Kolega Klet Gozdecki kupił używane jacht i oczywiście od razu pojawiły się wątpliwości co do sensowności instalacji elektrycznej. A elektryka na jachcie to jest problem porównywalny z uzależnieniem od tzw. „postępu techniki” czyli komfort za cenę komplikacji, niezawodności, a nawet niebezpieczeństwo pożaru. Nie ma nic za darmo – tak radzi nasz ekspert Tadeusz Lis. 

Tadeuszowi w imieniu Kolegi Kleta, Czytelników i Skrytoczytaczy SSI serdecznie dziękuję za wnikliwe rozpatrzenie przedstawionych wątpliwości.

Żyjcie wiecznie!

Don Jorge

===========================================

Dzień dobry Don Jorge,

Kupiłem jacht z dość zabałaganioną instalacją elektryczną i bardzo niepraktycznym i prowadzącym do niebezpiecznych sytuacji przełącznikiem źródła prądu/zasilania (Start+House / Start / House / None)

Power bank użytkowy mam na dwóch ołowiowych bateriach po 100Ah i do tego bateria startowa 100Ah.

Zasilanie jest w tej chwili z 3 źródeł: Solar MPTT, AC-DC Port Charger i alternator silnika.Aby nie trzeba było ciągle manipulować przełącznikiem źródła i nigdy nie doprowadzić do rozładowania baterii startowej, uprościłem instalację, wyrzuciłem przełącznik i całe ładowanie podłączyłem do power banku, z którego dalej poprzez diodę Shottky’ego jest ładowana bateria startowa. Rozrusznik jest podłączony wyłącznie do baterii startowej. W obecnym układzie bateria startowa jest zawsze doładowywana „nadwyżką” prądu ze źródeł ładowania, ale w trakcie używania różnych pokładowych urządzeń dioda nie pozwala na jej rozładowywanie.Ten układ działa bardzo dobrze i nigdy więcej nie miałem problemu ze słabą baterią startową.

.

Teraz chciałbym wymienić power bank użytkowy na LiFePo4 300Ah z kilku powodów: aby w pełni wykorzystać moc ładowarki solarnej i żeby szybko ładować alternatorem, kiedy jest to niezbędne, no i oczywiście trwałość i większa rzeczywista pojemność.

Wiem, że muszę ograniczać/regulować prąd ładowania z alternatora, który ma jedynie 70A mocy, ale zastanawiam się, czy można wpiąć jakiś regulator prądu ładowania w ten obwód, czy muszę przerobić tę całą instalację.

.

Nie wiem również z jakim maksymalnym stałym obciążeniem może ten alternator pracować i to przy obrotach rzędu 1200 - 2000 rpm - ale tego mogę dowiedzieć się od producenta silnika. Mam silnik Beta Marine 38KM + fabryczny alternator, ale nie pamiętam, jakie daje napięcie ładowania.

Drugie pytanie, to jaki rodzaj kontrolera prądu zastosować.

.

Mógłbym wpiąć ładowarkę DC-DC o mocy 30-40A między alternator i baterie hotelowe, ale czy taki zasilacz podniesie mi napięcie do 14,4V jeżeli alternator dawałby jedynie 13,8V? Czy będzie on samoczynnie ograniczał pobór prądu z alternatora po dojściu do swojej nominalnej mocy? Czy nie będzie jakiejś kolizji z ładowarką solarną MPPT w przypadku zasilania z obu źródeł na raz? Czy ładowanie równolegle napięciem z zasilacza DC-DC ustawionego pod LiFePO4 nie uszkodzi rozruchowej baterii ołowiowej? 

 

Pozdrawiam

Klet Gozdecki

=============================================

Szanowny Kolego.

1. Obecna instalacja – sensowne podejście. Rozwiązanie, polegające na uproszczeniu instalacji przez usunięcie ręcznego przełącznika i zastosowanie diody Schottky’ego między bankiem użytkowym a baterią startową, jest przemyślanym rozwiązaniem, które często propagowaliśmy z Jurkiem na tych łamach. Zapewnia ona automatyczne ładowanie baterii rozruchowej bez ryzyka jej
rozładowania przez zestaw hotelowy – i to bez ręcznego przełączania konfiguracji. Taki układ sprawdza się szczególnie dobrze w warunkach jachtowych.

