Jak szybko możemy ładować akumulatory na jachcie?

Ładowarka Sterling

Ciągniemy dalej wątek akumulatorów AGM, czyli kwasowych. W poprzednim artykule zastanawiałem się jak je ładować, aby służyły nam jak najdłużej. Dzisiaj przeczytasz o tym, ile w praktyce trwa (do)ładowanie akumulatora AGM w zależności od prądu ładowania. Przytaczane wyniki pewnie Cię zaskoczą, ponieważ nie odbywa się to tak szybko, jak by się mogło wydawać na pierwszy rzut oka.

Aby w pełni zrozumieć poruszane tu zagadnienia trzeba znać podstawowe definicje, które zostały omówione w artykule “Jak poprawnie ładować akumulatory na jachcie”. Zajrzyj tam, żeby lepiej zrozumieć o czym piszę poniżej.

Jeśli jesteś zainteresowany artykułem o ładowaniu akumulatorów litowych, to zapraszam do lektury wpisu “Ładowanie akumulatorów LiFePO4“.

Ten artykuł jest dosyć długi, więc żeby ułatwić Ci nawigowanie po nim oto spis treści według nagłówków:
Wstęp
Większy prąd ładowania = szybsze wyjście z pierwszej fazy + obniżanie prądu ładowania
Eksperyment Roda Collinsa
Ładowanie akumulatora różnym prądem – wnioski
Prąd ładowania C – ile to będzie w praktyce?
Ile wydusimy z alternatora?

Doładowywanie za pomocą generatora
Doładowywanie za pomocą przenośnego generatora Honda
Podsumowanie
Linki do pozostałych części poradnika:

Wstęp

Z poprzedniego wpisu wiemy, że proces ładowania składa się z trzech fa: bulk, absorption i float (wybacz, że po angielsku, ale nie jestem pewny właściwego tłumaczenia na język polski). Ładowarki ładują swoim maksymalnym prądem tylko w pierwszej fazie “Bulk”. Po osiągnięciu zadanego napięcia prąd ładowania zaczyna spadać i proces ładowania staje się coraz bardziej nieefektywny. Dlatego, żeglarze po przejściu do fazy absorbcji zwykle wyłączają silnik czy generator. W dalszych rozważaniach będziemy domyślnie doładowywać akumulator AGM rozładowany w 50%.

Większy prąd ładowania = szybsze wyjście z pierwszej fazy + obniżanie prądu ładowania

Pamiętajmy, że punkt w którym nasz akumulator osiągnie zadane napięcie i przejdzie do fazy absorbcji zależy bezpośrednio od tego, jak dużym prądem będziemy go ładować. Pisząc punkt mam na myśli procent stanu naładowania akumulatora, czyli SOC – State of Charge.

Popularna jest obiegowa opinia, że akumulatory kwasowe można ładować szybko do 80-85% ich naładowania. Nie jest to prawda (niestety…).

Przyjrzyjmy się po raz kolejny wykresowi, który analizowałem już w poprzednich artykułach:

Fazy ładowania akumulatora kwasowego
Ładowanie akumulatora AGM firmy Lifeline prądem 0.15C

Powyżej widzimy proces ładowania akumulatora firmy Lifeline prądem 0.15C (czyli 15% pojemności akumulatora; zajrzyj do poprzedniego artykułu “Jak poprawnie ładować akumulatory na jachcie”, jeśli to dla ciebie czarna magia). Ładowarka wyszła z fazy bulk do absorbcji po czasie 1.7 godziny. Przy założeniu, że sprawność ładowania w fazie bulk jest bliska 100% prawdziwe jest poniższe wyliczenie.

0.15C x 1.7h = 25.5%

Wynika z tego, że faza bulk zakończyła się przy naładowaniu akumulatora 75.5%. I to przy ładowaniu relatywnie niewielkim prądem 0.15C!

Ponizej eksperyment pokazujący, że przy wyższych prądach nastąpi to jeszcze syzbciej.

Eksperyment Roda Collinsa

Rod Collins to jeden z moich ulubionych jachtowych guru. Nie powiela krążących mitów, a zamiast tego mówi “SPRAWDZAM!”. Przeprowadził on następujący eksperyment.

Akumulator o doświadczalnie potwierdzonej pojemności rozładowywał do 50%, a następnie ładował prądami 0.2C i 0.4C w różnych wariantach:

1. Ładowanie prądem 0.2C i 0.4C do 100%
2. Ładowanie prądem 0.2C i 0.4C przez 2 godziny
3. Ładowanie prądem 0.2C i 0.4C przez 1 godzinę

Przypomnijmy, że prąd 0.2C to prąd o natężeniu 20% pojemności akumulatora. Czyli przykładowo 20 amperów dla akumulatora o pojemności 100Ah. Prąd 0.4C bedzie wynosił odpowiednio 40 amperów.

