Gotowe akumulatory litowe na jachcie – przegląd (cz.3/7)

LiFePO4 Mastervolt

Ten artykuł jest częścią serii siedmiu artykułów o zastosowaniu i montażu akumulatorów litowych na jachcie. Spis treści linków do poszczególnych części znajdziesz TUTAJ lub na dole tego wpisu.

Zanim przejdę do rozprawiania czy warto kupować na jacht gotowe akumulatory jonowe, to wyjaśnię w skrócie, co kryje się w ich wnętrzu. Pozwoli nam to lepiej zrozumieć temat.

Jak zbudowany jest akumulator LiFePO4?

Pojedyncze ogniwo LiFePO4 ma nominalnie 3.2V. Aby zbudować akumulator, musimy połączyć szeregowo cztery takie ogniwa. Jeśli połączymy szeregowo np. cztery ogniwa 100Ah każdy, to dostaniemy akumulator 12.8V o pojemności 100Ah. Taka najprostsza konfiguracja to 4S.

Jeśli 100Ah to dla nas za mało, to łączymy dwa ogniwa równolegle. Wówczas dostaniemy ogniwo 3.2V o pojemności 200Ah. Kiedy takie cztery pary połączymy szeregowo to powstanie akumulator 12.8V o pojemności 200Ah. Oczywiście możemy tych mniejszych ogniw sobie połączyć więcej. Konfiguracja z dwoma równolegle i potem 4 razy szeregowo to  2P4S.

2P4S
Konfiguracja 2P4S. Źródło: diysolarforum

Jakie ogniwa?

Często w skład gotowych akumulatorów wchodzi bardzo dużo małych ogniw cylindrycznych, które najpierw łączone są w równoległe bloki, a następnie szeregowo. W przypadku Tesli jest ich aż kilka tysięcy.

Akumulator Tesli
Akumulator Tesli to tysiące ogniw cylindrycznych. Źródło: qnovo

Kiedy myślimy o samodzielnym łączeniu ogniw, to nasz wybór padnie na pewno na ogniwa pryzmatyczne (ang. prismatic cells). Po prostu są większe (łączymy mniej ogniw) niż cylindryczne i łatwiej je ze sobą mechanicznie połączyć.

Co to jest BMS i dlaczego jest taki ważny?

BMS (Battery Managment System) jest to elektroniczny moduł, który czuwa na akumulatorem LFP. Jego podstawową rolą jest uniemożliwienie przeładowania lub nadmiernego rozładowania pojedynczych ogniw.

No dobra. Ale przecież mamy regulator ustawiony np. na 14.2V, co jest poziomem przecież jak najbardziej bezpiecznym – możesz sobie pomyśleć. Wszystko jest prawdą przy założeniu, że napięcie poszczególnych ogniw jest dokładnie takie samo i wynosi w tym wypadku 14.2/4=3.5V, ALE to równie dobrze może być 3.3V+3.3V+3.3V+4.3V = 14.2V!

Czyli mamy sytuację, kiedy dla regulatora jest wszystko w porządku, ale jedno ogniwo odjechało do niebezpiecznego poziomu. Żeby nie doszło do samozapłonu trzeba natychmiast przerwać ładowanie!

No i to jest podstawowa funkcja BMSa. Standardowo BMS odcina akumulator przy napięciu 3.60V-3.85V „od góry”, lub przy 2V-2.5V od dołu. BMSy uniemożliwiają też ładowanie akumulatora w temperaturach ujemnych.

Gotowe akumulatory LFP

Gotowe akumulatory litowe można podzielić na trzy grupy.

1. Litowy TOP, czyli Victrony i Mastervolty

LiFePO4 Mastervolt
LiFePO4 firmy Mastervolt. Źródło: mastervolt

Na samej górze siedzą uznane marki takie jak Victron Energy czy Mastervolt. To najwyższa półka. Jeden jedyny minus to cena, która przy 12V waha się od 10$ (Victron) do 20$ (Mastervolt) za jedną Ah (systemy 12V).

