Аккумуляторы в кемпере

Аккумуляторная батарея – это основа электрической системы кемпера. Без нее не обойтись ни в короткой поездке выходного дня, ни в многодневном путешествие по стране. Правильно подобранный аккумулятор позволяет не только заряжать мобильные устройства, подогревать еду, охлаждать напитки, но и наслаждаться лагерем ночью, не беспокоясь о том, что на следующий день холодильник и водяной насос перестанут работать, а свет не удастся включить

 Виды аккумуляторов для кемпера

Чаще всего для создания сервисных аккумуляторных используются гелевый, AGM или LFP аккумуляторы

AGM и гелевые – это две разновидности свинцово-кислотных аккумуляторов. У обоих герметичные корпуса, поэтому их можно устанавливать в любом положении, в том числе в жилых отсеках и в местах с плохой вентиляцией.  Из-за внешнего сходства AGM иногда ошибочно принимают за гелевые, но в конструкции аккумуляторов существует разница

Гелевые аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы хорошо выдерживают глубокий разряд и лучше работают при повышенной температуре. Однако они более чувствительны к напряжению и току зарядки. Напряжение окончания зарядки для гелевого аккумулятора не должно превышать 14,1-14,4 Вольта. Полностью заряженный аккумулятор рекомендуется поддерживать при напряжении 13,5-13,7 В. Автомобильный генератор не умеет изменять напряжение в зависимости от состояния аккумулятора, поэтому заряжать гелевые аккумуляторы напрямую от генератора нужно с осторожностью

AGM аккумуляторы

Как и в гелевом в AGM аккумуляторе нет жидкого электролита. Но если в гелевом электролит находится в желеобразном состоянии, то в AGM электролитом пропитано пористое стекловолокно, плотно зажатое между свинцовыми пластинами, которые иногда дополнительно скручивают в спираль. Такая конструкция обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, поэтому аккумулятор способен отдавать высокий ток при разряде и принимать его при заряде. Другими словами, AGM аккумулятор можно быстро заряжать и использовать для питания мощной нагрузки, например инвертора.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

Литиевый (литий-железо-фосфатный – LFP) аккумулятор по химическому составу отличается от AGM и гелевого. В нем нет тяжелых свинцовых пластин, поэтому при равной номинальной емкости аккумулятор этого типа в три раза легче свинцово-кислотного. При емкости батареи 200 Ач разница в весе между LFP и AGM аккумуляторами составляет более 40кг.

Поскольку любое дополнительное оборудование уменьшает полезную нагрузку кемпера, то возникает естественное желание заменить AGM аккумуляторы на литиевые и вместо свинцового балласта взять больше одежды, еды, лишнюю канистру топлива или воды. В дальней поездке по безлюдным местам это может иметь большое значение

Как и все свинцово-кислотные, гелевые и AGM аккумуляторы чувствительны к глубине разряда. Чем сильнее разряжается аккумулятор, тем меньше циклов заряда-разряда он выдерживает. Чтобы максимально увеличить срок службы, разряжать аккумуляторы этого типа рекомендуется до 50% емкости.

DC-DC зарядные для аккумуляторов емкостью 200 Ач и более

Но ограничивая глубину разряда при заданном потреблении, приходится увеличивать емкость аккумуляторной батареи. Например, если суточный расход электроэнергии равен 100 Ач и мы хотим разряжать аккумулятор на 50%, то нам потребуется аккумуляторная батарея емкостью 100/0,5 = 200 Ач. Из-за этого вдвое возрастают первоначальные затраты и требуется больше места для установки.

Срок службы литий-железо-фосфатных батарей не сильно зависит от глубины разряда. LFP аккумуляторы безопасно разряжать на 80-90% емкости, поэтому для хранения того же количества электричества аккумуляторов нужно меньше. А с учетом того, что объемная плотность энергии литиевых батарей выше, чем свинцово-кислотных (при равной емкости LFP батарея меньше по объему чем AGM), место, отведенное в кемпере под аккумуляторы, можно существенно уменьшить

Сервисная батарея в кемпере работает в режиме частичного заряда-разряда. Аккумулятор глубоко разряжается, но потом никогда не заряжается до 100%. Из-за не полного заряда в пластинах свинцово-кислотного аккумулятора образуются твердые кристаллы сульфата свинца. При регулярном недозаряде они постепенно растут и аккумулятор теряет емкость. Литиевый аккумулятор недозаряда не боится, поэтому лучше других подходит для установки в кемпере

