tylko moje urojenia, czy powinienem jednak zastosować jakiś rodzaj "reley" które będzie załączało ładowanie dopiero przy spadku napięcia na zaciskach akumulatora np. poniżej wartości 12,4V albo zbliżonej? Umożliwiłoby to "sinusoidalny" tryb pracy akumulatora i normalną jego eksploatację...
Jeszcze jedno... Wbrew pozorom jest to dość istotne zagadnienie (już nie mówię, że od stanu baterii zależy życie ludzi ) gdyż wydawać by się mogło, że przez te kilka godzin postoju jachtu w porcie nic się bateriom nie stanie, ale w rzeczywistości jest odwrotnie. Większość jachtów 90% swojego życia spędza w porcie a tylko 10 na morzu... A baterie muszą być gotowe właśnie na te 10 %...
Czekam na wasze opinie, służę dodatkowymi informacjami.
Pozdrawiam
Mariusz

O wiele zdrowsza dla akumulatora ołowiowego jest praca buforowa ze stale podłączonym ładowaniem i utrzymywaniem napięcia 2.4V/ogniwo dla akumulatorów mokrych lub 2.3V/ogniwo dla żelowych od pracy cyklicznej.
Akumulator przy pracy buforowej pracuje latami, a ilość cykli ładowania/rozładowania przy pracy cyklicznej jest ograniczona dość mocno. Najlepsze akumulatory osiągają 1000 cykli.

Jeśli jest tam"sterowanie prądem ładowania" to powinno potraktować pobór prądu z akumulatora co wiąże się z spadkiem napięcia na nim , jako stan nie pełnego naładowania i będzie zwiększać napięcie dostarczane do akumulatora obciążenego, a zarazem prąd ładowania w taki zakresie by go skutecznie ładować. Wartość maksymalna prądu ładowania jest określona i nie powinna zostać przekroczona co właśnie to sterowanie powinno zrobić. Ale faktycznie to nie będzie prąd ładowania tylko prąd pobierany przez odbiorniki. Dla przykładu : odbiorniki pobierają 20A , można przyjąć że sterowanie ogranicza prąd na 1/10Q akumulatora to przy 160Ah oznacza , że ogranicza go do 16A . Z tego wniosek , że akumulator jest rozładowywany 4A a nie 20A a również , że w tym czasie nie jest ładowany, bo te 16A idzie na odbiorniki.

Rozwiązaniem może być odłączanie odbiorników na czas ładowania. Mogłoby to się odbywać z zachowaniem 2 cykli.
1 cykl, to ładowanie akumulatorów z zewnątrz z odłączeniem odbiorników,
2 cykl, to uruchomiony ręcznie tryb tych 10%, o których piszesz, lub czas niezbędnych zabiegów związanych z obsługą jachtu.
Sterowanie może zawierać blokadę uniemożliwiającą załączenie odbiorników w czasie ładowania z sieci.
Pozdrawiam

Właśnie proponujesz ładowanie cykliczne - wyjątkowo niezdrowe dla akumulatorów ołowiowych.

Podzielam Twoje stanowisko w kwestii cyklicznego ładowania. Mój post odnosi się do rozwiązania problemu ładowania z jednoczesnym korzystaniem z odbiorników zainstalowanych na jachcie,

mkservice wrote:

Witam,
.. I dzięki temu sterowanie prądem ładowania baterii najprawdopodobniej "zgłupieje" i przy poborach prądu przez urządzenia rzędu kilkunastu amperów (a takie są możliwe na przykład w przypadku odpalenia Webasto), może się okazać, że baterie będą ładowane maksymalnym prądem ładowania, a nie takim jaki jest najbardziej wskazany dla ich długiego i szczęśliwego żywota... Mało tego, będą one ładowane praktycznie ciągle...

Co do tego że będą ładowane ciągle to fakt, ale nie będą ładowane max prądem bo jak podałem w przykładzie praktycznie są sytuacje , żw wcale nie będą ładowane jak przy poborze 20A.
W pewnym uproszczeniu można traktować prostownik z elektroniką jako sterowane źródło prądowe o max wydajności (w przykładzie 16A) . I jeśli pobór jest wiekszy od 16A to aku jest rozładowywany mimo prostownika , a jeśli obciążenie wynosi 10A to w zależności od stanu aku może być on wtedy ładowany nie więcej niż 6A, a jesli jest naładowany to bedzie to niewielki prąd rzędu góra 1A

Właśnie w takim przypadku najzdrowsze jest ładowanie buforowe. A to, że odbiorniki od czasu do czasu pobiorą więcej niż daje ładowarka tylko pozytywnie wpłynie na płyty - zapobiegnie nadmiernemu krystalizowaniu PbO (nigdy nie mogłem zapamiętać czy PbO czy PbO2).

