Электричество в автодоме и кемпере

Электросистема не рассчитанных на длительные поездки автомобиля или кемпера достаточно проста. В ней есть дополнительный аккумулятор небольшой емкости, блок предохранителей на 4-6 цепей и несколько маломощных потребителей – освещение, обогреватель, 12-вольтовая и USB розетки. Единственным устройством контроля может быть простой вольтметр, а устройств зарядки аккумулятора может не быть вовсе.

Требования к электросистеме

Положение меняется, если владелец автодома намеревается проводить в поездках по нескольку дней или недель. В этом случае возрастают требования к уровню комфорта и без дополнительного бытового оборудования, способного обеспечить его, уже не обойтись.

Из-за появления новых мощных потребителей приходится задействовать все возможные источники электрической энергии. Их в автономной электросистеме транспортного средства три – солнечные панели, генератор автомобильного двигателя и розетка для подключения к стационарной электрической сети (источниками электричества также могут служить переносной бензиновый генератор, топливные элементы или ветрогенератор)

Однако каждый из перечисленных источников электричества какую-то часть времени оказывается недоступен. Стационарная сеть есть далеко не везде. В пасмурные дни солнечные панели не выдают необходимое количество электричества, а автомобильный генератор вырабатывает ток только во время работы двигателя

В таких условиях не обойтись без накопителя электрической энергии – сервисной аккумуляторной батареи. Она служит буфером между источниками и потребителями и покрывает потребности бортового оборудования тогда, когда источники электричества по каким-то причинам не могут их обеспечить.

Аккумуляторную батарею приходится периодически заряжать. Но делать это напрямую от источников электричества нельзя, поэтому в системе также должны существовать преобразователи, приводящие напряжение и ток источников к уровню, пригодному для зарядки аккумулятора или в форму удобную для питания мощных бортовых потребителей

Производство, накопление и потребление электричества должны быть согласованы между собой. В противном случае переизбыток энергии может повредить аккумуляторную батарею, а ее недостаточное количество не даст бортовому оборудованию нормально работать. В простой электросистеме роль системного контроллера выполняет пользователь, который самостоятельно следит за 1 или 2 наиболее важными параметрами.

В сложной системе полагаться на пользователя нецелесообразно. Количество требующих внимания характеристик увеличивается до несколько десятков, а ущерб от его невнимательных или неправильных действий может оказаться весьма значительным. Следовательно, функции управления и контроля должны быть возложены на один из компонентов системы.

Блок управления системой должен собирать информацию о состояние всех входящих в нее устройств, согласовывать их совместную работу и при необходимости, автоматически отключать их. Кроме этого, блок управления должен в удобном виде предоставлять собранную информацию пользователю, чтобы тот в любой момент мог изменить настройки оборудования или принять важные решения касающиеся работы бортовой системы жизнеобеспечения

Состав электросистемы

Таким образом бортовая электросистема автодома или кемпера может состоять из следующих устройств:

• Сервисная аккумуляторная батарея
• Инвертор, AC-DC зарядное устройство и переключатель источников питания бортовой сети
• DC-DC зарядное устройство — для зарядки сервисного аккумулятора от генератора двигателя
• Солнечные панели и МРРТ контроллер
• Блок управления системой и блок управления DC нагрузкой
• Системный монитор
• Мобильное приложение для контроля за текущим состоянием оборудования с помощью телефона

Кратко опишем ее основные компоненты

Сервисный аккумулятор

Сервисная батарея – это основной элемент автономной электросистемы автодома. Ее емкость зависит не только от количества, мощности и предполагаемого времени работы установленного на борту оборудования, но и от технических характеристик аккумуляторов

Например, заряженность свинцово-кислотных аккумуляторов никогда не должна опускаться ниже 30% (иначе аккумулятор будет поврежден). При этом заряд 80 до 100 % у аккумуляторов этого типа занимает 4-8 часов. Так долго устройства зарядки на транспортном средстве практически никогда не работают, поэтому фактическая доступная емкость аккумуляторной батареи составляет лишь 80-30 = 50% от номинальной.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы для автодома

Это значит, что при суточном потреблении электричества 200 Ач, сервисная батарея должна иметь емкостью как минимум 400 Ач, а с учетом неизбежных потерь емкости в процессе эксплуатации и небольшого запаса «на всякий случай» еще больше. Вес батареи при этом составит около 130 кг, а размеры – 330 х 680 х 240 мм