Poniżej tabela podsumowująca wyniki* i wykresy je obrazujące:

Prąd ładowaniaCzas do 100%% naładowania po 1h% naładowania po 2hWyjście z bulk po
0.2C5h42min71%87%1h16min@75%SOC**
0.4C5h30min85%96% 19min@63%SOC
Ładowanie akumulatora od stanu naładowania 50%

* za każdym razem doładowywujemy od 50% SOC
** SOC – State of Charge, czyli % naładowania akumulatora

Ładowanie prądem 0.2C i 0.4C
Ładowanie prądem 0.2C i 0.4C. Źródło: https://marinehowto.com/how-fast-can-an-agm-battery-be-charged/

Ładowanie akumulatora różnym prądem – wnioski

Podsumowując powyższy wykres z broszury firmy Lifeline oraz eksperyment Roda Collinsa, można zauważyć:

  1. Jeśli chcemy naładować akumulator do pełna, to nie ma praktycznie znaczenia czy ładujemy go prądem 0.2C czy 0.4C. A to znaczy, że podpinając się do prądu przy kei na całą noc nie ma praktycznie znaczenia moc naszej ładowarki.
  2. Przy doładowywaniu akumulatora tylko przez jedną godzinę, prąd ładowania ma ogromne znaczenie. W takim wypadku lepiej sprawdzi się ładowarka 0.4C.
  3. Przy doładowywaniu akumulatora przez dwie godziny ładowarka 0.4C przestaje mieć sens. Może prąd 0.2C będzie jeszcze za mały, ale 0.3C spokojnie wystarczy.
  4. Szybkie ładowanie do 80-85% pojemności jest mitem. Ładowarka 0.4C zaczęła zmniejszać prąd ładowania już przy 63% SOC! Ładowarka 0.2C, którą ciężko nazwać “szybką”, wyszła z fazy bulk przy 75% SOC. Dodatkowo, ładowarka 0.15C opisywana w broszurze firmy Lifeline, wyszła z bulk przy 75.5%. Widać, że ładowanie “maksymalnym prądem” do 80% SOC jest prawdą tylko wtedy, kiedy ten “maksymalny prąd” jest dostatecznie niski.
  5. Zwróć uwagę, że ładowarka 0.4C w dwie godziny dobiła do 96% SOC. Doładowanie ostatnich 4% zajęło więc aż 3.5 godziny! Pokazuje to jak nieefektywne i czasochłonne jest ładowanie akumulatorów kwasowych do pełna.
  6. Czas ładowania do 100%: Można by pomyśleć, że ładując ładowarką 0.4C po godzinie będziemy mieć 90% SOC. Jest to częsty “argument” marketingowców. Z powyższych wyników jasno widać, że ładowarka 0.4C naładowała akumulator do 100% w ponad 5 godzin! Bądźcie tego świadomi, myśląc o czasach ładowania.

Wszystkie powyższe punkty mniej lub bardziej pokazują, jak nieefektywne jest ładowanie akumulatora kwasowego, zwłaszcza kiedy czas ładowania jest ograniczony.

Dla porównania, akumulator LFP/LiFePO4 zostanie naładowany prądem 0.4C od 50% do 100% w mniej niż 90 minut!

Oczywiście powyższe wyniki zostały uzyskane testując jeden konkretny akumulator AGM. Pewnie z innymi akumulatorami byłyby trochę inne, ale dzięki nim możemy mieć pogląd jak wygląda ładowanie w praktyce. Cały eksperyment opisany jest na https://marinehowto.com/how-fast-can-an-agm-battery-be-charged/

Prąd ładowania C – ile to będzie w praktyce?

Fajnie się pisze 0.2C czy 0.4C, ale zastanówmy się o jak dużych prądach mówimy.

Obecnie, jachty konsumują sporo prądu i raczej nikt nie ma banku 100-200Ah. A przynajmniej nikt, kto chce regularnie być poza siecią. Załóżmy, że mamy bank akumulatorów o pojemności 400Ah.
Przy takim banku 0.4C wyniesie aż 160 amperów. Taki stały prąd ładowania jest poza zasięgiem zdecydowanej większości jachtów. Nawet tych podrasowanych.

Ile wydusimy z alternatora?

Weźmy za przykład alternator dający nominalnie 200 amperów. Jest on w stanie wydusić z siebie tyle tylko na początku, kiedy jest zimny. Kiedy już się nagrzeje, to będzie to koło 150 amperów, a przy niższych obrotach już tylko 130 amperów. To jakieś 70% mocy nominalnej. Przy poprzednim alternatorze było podobnie. Planując ładowanie alternatorem, raczej nie spodziewajcie się lepszych wyników.