Kolejna uwaga co do prądu ładowania - w przypadku ładowania buforowego ze ścisłą kontrola napięcia ładowania można sobie pozwolić na znacznie wyższy prąd ładowania - nawet rzędu 0.3C w przypadku akumulatorów żelowych a nawet większy w przypadku akumulatorów "mokrych". Daje to do dyspozycji znacznie wyższy prąd średni do wykorzystania przez odbiorniki.
Jedynie przy ładowaniu cyklicznym, żeby tych cykli było możliwie najwięcej, należy dbać o prąd ładowania rzędu 0.1C a nawet mniej powyżej napięcia ładowania buforowego.

Praca buforowa baterii to jest taka praca gdzie odbiornik(i) czerpią energię z prostowników!!! a nie z baterii. "Żadne trochę pobierany prąd z baterii .... to będzie lepiej ... ". Siłownię projektuje się tak by zasilić odbiory + zapewnić 10 - godzinny prąd ładowania baterii. Nie wspomnę o prostowniku redundantnym na wypadek gdyby uszkodził się jeden z prostowników podstawowych . W telekomunikacji wymaga się by prostowników było n+1 . Druga sprawa to kompensacja temperaturowa. Nie ma tak jak napisał kolega RoMan, że dla żelowych i pracy cyklicznej napięcie na ogniwo wynosi 2,3 V. Napięcie buforowe zależy od temperatury!!!
Przykładowo dla różnych producentów współczynnik temperaturowy jest inny i zawiera się w przedziale od -0,002V/°C do - 0,0055 V/ °C.
Uwzględnienie współczynnika temperaturowego jest bardzo ważne gdyż wtedy w pełni wykorzystujemy fabryczną żywotność baterii.
Bateria na jachcie pracuje cyklicznie (zadaniem jachtu jest pływać a nie stać w "basenie" ) w przeciwieństwie do baterii telekomunikacyjnych, które rozładowywane są okazjonalnie z powodu np. awarii sieci energetycznej, ect.
Odpowiadając na pytanie postawione przez właściciela jachtu, w porcie praca buforowa (gdyż skończony jest cykl ładowań baterii dla danego typu) z tym , że prostowniki jak napisałem na wstępie muszą zapewnić zasilenie odbiorów plus zapewnić ładowanie baterii. Cyklicznie co miesiąc należy poddać baterie ładowaniu forsującemu , bez kompensacji temperaturowej gdzie napięcie na ogniwo dla ładowania 12 godzinnego będzie wynosić 2,4 V/ogniwo lub 2,35V/ogniwo dla ładowania 24h. Czyni się to dla doładowania ogniw baterii i wyrównania napięć ogniw "opóźnionych". Dane powyższe dotyczą baterii VRLA ( producentów GNB, Oerlikon, Fiamm, HAWKER)

Z całym szacunkiem dla wiedzy. Oczywiście, że jest coś takiego jak kompensacja temperaturowa. Ale też nie przesadzaj za bardzo - tu nie ma aż takich wahań temperatury.

Co do porównań ze stacyjnymi bateriami w telekomunikacji - to jest zupełnie inna para kaloszy - w telekomunikacji używa się całkowicie innego systemu, z wykorzystaniem prostowników lub przetwornic dodawczych i na dobrą sprawę to nie jest czysta praca buforowa a jednak praca z przełączanie w razie awarii zasilania (słynny rezystor dodawczy i wielki stycznik St1 w prostowniku dodawczym). W nowszych układach, z przetwornicą dodawczą przełączanie odbywa się już na półprzewodnikach.
Z pojemnościami też bywa różnie - baterie, które miałem okazję osobiście obsługiwać nie wytrzymałyby 10 godzin. I też nikt tego od nich nie wymagał. Przy przerwie w zasilaniu dzwoniło się do zakładu energetycznego i jeśli awaria miała potrwać dłużej niż kilkanaście minut - odpalało się agregat.
Jedynie w przypadku mniejszych siłowni, bez własnego agregatu akumulatory były używane dłużej.
Największa bateria, przy której pracowałem to bateria CA Strowger (50 V) o pojemności 2 * 3000 Ah, ze starymi, klasycznymi ogniwami otwartymi. Przy ładowaniu cyklicznym biegało się z dzbankiem i dolewało wodę destylowaną do ogniw...
Pomniejszych baterii (2 * 60V CATg, bateria licznikowa do CA, bateria żarzenia i anodowa do systemów nośnych) nie warto wspominać - maleństwa

