Аккумулятор для лодки LiFePO4 и морские объекты на ячейках Winston

Что требует море от батареи

Аккумулятор для лодки LiFePO4 работает в условиях, которых на суше почти не бывает: влажность под сто процентов, соляной туман, удары волны и вибрация мотора часами подряд. Свинцовая батарея в таких условиях живёт два-три сезона, а у литиевой сборки слабым местом становятся не химия, а корпус, клеммы и соединения. Поэтому для судов и морских объектов мы подбираем ячейки Winston LYP: их конструкция изначально рассчитана на долгую работу без обслуживания там, где до батареи не всегда легко добраться.

Три фактора, которые сокращают жизнь батареи на воде:

• Соль и влага. Металлический корпус ржавеет, на клеммах растёт окисел, переходное сопротивление контакта увеличивается, и соединение начинает греться.
• Вибрация и удары. Ослабевают болтовые соединения, перетираются провода, внутри мелких ячеек со временем страдают сварные перемычки.
• Безопасность в замкнутом объёме. Пожар на судне потушить сложнее, чем на берегу, а уйти от него некуда. Химия батареи должна не допускать теплового разгона даже при повреждении.

Почему ячейки Winston подходят для воды

У ячеек Winston пластиковый корпус. Он не проводит ток, не ржавеет и не боится соли, поэтому случайный контакт корпуса с мокрой палубой или металлическим отсеком не создаёт утечки. Электроды изготовлены на водном связующем вместо PVDF, а катод на основе литий-железо-фосфата с иттрием (LiFeYPO4) не выделяет кислород при нагреве. В результате у ячейки нет теплового разгона: при перезаряде или механическом повреждении она может вздуться, но не загорается.

Вторая важная особенность - крупные ячейки. Winston выпускает модели от 40 до 1000 Ач, и ходовую или бортовую батарею можно собрать одной последовательной цепочкой, без параллельных групп. Каждое соединение на судне - это место, где со временем появится окисел или ослабнет болт. Чем их меньше, тем дольше батарея работает без вмешательства.

Остальные цифры тоже важны на воде: ресурс 8000 циклов при глубине разряда 70 %, разряд от −45 до +85 °C, саморазряд не больше 1 % в месяц. Последнее особенно ценно для лодок, которые простаивают зиму: весной батарея берёт почти тот же заряд, с которым её оставили осенью.

Где применяют ячейки LYP

• Прогулочные лодки и катера - бортовая сеть 12 или 24 В: эхолот, навигация, освещение, холодильник, якорная лебёдка, электромотор для троллинга.
• Электрические и гибридные суда - ходовая батарея 48-400 В для прогулочных теплоходов, паромов, рабочих катеров.
• Рыболовные и рабочие суда - резервное питание навигации и связи, питание бытовых нагрузок на стоянке без работы дизель-генератора.
• Береговые и морские объекты - маяки и навигационные знаки, гидрометеопосты, плавучие причалы, накопители для островных посёлков с солнечными панелями и ветряками.

Подробно о выборе бортовой батареи для небольшой лодки мы рассказываем в статье «Литиевый аккумулятор для лодки: как выбрать», а здесь разберём, как считать сборку и на что смотреть при монтаже.

Расчёт: две типовые сборки

Катер с бортовой сетью 12 В. Нагрузки за сутки на стоянке: холодильник, освещение, навигация и связь - около 2,5 кВт·ч. Четыре ячейки WB-LYP300AHA последовательно дают 12,8 В × 300 Ач = 3,84 кВт·ч. При глубине разряда 70 % доступно 2,7 кВт·ч - запас на сутки без запуска мотора. Ячейки весят 38 кг. Свинцовую батарею для той же доступной энергии пришлось бы разряжать не глубже 50 %, и её ёмкость вышла бы около 450 Ач при массе примерно 135 кг.

Электросудно с ходовой батареей 48 В. Нужно около 35 кВт·ч. Шестнадцать ячеек WB-LYP700AHA в одной цепочке дают 51,2 В × 700 Ач = 35,8 кВт·ч. Та же энергия на ячейках 100 Ач потребовала бы семь параллельных групп по шестнадцать ячеек.

Разница в семь раз по числу соединений на судне означает семикратно меньше мест, где может появиться нагрев от окисленного контакта. Для ещё более крупных судов есть WB-LYP1000AHC на 1000 Ач, а ячейки 2000 и 10 000 Ач мы поставляем по запросу под конкретный проект.

Монтаж на борту

• Место. Сухой отсек выше уровня трюмной воды, подальше от выхлопа и двигателя. Литий-железо-фосфат в нормальном режиме не выделяет газ, поэтому принудительная вентиляция, как для свинца, не нужна, но жары лучше избегать.
• Стяжка и крепление. Призматические ячейки стягивают пластинами и шпильками, а весь блок крепят к корпусу судна так, чтобы при качке он не смещался ни на миллиметр. Ячейки на 300 Ач и больше весят 9-21 кг каждая, и незакреплённая батарея на волне становится тараном.
• Клеммы и шины. Медные лужёные шины, гровер или самоконтрящиеся гайки, момент затяжки по таблице для каждой модели. После сборки клеммы покрывают защитной смазкой и закрывают крышками. В первый сезон затяжку проверяют через месяц, дальше - раз в год.
• Защита. Предохранитель или автомат у плюсовой клеммы, выключатель массы, система управления батареей (BMS) с контролем каждой ячейки и отключением заряда при низкой температуре.
• Заряд. От генератора мотора - через преобразователь DC-DC с профилем LiFePO4, от берега - зарядным устройством на 14,2-14,6 В для батареи 12 В. Ячейки Winston LYP заряжаются и разряжаются при температуре от −45 до +85 °C, поэтому заряд от мотора работает и холодным утром.

Общие правила сборки из ячеек мы собрали в статье «Сборка аккумулятора LiFePO4 из ячеек».

Сезон и зимовка

Для большинства лодок в России навигация длится пять-семь месяцев, остальное время судно стоит на берегу. Литиевой батарее зимовка не страшна: заряжаем её примерно до 50-60 %, отключаем все нагрузки выключателем массы и оставляем в сухом месте. Мороз ячейкам Winston не вредит: они заряжаются и разряжаются при температуре от −45 до +85 °C, поэтому весной батарею можно ставить на заряд сразу, не дожидаясь тепла. О поведении ячеек при низких и высоких температурах подробнее - на странице «Батареи для экстремальных условий».

Инженеры АйПи помогут подобрать ячейки под ваше судно или береговой объект: пришлите список нагрузок, напряжение бортовой сети и размеры отсека, и мы предложим схему батареи.