.
2. Czy wymiana banku użytkowego na LiFePO₄ wymaga przeróbki instalacji? Nie ma potrzeby całkowitej przebudowy instalacji. Wystarczy, że zastosujesz ładowarkę DC-DC (np. 30–40 A), która:
• Chroni alternator przed przeciążeniem.
• Podnosi napięcie ładowania do poziomu odpowiedniego dla akumulatora LiFePO₄ (typowo 14,2–14,6 V).
• Samoczynnie ogranicza pobór prądu z alternatora do swojej maksymalnej mocy.
Urządzenia takie jak Victron Orion-Tr Smart 12/12-30A są w tej roli sprawdzone — posiadają soft start, tryb absorpcji i konfigurację profilu ładowania pod LiFePO₄. Chodź nie są tanie – przed zakupem poszukałbym dość głęboko w sieci konkurencyjnych ofert

.
3. Wydajność alternatora 70A a LiFePO₄. Alternator 70A przy napięciu 13,8V generuje ok. 960W brutto, ale po uwzględnieniu sprawności (50–60% wartość tylko trochę zaniżona) realnie do dyspozycji pozostaje ok. 500– 600W. LiFePO₄ jest akumulatorem bardzo „chłonnym” – może pobierać duży prąd przez długi czas – co zasadniczo odróżnia go od tradycyjnych akumulatorów. Jeżeli nie zastosujesz ogranicznika, alternator może ulec przegrzaniu lub przedwczesnemu zużyciu, szczególnie przy
niskich obrotach (1200–2000 rpm). Dlatego zastosowanie DC-DC chargera zalecałbym zdecydowanie. Jest to generalnie bolączka alternatorów jachtowych, ponieważ w przeciwieństwie do samochodów nie ma tu dużego przepływu powietrza wymuszonego ruchem pojazdu.

    

.

Czy sytuacja jest beznadziejna? Nie. Są na to dwa sposoby.

- Pierwszy to dodatkowy wentylator elektryczny z nadmuchem zimnego powietrza do komory – wprost na alternator. Tak zrobiłem na moim „Donaldzie” – ale pomysł upadł po jednym sezonie, ponieważ przesadziłem z mocą i obrotami dmuchawy. Hałas był trudny do akceptacji.
- Drugie eleganckie rozwiązanie, to dedykowana konstrukcja alternatora – jak na jachcie „Bonifacio”. Podwójny, wewnętrzny wentylator + specjalne uzwojenie, które z łatwością przeszło długotrwałe testy na hamowni w temperaturze 140 stopni C, przy poborze prądu, o ile dobrze pamiętam, 140-160A. Rozwiązanie jest bardzo pewne. To dygresja dla Kolegów, którzy rozważają większe banki akumulatorów hotelowych. Na
s/y „Bonifacio” jest ekonomiczny zestaw 7,2 KWh specjalnie selekcjonowanych akumulatorów żelowych głębokiego rozładowania. W jakimś sensie uważam tę instalację za wzorcową.

.
4. Czy ładowarka DC-DC podniesie napięcie? Tak, pod warunkiem że wybierzesz model typu boost. Przykładowo, Victron Orion-Tr 12/12-30A potrafi podnieść napięcie z 13,8V do 14,4V – niezbędnego dla prawidłowego ładowania akumulatorów LiFePO₄. Oczywiście kluczowa jest też jakość okablowania – spadki napięcia muszą być minimalne.

.
5. Czy ładowarka DC-DC sama ograniczy prąd pobierany z alternatora?
Tak. DC-DC charger działa jak odbiornik o stałej mocy. Jeśli jego wyjście to 30A × 14,4V ≈ 430W, to z alternatora przy 13V pobierze ok. 35A – i ani wata więcej. To bardzo skuteczny sposób ochrony alternatora.

.
6. Czy DC-DC będzie kolidować z ładowaniem z MPPT? Nie. Oba źródła (solar i alternator przez DC-DC) będą ładować akumulator równolegle.
Dobrze skonfigurowane regulatory będą się automatycznie „dogadywały” – LiFePO₄ ma niską rezystancję wewnętrzną i „bierze, ile mu się poda”. Oba regulatory zakończą ładowanie po osiągnięciu ustawionego napięcia absorpcji.

.
7. Czy równoczesne ładowanie LiFePO₄ zaszkodzi baterii startowej?
Nie, jeśli zachowasz obecny układ z diodą Schottky’ego. Diody te mają spadek napięcia ok. 0,3–0,5 V, więc przy 14,4V na LiFePO₄ bateria rozruchowa dostanie ok. 14,0–14,1V – całkowicie bezpieczne napięcie dla AGM lub akumulatora kwasowego.
Jeżeli chciałbyś bardziej zaawansowane rozwiązanie, można rozważyć zastosowanie przekaźnika typu Victron Cyrix-ct, który łączy banki tylko wtedy, gdy napięcie LiFePO₄ osiąga bezpieczny poziom. Czy bym go stosował? Raczej nie – na jachcie nie psują się tylko rzeczy których nie ma. Jest jeden wyjątek. Układ ma duży sens, gdy pływamy weekendowo na krótkich odcinkach, gdzie często i na krótko uruchamiamy silnik. Zwłaszcza, jeżeli silnik z racji wieku staje się z wolna niepalny, co oznacza dłuższe kręcenie rozrusznikiem.