Chyba nie wiemy jakie parametry posiada "prostownik Waeco PerfectCharge (IU2512)". Jednak ze względu, że stanowi jak sądzę fachowe wyposażenie jachtu jest to układ zapewniający automatykę ładowania. Czyli kontroluje stan napięcia na akumulatorze. Nie wiemy jak użytkownik podłącza zasilanie z nabrzeża. Czy ma na myśli ciągłe podłączenie, czy tez okazjonalne. Także nie wiemy jak mają się do siebie akumulatory w czasie ładowania. Czy są łączone oddzielnie, czy równolegle, czy szeregowo itp. W każdym razie raczej odezwało się przewrażliwienie skoro nie wymienia się objawów uszkodzeń. I wreszcie domyślam się, że ten jacht posiada jakiś silnik spalinowy, który za pośrednictwem prądnicy wspomaga akumulatory podczas pobytu na morzu. Czyli do całkowitego ustosunkowania się trzeba jeszcze trochę informacji.

Cześć!
Można się domyślać, że instalacja jachtu jest analogiczna jak w pojazdach, z tą różnicą, że są dwa obwody niezależne: jeden dla rozruchu i drugi obwód serwisowy. W tej sytuacji muszą być albo dwa alternatory (siłownie), albo jeden alternator z separacją zasilania obwodów itp. W rezultacie powinieneś zastosować wydajny zasilacz stabilizowany około 14,4V w zależności od zapotrzebowania mocy przez odbiorniki. Czyli zasilacz miałby spełniać taką funkcję alternatora na czas postoju w porcie. W tej sytuacji baterie są ładowane stałym napięciem i po osiągnięciu tego napięcia, nie pobierają już prądu. Baterie będą już naładowane i gotowe do wyjścia w morze:-).
Pozdrawiam

Kolego RoMan-ie, w telekomunikacji tak jak w energetyce praca buforowa polega na podłączeniu prostowników, baterii i obciążenia w jeden węzeł. Nie ma żadnej komutacji przy zanikach zasilania zawodowego ac miedzy prostownikiem a baterią. Jest tylko RGR na stringach bateryjnych i bezpieczniki na odbiorach, nie muszę tłumaczyć dlaczego, sprawa oczywista. Na razie nie ma nic "półprzewodnikowego" co by miało załączać/ rozłączać odbiory mniej krytyczne, baterię z powodu rozładowania. Za duże prądy, póki co, styczniki mechaniczne nadal królują! Param się tymi zagadnieniami zawodowo.
Moim zdaniem kompensacja temperaturowa dla baterii powinna być stosowana nawet dla domowych centralek alarmowych. Dlaczego mam po 2 latach wymieniać baterię a nawet częściej , kiedy jej czas życia, fabryczny wynosi 5 lat?
Nie mówię o jachtowych bateriach , których czas życia wynosi 10 lat a nawet więcej, gdzie 160 Ah/ 12 V kosztuje ponad 600 EUR.

Moim zdaniem na niniejszym forum powinien zaistnieć temat: "prostownik akumulatorów żelowych z kompensacją temperatury"

Umówmy się co do jednego: przy akumulatorach stacyjnych pracowałem ponad ćwierć wieku temu. Od tego czasu trochę się jednak zmieniło i układu z baterią dodawczą, rezystorem (kawał szyny aluminiowej) i stycznikiem się już od dawna nie stosuje. A układ z przetwornicą dodawczą również nie potrzebuje przełączania.
Nawet w starych układach z baterią dodawczą wyeliminowano rezystor zmieniając układ na komutację diodową i stycznik pomiędzy baterią główną a dodawczą (wcześniej były połączone bezpośrednio szeregowo). Zlikwidowało to podstawową wadę starego układu, czyli potężny spadek napięcia podczas przełączania.