Nadają się one do budowy większego i bardziej skomplikowanego systemu, w którym akumulatory komunikują się z inwerterami, ładowarkami, alternatorami i wszelakimi regulatorami gadającymi po magistrali CAN. Możemy komunikować się z BMS i ustawiać nieskończenie wiele parametrów. Wszystko pięknie, ale za pieniądze nieosiągalne dla przeciętnego użytkownika.

LiFePO4 firmy Victron
LiFePO4 firmy Victron są najwyższej jakości ale trochę tańsze niż Mastervolt. Źródło: soltec

2. Porządne akumulatory „drop-in”

Poziom niżej mamy akumulatory „drop-in” uznanych marek takich jak Battle Born, Relion, czy Renogy.

Co to są te akumulatory drop-in? To takie akumulatory, które na zewnątrz wyglądają i mają rozmiary starych kwasowych. Ich największą zaletą jest to, że są już poskładane do kupy całą elektroniką. Ich wymiary są też jak kwasowych.

W teorii wyrzucamy stary akumulator kwasowy, wkładamy na jego miejsce nowy LFP, podłączamy 2 kabelki i koniec. Działa. Łatwość instalacji należy do ich największych zalet.

Jakie są wady? Mają one wbudowanego BMSa, który nie komunikuje się z otoczeniem. Nie wiemy dosłownie nic co dzieje się w pudełku. Musimy po prostu wierzyć, że elektronika robi swoje. Wyjątkiem w tym względzie jest, marka Lithionics, której BMS komunikuje się za pomocą Bluetooth. Jednak są to tylko podstawowe dane do odczytu i użytkownik nic nie może zmienić w ustawieniach.

W porównaniu z tańszymi odpowiednikami akumulatory “drop=in” można ładować i rozładowywać dużymi prądami. Jednak nie są w stanie komunikować się z ładowarkami i inną elektroniką.

Battle Born
1000$ za akumulator 100Ah to dla mnie za dużo… Źródło: amazon

Największą ich wadą pozostaje cena w okolicy 10$ za jedną Ah (systemy 12V). Z tego co czytałem na różnych forach to w Stanach jest spora grupa ludzi, która jest w stanie tą cenę zapłacić. Dla mnie wydanie 4000$ (za 400Ah) na akumulatory to nadal za dużo.

3. Najtańsze „drop-in”

Chciało by się tu napisać najtańsze CHIŃSKIE akumulatory drop-in, ale WSZYSTKIE ogniwa są produkowane właśnie w Chinach. Nawet ogniwa do Victronów. To co decyduje o końcowej jakości akumulatora to jakość BMSa i reszty komponentów. No i jak to wszystko jest złożone do kupy.

Ponieważ producenci akumulatorów litowych w tej grupie konkurują ceną to muszą oszczędzać na podzespołach. Problemem jest tu maksymalny ciągły prąd ładowania i rozładowania.  Są one różne w zależności od producenta, ale najczęściej jest to około 0.25C (czyli 25 amperów dla akumulatora 100Ah, lub 50 dla 200Ah itd.). Po prostu cienkie kable i lichy BMS przegrzewają się od większego prądu. O ile np. w systemach solarnych, gdzie prądy są małe, jest to do zaakceptowania, to na jachcie już nie.

Druga sprawa, że o ile użyte ogniwa mogą być całkiem niezłe, to najprawdopodobniej prędzej czy później padnie BMS. Wtedy akumulator jest do wyrzucenia.

Tani LFP
Najtańsze LFP mają w środku tanią elektronikę. Źródło: amazon

Cena najtańszych to ok. 5$ jedną Ah. To jest dopiero cena, od której ja zaczynam myśleć realnie o przesiadce z AGM.   

Seria artykułów o akumulatorach litowych na jachcie

Trochę sporo mi tego wyszło. Dlatego podzieliłem cały artykuł na siedem mniejszych części. Linki do nich poniżej:

  1. Akumulatory litowe na jachcie – wprowadzenie
  2. Dlaczego akurat akumulatory litowe na jachcie?
  3. Gotowe akumulatory litowe na jachcie – przegląd
  4. Możliwe topologie systemu LFP na jachcie
  5. Samodzielny projekt akumulatorów litowych na jachcie
  6. Ładowanie akumulatorów LiFePO4
  7. LiFePO4 na jachcie Crystal – co mamy?