.
8. Rekomendowane działania.

1. Pozostawić istniejący układ z diodą Schottky’ego dla baterii startowej.
2. Zamienić obecne AGM na LiFePO₄ 300Ah z BMS-em.
3. Pomiędzy alternator a bank użytkowy wstawić ładowarkę DC-DC 12/12V 30–40A, przystosowaną do LiFePO₄.
4. Regulator MPPT solara pozostawić bez zmian – działa równolegle.
5. (Opcjonalnie) Dodać monitor akumulatora Bluetooth, np. Victron SmartShunt, dla łatwego nadzoru.

.
9. Uzupełnienie na podstawie pytań Czytelników SSI.
Czy akumulator LiFePO₄ jest bezpieczny. Tak, akumulator LiFePO₄ (litowo-żelazowo-fosforanowy) jest uważany za jeden z najbezpieczniejszych chemicznie typów akumulatorów litowych, również w kontekście instalacji jachtowych. Oto szczegółowa analiza aspektów
bezpieczeństwa pożarowego.

.
Zalety LiFePO₄ pod względem bezpieczeństwa pożarowego
1. Stabilna chemia:
1. Fosforan żelaza (FePO₄) nie ulega gwałtownym reakcjom jak np. tlenek kobaltu w Li-ion (NMC/NCA).
2. Akumulator nie wydziela tlenu podczas przeładowania – ogranicza ryzyko pożaru lub wybuchu.
- Wysoka odporność na temperaturę
-  Zakres pracy: zwykle od -20°C do +60°C. Wystarczający dla naszej szerokości geograficznej.
- Samozapłon następuje dopiero powyżej 270–300°C (dla porównania Li-ion NMC – ~150°C). To duża różnicza
- Wbudowane systemy BMS (Battery Management System)
Chronią przed:
1. przeładowaniem,
2. nadmiernym rozładowaniem,
3. przegrzaniem
4. zwarciem.
4. brak efektu cieplnego łańcuchowego (thermal runaway)
- Nie dochodzi do lawinowego rozkładu elektrody jak w klasycznych
akumulatorach litowo-jonowych.
- Pożar nie ma tendencji do eskalacji

.
Ryzyka, które nadal należy uwzględnić na jachcie
1. Zwarcie mechaniczne lub błędy montażu
2. Zwarcie na poziomie zacisków może spowodować zapłon izolacji lub kabla, choć nie samego akumulatora.
3. Trzeba na to bardzo uważać – prądy zwarciowe mogą osiągną kiloampery przy większych bankach.
2. Brak wentylacji w zamkniętym przedziale

.-  Mimo że LiFePO₄ nie emituje gazów w normalnych warunkach, awarie BMS lub zwarcie mogą prowadzić do przegrzania, a nawet pożaru otoczenia.

- Dobrze jest kontrolować na panelu temperaturę wewnętrzną w komorze silnika
- Nieprawidłowy dobór ładowarki lub solarnego MPPT
- Zbyt wysokie napięcie ładowania lub brak ograniczenia prądu może uszkodzić ogniwa mimo BMS.
- To nie wada urządzenia – raczej pomyłka przy jego konfiguracji
- Wibracje i wilgoć (na jachcie)
1 Akumulatory powinny być dobrze zamocowane, zabezpieczone przed wodą morską i solą.
- Uwaga na przecieranie się kabli o laminat. Nie wolno je puszczać w
niezabezpieczonych otworach (powinny przechodzić przez gumowe
przepusty). Kosztują grosze. Dużo taniej niż nabicie powtórne gaśnic…

.
Rekomendacje bezpieczeństwa na jachcie
• Montować w wentylowanym i suchym przedziale technicznym.
• Zastosować bezpieczniki i wyłączniki awaryjne (DC fuse + disconnect).
• Użyć certyfikowanego BMS z kontrolą temperatury i balansu ogniw. Wyjątkowo tu nie oszczędzamy.
• Wybierać akumulatory renomowanych firm z certyfikatami (UN 38.3, CE, UL). Ale źródło musi być pewne. Część certyfikatów jest fałszowana.
• Mieć czujnik temperatury i monitoring napięcia/prądu (np. Victron SmartShunt).

.
Podsumowanie
Akumulatory LiFePO₄ wydają się być na dziś najbezpieczniejszą opcją litową dla jachtów. Przy prawidłowym montażu, ochronie BMS i odpowiednim systemie ładowania – ryzyko pożaru jest minimalne. Nadal jednak nie są „bezobsługowe” – wymagają starannego projektu
i instalacji.

.

Pozdrawiam cały Klan SSI

Tadeusz