Kompensacja temperaturowa to dobra rzecz ale nie przesadzałbym z aż takim jej wpływem na żywotność akumulatorów. To już większy wpływ ma sama wyższa temperatura spowodowana niewłaściwą lokalizacją.

Witam!
Z moich doświadczeń wynika, że na trwałość akumulatora największy wpływ ma nadmierne rozładowanie, zwłaszcza utrzymujące się przez dłuższy czas, zbyt duże napięcie ładowania (przeładowanie) i zbyt wysoka temperatura pracy wynikająca najczęściej ze zbyt dużego poboru prądu lub na odwrót zbyt dużego prądu ładowania. Różnica 0,1V w akumulatorze 12V,w napięciu buforowym, czy końcowym przy ładowaniu akumulatora jest widoczna (chodzi o finanse), ale tylko w firmach eksploatujących duże ilości akumulatorów. W samochodach którymi jeżdźiłem akumulatory wytrzymywały zawsze ponad pięc lat, a przecież na początku miały one mechanicze regulatory napięcia, gdzie rozrzuty napięc pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami (regulatorów) dochodziły do 0,3V.

Ta różnica jest jest zdecydowanie większa niż 0,1 V.
Przy przyroście temperatury o Δt = 15°C , współczynniku temperaturowym k = - 0,005mV/ °C/ ogniwo; dla 12 V akumulatora ( 6 cel) zmiana napięcia buforowego wyniesie ΔUb = -0,45 [V].

Przykład z eksploatacji akumulatora samochodowego nie jest najszczęśliwszy, jego praca na co dzień to praca "impulsowa" , gdzie akumulator z 20% pojemnością nominalną też podoła zakręcić silnikiem. Zmieniłby kolega zdanie gdyby ta bateria miała zasilać pompę centralnego ogrzewania w domku jednorodzinnym, system bezpieczeństwa, gdzie oczekuje się zadanego czasu działania systemu.

Obawiam się że nasza dyskusja toczy się obok zasygnalizowanego przez autora postu problemu.
Panie Ronwald, absolutnie się z Panem zgadzam, że aby wykorzystać w pełni możliwości akumulatora napięcie buforowe, czy końcowe przy ładowaniu prądowym powinno zależeć od temperatury. Tylko że nic to nie zmienia. Mamy rozładowany akumulator a prostownik ma dostarczać prąd o takiej wartości, aby go ładować optymalnym prądem (do optymalnego napięcia zależnego od temperatury) i jednocześnie zasilać inne odbiorniki. Wykonanie takiego prostownika-zasilacza nawet w warunkach domowych jest jak najbardziej realne. Jeżeli istnieje zapotrzebowanie na takie rozwiązania, to z pewnoscią na rynku jest pełno takich urządzeń fabrycznych. Jeżeli nie, to pewnie większość ludzi używa zwykłych prostowników i wymienia akumulatory co 2-3 lata albo i częściej jak zapomni je naładować.