Недостатки у литиевых аккумуляторов то же есть. LFP аккумулятор нельзя заряжать при отрицательной температуре, а также нельзя использовать для запуска двигателя. Кроме того, LiFePO4 аккумулятор – это электронное устройство, которое в определенных обстоятельствах может внезапно выключится или выйти из строя. Внутри же AGM аккумулятора только раствор серной кислоты и свинец. Это технология, проверенная временем, внезапный выход из строя ему не грозит

Но главный недостаток литиевого аккумулятора – это цена. На сегодняшний день LFP аккумулятор стоит почти в два раза дороже чем AGM той же номинальной емкости. Но несмотря на это, 1 кВт/ч электрической энергии, вырабатываемой литиевым аккумулятором, часто оказывается в несколько раз дешевле, чем у AGM.

При регулярном разряде AGM аккумулятора до 50% он, скорее всего, выдержит около 600 циклов, а затем аккумулятор придется заменить. Раз так, то AGM лучше подойдет для питания нагрузки в кемпере, используемом для поездок всего несколько раз в год. Если же владелец путешествует с кемпером постоянно, а значит регулярно разряжает и заряжает установленную в нем сервисную батарею, предпочтение следует отдать литиевому АКБ. LFP аккумулятор легко проработает 3000- 5000 циклов, в результате стоимость 1 кВт/ч окажется ниже, а аккумулятор экономически выгоднее.

Условия работы аккумулятора в кемпере

Аккумулятор кемпера работает иначе, чем его собрат распложенный под капотом автомобиля.

Во-первых, при запуске двигателя стартовый аккумулятор разряжается в течении 5-10 секунд и за это время теряет не более чем 3-5% своего заряда. В отличии от него аккумулятор кемпера на стоянке непрерывно питает нагрузку в течении нескольких часов. Причем среди подключенного к нему оборудования могут быть не только зарядное сотового телефона или светодиодные лампы, но и инвертор. Разряд до 50 или даже 70% емкости для сервисного аккумулятора — это норма.

DC-DC зарядные для аккумуляторов емкостью 100-150 Ач

Во-вторых, основной источник зарядки в автомобиле, генератор двигателя, специально спроектирован для работы со стартовым аккумулятором. Регулятор генератора поддерживает напряжение 14,2±0,2В, а после того, как температура под капотом возрастает, понижает его, чтобы не перезарядить аккумулятор. При этом аккумулятор находится на расстоянии не более 1 м от генератора и напряжение на его на клемме примерно равно напряжению генератора.

Падение напряжения

При протекании тока по проводнику в нем возникает падение напряжения. Причина этого явления в сопротивлении, оказываемом току пассивными элементами цепи – материалом проводника, контактами и разъемами. Чем длиннее проводники и хуже соединяющие их контакты, тем больше потери. Компенсировать падение напряжения можно понизив сопротивление цепи или увеличив сечение проводника

Для расчета падения напряжения в медном проводе можно использовать следующую формулу:

V = 0.017*L*I/S

V — Падение напряжения

L — общая длина провода в метрах (включая обратный отрицательный проводник).

I = Ток в амперах текущий по проводнику.

S — площадь поперечного сечения меди в квадратных миллиметрах.

Коэффициент 0,017 относится только к меди, поэтому приведенная формула применима только к проводникам из этого металла при температуре 25°C. С ростом температуры падение напряжения увеличивается примерно на 0,4% на каждый °C.

Пример

От стартового аккумулятора до кемпера в автомобиле проложено 16 м медного провода сечением 2,5 мм². Какое падение напряжения возникнет в цепи при токе 10 А?

16 x 10 x 0,017 = 2,72. Площадь поперечного сечения провода 2,5 мм². Тогда, падение напряжения 2,72/2,5 = 1,088 Вольта. Это означает, что при напряжении генератора 14,0 Вольт напряжение на клемме аккумулятора кемпера окажется равным 12,9 В. Ток, текущий по проводу, нагревает его, поэтому даже если температура окружающего воздуха всего 25°C, провод будет горячее и падение напряжения в нем увеличится.