Alternator Balmar
Alternator Balmar

Seryjne alternatory nominalnie mają obecnie 100-120 amperów. Oznacza to, że pracując z pełną mocą “na gorąco” dadzą jakieś 70-80 amperów, czyli 0.2C w przypadku banku 400Ah. Nie zapominajmy, że jeśli w tym czasie konsumujemy 10A, to do akumulatorów popłynie już tylko 60-70 amperów. Jeśli chcecie podładowywać się wydajnie alternatorem, to polecam dokupić zewnętrzny regulator z czujnikiem temperatury alternatora. Dzięki temu szansa, że się przegrzeje będzie dużo mniejsza.

Więcej szczegółów na temat ładowania akumulatorów za pomocą alternatora napiszę w oddzielnym artykule.

Doładowywanie za pomocą generatora

W przypadku jachtu wyposażonego w generator stacjonarny, wszystko zależy od mocy ładowarki (lub ładowarek). Na przeciętnym jachcie ładowarki brzegowe rzadko są mocniejsze niż 60 amperów. W przypadku brzegu, to oczywiście w zupełności wystarczy. Jeśli jednak chcemy doładowywać się generatorem, to zależy nam, żeby czas jego pracy był możliwie jak najkrótszy. W takim wypadku prąd ładowania 120 amperów wydaje mi się rozsądnym minimum. Jest to 0.3C przy banku 400 Ah. W przypadku większego banku, warto się zastanowić nad dodaniem kolejnej ładowarki.

Generator Whisper
Generator Whisper

Doładowywanie za pomocą przenośnego generatora Honda

Na wstępie chciałem zaznaczyć, że bardzo nie lubimy kiedy nasi sąsiedzi na kotwicowisku używają takiej właśnie Hondy. Są one chłodzone powietrzem, pracują na wysokich obrotach i są bardzo głośne. Uprzykrzają życie w promieniu do 200 metrów. Zajmują jednak mało miejsca w porównaniu do stacjonarnego generatora diesla, są dużo tańsze i są w stanie pociągnąć ładowarkę 100 amperów. To 0.25C w przypadku banku 400Ah, więc całkiem jeszcze nie najgorzej.

Jeśli wybierzesz iść tą drogą, to niech nie skusi Cię jakiś tańszy “chińczyk”. Różnica jest taka, że Honda działa, a “chińczyk” zepsuje się po kilku użyciach.

Generator Honda
Przenośny generator Honda

Podsumowanie

  • Nie da się szybko naładować akumulatora AGM do 100% niezależnie od mocy ładowarki
  • W zależności od mocy ładowarki, ładowanie staje się coraz mniej efektywne już od 65-75% SOC
  • Jeśli chcemy szybko podładowywać się na kotwicy, to powinniśmy zainwestować w większy alternator z regulatorem (ładujemy silnikiem) lub większą ładowarkę (ładujemy generatorem)
  • Jeśli chcemy ładować akumulatory naprawdę wydajnie i szybko, to powinniśmy zainwestować w odpowiednie ładowarki i przesiąść się na akumulatory LiFePO4

Co dalej?

W następnym atykule opiszę proces przesiadki na bardziej wydajny alternator. Na naszej Crystal zrobiłem już trzy upgrade’y alternatora, a własnie planuję czwarty. Oczywiście wszystko instalowałem osobiście, więc mam w tej materii, co nieco do powiedzenia 😉

Daj znać w komentarzu, co myślisz o tym artykule i czy masz jakieś pytania!

Linki do pozostałych części poradnika:

  1. System elektryczny na jachcie – wstęp
  2. Jak łatwo zrozumieć działanie systemu elektrycznego na jachcie
  3. Ile prądu zużywa nasz system elektryczny na jachcie?
  4. Odnawialne źródła energii na jachcie – wstęp
  5. Odnawialne źródła energii na jachcie – panele słoneczne
  6. Odnawialne źródła energii na jachcie – generatory wiatrowe
  7. Odnawialne źródła energii na jachcie – hydrogeneratory
  8. Ile akumulatorów na jachcie?
  9. Jak poprawnie ładować akumulatory na jachcie?
  10. Jak szybko można ładwoać akumulatory na jachcie (czytasz teraz)

Seria artykułów o akumulatorach litowych na jachcie

  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?

Chcesz wiedzieć więcej lub potrzebujesz pomocy przy Twoim konkretnym projekcie? Zapraszamy na indywidualne konsultacje – więcej info tutaj lub napisz do nas: info(at)skiff.pl.

Spodobał Ci się ten tekst? Dmuchnij więc wiatr w żagle Krysi:

Postaw mi kawę na buycoffee.to

lub

Wielkie dzięki za każdą złotówkę 💓