Witam Panowie.
Rozpocząłem temat i wyszło na to, że go porzuciłem... Przykro mi, ale przez kilka dni nie miałem dostępu do internetu - jak się okazuje, nawet w tym kraju się to zdarza... Ale wracając do tematu... Dziękuję wszystkim za odpowiedzi. Te same wątpliwości, o których pisaliście miałem ja rozpoczynając temat. Moim zdaniem najbardziej efektywnym sposobem ładowania dla baterii, z punktu wiedzenia jej "długowieczności", jest ładowanie buforowe. I taki właśnie układ starałem sie wykonać, podłączając prostownik pod zaciski akumulatorów przed wyłącznikami głównymi. I nie byłoby problemu, gdyby tak jak pisał kolega Ronwald, jacht pływał po morzach i oceanach, a nie stał w porcie przez znaczną część swojego żywota:) W porcie mielibyśmy ładowanie buforowe z zasilania zewnętrznego, w morzu ładowanie buforowe z alternatora i byłoby po problemie. Nie jest to jednak takie proste... Przede wszystkim, z tym staniem w porcie jest najczęściej odwrotnie. Jacht używany jest do żeglugi kilka razy w miesiącu po kilka godzin (a czasem kilka razy w roku - ale wypada mieć jacht, bo sąsiad ma... i mój musi być większy), resztę czasu spędza w porcie podłączony do zasilania z pirsu. Taki postój wiąże się oczywiście z pracą najróżniejszych urządzeń, niezbędnych do zachowania funkcjonalności łodzi. Niektóre z tych urządzeń (jak elektronika) mają pobory rzędu kilkuset mA czy kilku amperów z tym oczywiście nie ma problemu - zwłaszcza przy tej pojemności baterii. Ale pracują również urządzenia, które pobierają prądy rzędu kilkunastu amperów (myślę, że w tym przypadku max pobór może dochodzić do 25A - chwilowo, ale jednak). I nie mam pewności czy aby na pewno w takim przypadku, prostownik - dość inteligentne urządzenie skądinąd będzie prawidłowo spełniał swoją rolę (I max prostownika 35A). Co prawda, urządzenie to jest jednym z najlepszych tego typu urządzeń na rynku, posiadającym również układ i czujnik służący kompensacji temperaturowej. Przy okazji, baterie nie są umiejscowione w komorze silnika i nie są narażone na działanie wysokich temperatur - rzekłbym, że umiejscowienie ich poniżej linii wody, w okolicach zęzy zapewnia im w miarę stałą temperaturę pracy rzędu 18 - 20 C w lecie i 5 - 7 C zimą.
Podsumowując. Podłączyłem, tak jak pisałem powyżej, prostownik pod zaciski baterii decydując się na ładowanie buforowe (może nie do końca, ale jednak bardziej ono będzie chyba zbliżone do buforowego niż cyklicznego), dając użytkownikowi możliwość przeprowadzenia raz w miesiącu pełnego ładowania baterii poprzez odłączenie odbiorników od baterii wyłącznikami głównymi. Tu jednak też tkwi pewien szkopuł, a mianowicie odbiorniki, które podłączone mamy bezpośrednio do baterii z pominięciem wyłączników głównych np. pompy zęzowe, webasto... (względy bezpieczeństwa) Ale to już niestety jest według mnie tzw. życie i co najwyżej baterie popracują 93 dni krócej niż miały możliwość, gdyby były eksploatowane w optymalnych dla nich warunkach.
Jeszcze raz dziękuje wszystkim za posty.
Pozdrawiam
Mariusz.

Ja bym zwrócił uwagę na dwa szczegóły: napięcie ładowania buforowego powinno być niższe (ale pewnie ta ładowarka
pilnuje, żeby było właściwe), oraz działanie ładowarki może zakłócać działanie np. radia zasilanego z akumulatora,
zwłaszcza jeśli ładowarka jest do ładowania cyklicznego i wyłącza się po naładowaniu, potem włącza jak akumulator
odpowiednio się rozładuje - te włączenia i wyłączenia będą pewnie generować zakłócenia w odbiorze.
Może sprawdź, czy ta ładowarka, którą masz, ma jakiś przełącznik typu ładowania (buforowe albo cykliczne)?

Słuszna uwaga z tym przełącznikiem. Posiada on funkcję tzw. "sleeping mode". Jutro będę miał dostęp do dokumentacji, to sprawdzę czemu dokładnie ta funkcja służy. Ciekawą sprawą jest jeszcze jedna rzecz. Prostownik posiada trzy zaciski - dwa obwody baterii użytkowych i jeden dla baterii startowej. Teoretycznie prostownik przy prądzie maksymalnym 35A może służyć jako booster w przypadku rozruchu silnika przy niskim poziomie energii baterii, ale... Zacisk obwodu baterii startowej jest dużo mniejszy i producent oznaczył go bardzo wyraźnie "1A! start batery". Rozumiem, że rozruch silnika w przedstawionej wyżej sytuacji można przeprowadzić, kiedy baterie pracują w układzie "pararelle" (wszystkie połączone razem), ale dlaczego tylko 1A na zacisku ładowania baterii startowej?
Pozdrawiam
Mariusz

Pewnie dlatego 1A, bo to na tyle mało (1/160C w Twoim przypadku) że akumulator rozruchowy może być do tego zacisku podpięty przez 365dni w roku i będzie ładowany buforowo. W każdej chwili, gdy zjawisz się na łodzi akku jest gotowy do rozruchu.