Вычисленное падение напряжения не учитывает потерь в разъеме, соединяющем электрические системы прицепа и автомобиля. Но и без дополнительных расчетов видно, что 12,9 Вольт недостаточно ни для зарядки свинцово-кислотного, ни тем более литий-железо-фосфатного аккумулятора, расположенного в кемпере

Как зарядить аккумулятор в кемпере

Как уже говорилось, регулятор автомобильного генератора поддерживает напряжение 14,2±0,2 Вольта. При постоянном напряжении источника напряжение внутри аккумулятора медленно растет, а потребляемый им ток постепенно падает по экспоненциальной кривой. При этом чем ниже напряжение на клеммах, тем меньше начальный ток и тем медленнее идет зарядка. В реальных условиях для того, чтобы таким способом полностью зарядить аккумулятор требуется много часов.

Вместо того, чтобы поддерживать неизменным выходное напряжение источник зарядки может регулировать его так, чтобы постоянным был ток. Когда напряжение аккумулятора в процессе зарядки растет, источник повышает напряжение до тех пор, пока оно не достигнет определенного порога.

Источник постоянного тока за тоже самое время передает аккумулятору больший заряд, чем источник, постоянного напряжения. Или, говоря другими словами, он быстрее заряжает аккумулятор. Этот принцип используют все современные зарядные устройства, заряжающие аккумуляторы в несколько этапов.

Мощный автомобильный генератор тоже может быть отличным устройством зарядки. Но в своем первоначальном виде он плохо подходит для этой задачи. Регулятор генератора не умеет реагировать на состояние расположенного на расстоянии несколько метров аккумулятора кемпера. В результате из-за длинного кабеля недостаточного сечения и устаревшего разъема напряжение на клеммах аккумулятора оказывается гораздо ниже, чем на выходе генератора и его уже не хватает для зарядки. В идеале, генератор должен только вырабатывать электрическую энергию, а регулировать ее передачу аккумулятору кемпера, изменяя напряжение и ток должно другое устройство.

Устройство, преобразующее постоянное напряжение одной величины в постоянное напряжения другой, называется DC-DC конвертером. Конвертер, изменяющий свое выходное напряжение и ток в зависимости от напряжения и температуры аккумулятора, называется зарядным конвертером или DC-DC зарядным устройством

Возможности DC-DC зарядного:

• Заряжает аккумулятор в несколько этапов – постоянный ток, постоянное напряжение, поддерживающая зарядка. Аккумулятор быстро восстанавливает заряд и не перезаряжается
• Для каждого типа аккумуляторов можно установить рекомендуемый производителем режим зарядки. Аккумулятор служит дольше
• Компенсирует падение напряжения. Например, напряжение на входе устройства может быть 12 Вольт, при этом на выходе будет 14,4 Вольт
• Изолирует аккумуляторы на стоянке. Дополнительное оборудование не требуется
• Ограничивает ток. Защищает генератор от перегрузки, если ему приходится заряжать батарею большой емкости

 

Интересный эксперимент по зарядке аккумулятора кемпера провела компания Sterling Power. Сначала прицеп соединили с автомобилем Range Rover стандартным разъемом, и заряжали аккумулятор непосредственно от автомобильного генератора. Затем между генератором и аккумулятором установили DC-DC зарядное устройство, а кабель с жилами по 2,5 мм ² заменили на провода сечением 25 мм ²

В первом случае при работающем двигателе напряжение на аккумуляторе, не поднималось выше 12,88 Вольт при токе 3,7 – 4,1 А. Во втором напряжение на аккумуляторе кемпера выросло до 14,2 Вольт, а ток зарядки составил 40 А

Не сложно посчитать, что за 1 час напрямую от генератора аккумулятор получил бы 4,1 × 12,9 × 1 = 52,9 Втч электрической энергии. Когда же в цепи присутствовало DC-DC зарядное то это значение возрастало до 40 × 14,2 × 1 = 568 Втч

На практике это означает, что разряженный на половину аккумулятор емкостью 100 Ач генератор зарядит за:

50Ач ÷ 4,1 А = 12 часов, а DC-DC зарядное за:

50Ач ÷ 40 А = 1 час 15 минут:

Таким образом DC-DC зарядное не только продлевает срок службы аккумулятора (для каждого типа АКБ можно установить рекомендуемый режим зарядки), но и решает проблемы автономного энергоснабжения кемпера. В поездке путешественникам больше не обязательно привязываться к стоянкам, оборудованным стационарным электричеством. Зарядить аккумулятор кемпера они смогут в течении 1-2 часов движения по трассе