В отличии от свинцово-кислотных, специально разработанные для транспортных средств литий-железо-фосфатные аккумуляторы выдерживают многократный 100% разряд без какого-либо ущерба для себя, а для их полной зарядки требуется гораздо меньше времени. Доступная емкость такого аккумулятора близка к номинальной, поэтому в некоторых случаях емкость сервисной батареи, составленной их LFP аккумуляторов, может быть равна суточному потреблению электричества на борту. Это означает, что в рассмотренном ранее примере свинцово-кислотную батарею емкостью 400 Ач можно заменить на литий-железо-фосфатную емкостью 200 Ач. LiFePO4 аккумулятор такой емкости имеет корпус размером 380 х 225 х 325 мм и весит 25 кг

Инвертор с зарядным устройством

Инвертор, зарядное устройство и переключатель источников питания служат для создания на борту сети 220 В. Инвертор преобразует постоянное напряжение сервисной батареи в переменное, AC-DC устройство заряжает аккумулятор от стационарной электрической сети, а переключатель автоматически выбирает какой источник, сеть или инвертор, использовать для питания бортового оборудования.

Вместо трех независимых устройств удобнее использовать одно комбинированное. Оно реализует те же функции, но занимает меньше места и требует меньшего количества проводов и соединений. Комбинированные модели как правило выпускаются на основе низкочастотных инверторов, поэтому без труда справляются с питанием насосов, кондиционеров, электроинструмента и другой индуктивной нагрузки, а входящее в их состав зарядное устройство способно обеспечивать ток 100-180 А и поэтому отлично подходит для быстрой зарядки LiFePO4 аккумуляторов.

Инверторы, комбинированные с зарядными устройствами

Важная особенность комбинированных устройств – функции Power Control и Power Assist. Благодаря Power Control устройство уменьшает ток зарядки аккумуляторов так, чтобы не допустить срабатывания «берегового» автоматического выключателя, если мощность сетевого подключения ограничена. Power Assist позволяет инвертору работать одновременно с сетью. Если ток, потребляемый оборудованием дома на колесах, превышает возможности «береговой» сети, устройство переходит в режим инвертора, синхронизирует выходное напряжение с сетью и работает параллельно с ней, обеспечивая бортовые устройства необходимой мощностью.

DC-DC зарядное устройство

Регулятор стандартного автомобильного генератора поддерживает напряжение 14,0 – 14,4 В, а напряжение генератора, управляемого ECU, зависит от режима движения автомобиля и колеблется от 11,0 до 16,0 В. Поэтому сами по себе генераторы обоих типов являются плохими зарядными устройствами. Если их подключить к сервисной батарее напрямую или, например через реле, то первый будет систематически перезаряжать аккумуляторы, а у второго периоды перезаряда будут чередоваться с полным отсутствием зарядки

Емкость сервисной батареи автодома или кемпера как правило в несколько раз превышает номинал автомобильного генератора. Поэтому даже на половину разряженный литий-железо-фосфатный аккумулятор создает для генератора очень большую нагрузку и заставляет его несколько часов работать на полную мощность.  При недостаточном охлаждении генератор перегревается и в худшем случае выходит из строя.

DC-DC устройство устраняет описанные недостатки.  Во-первых, его выходное напряжение зависит не только от напряжения генератора, но и от состояния аккумуляторной батареи. Поэтому аккумуляторы никогда не перезарядятся. Во-вторых, устройство ограничивает ток, потребляемый батареей, а значит позволяет контролировать нагрузку на генератор.

Несколько DC-DC устройств могут работать параллельно, но как правило при токе 100 А и более необходимо устанавливать отдельный зарядный генератор. Для литий-железо-фосфатного аккумулятора DC-DC устройство является обязательным

Системный монитор

Системный монитор – это единый информационный центр автодома. Он предоставляет пользователю текущую информацию о бортовой системе жизнеобеспечения, позволяет настраивать и контролировать устройства зарядки, а также следить за электрической нагрузкой.  Получаемые данные монитор записывает и хранит, поэтому пользователь может проверить работоспособность системы или узнать причины произошедшего сбоя

Монитор поддерживают распространенный среди производителей оборудования для автодомов сетевой стандарт передачи данных CI-BUS. Поэтому если в автодоме установлен обогреватель, кондиционер, холодильник, бензиновый генератор или другие устройства, умеющие передавать данные по сети CI-BUS, информация о их работа также появится на дисплее монитора

Блок нагрузки

Управление нагрузкой происходит следующим образом. Пользователь нажимает клавишу на беспроводном выключателе или иконку на дисплее системного монитора. Блок управления PCU получает сигнал и передает его по сети в блок нагрузки, который включает или отключает соответствующую цепь.

Помимо описанных, в блоке предусмотрены выходы для неотключаемых устройств, например холодильника или USB порта, а также выходы, контролируемые реле. Модуль управления может замыкать или размыкать реле в зависимости от определенных условий, например состояния аккумуляторной батареи

Цифровая коммутация на 70% сокращает количество проводов, экономит место и позволяет смонтировать оборудование в автодоме гораздо быстрее