Schrack Technik d.o.o., Zagreb
  • Struja na brodu (3): Uključivanje startne baterije u sustav

    Problem koji se javlja kada iz jednog izvora napajanja treba puniti više grupa baterija, primjerice startnu i bateriju opće namjene, može se riješiti na više načina. Ovaj puta vam predlažemo rješenje ovog spajanja i povezivanja korištenjem pametnih relejnih razdjelnika u našem slučaju modela Cyrix.

Problem koji se javlja kada iz jednog izvora napajanja treba puniti više grupa baterija, primjerice startnu i bateriju opće namjene, može se riješiti na više načina. Ovaj puta vam predlažemo rješenje ovog spajanja i povezivanja korištenjem pametnih relejnih razdjelnika u našem slučaju modela Cyrix. Osim što ovaj sustav osigurava optimalno punjenje svih baterija na brodu, ujedno može biti i zaštita baterija od prekomjernog pražnjenja, a osiguran je i nadzor stanja baterija

Slika 1. Osnovna oprema s elektro pokretanjem motora
Slika 1. Osnovna oprema s elektro pokretanjem motora

Pri osmišljavanju fotonaponskog sustava za napajanje brodskih trošila u prošlim smo nastavcima polazeći od 3 baterijska sloga došli do usklađenih sustava koji mogu napajati trošila na brodu puneći se samo iz fotonaponskog modula. No  zbog najčešće premalog raspoloživog mjesta na brodici za montažu dostatnog broja modula sustave smo reducirali po broju fotonaponskih modula, no osigurali smo dodatno punjenje preko punjača priključenog na obalnu mrežu. Na svakoj brodici zajedno s motorom će doći oprema i osnovni spoj za elektro startanje motora, a motor će tada gotovo sigurno imati i altenator za punjenje baterija slika 1.

Opremu sa slike 1. želimo uključiti u naš najmanji sustav iz prošlog nastavka. Taj zadatak je prikazan na slici 2. Kako gradimo sustav u našem plovilu, bliska je ideja da nam svi izvori alternator, fotonaponski modul, obalna mreža) pune i startnu bateriju i bateriju opće namjene. Preduvjet za  to je da su baterije istog napona, no ne moraju biti istog kapaciteta.

Slika 2. Osnovna oprema s elektro pokretanjem motora i oprema za napajanje ostalih trošila plovila
Slika 2. Osnovna oprema s elektro pokretanjem motora i oprema za napajanje ostalih trošila plovila

 

Ako spojimo startnu i bateriju opće namjene zajedno i to trajno, tada energija ulazi u obje baterije. No tada se može dogoditi da trošilima kojima opterećujemo bateriju opće namjene iscrpimo i startnu bateriju. Sama se nameće ideja razdvajanja baterija dok motor ne radi; ako koristim energiju za napajanje ostale elektro opreme dok motor ne radi, bilo bi pametno ne trošiti istovremeno i startnu bateriju,  već neka startna baterija bude stalno spremna za start i vožnju. Ako se baterija opće namjene i isprazni, to ni nije toliko važno jer možemo pokrenuti motor. Pokrenemo motor preko startne baterije i plovimo! Na slici 3. smo našu blok  shemu sustava koji izgrađujemo proširili s alternatorom, starterom i startnom baterijom. I postavili smo si upitnik kako i pod kojim uvjetima ta dva sustava spojiti! U želji istovremenog punjenja baterije opće namjene i startne baterije dok motor radi potrebno bi bilo baterije povezati, a opet dok motor ne radi razdvojiti ih da se energija ne prelijeva iz jedne u drugu kako potrošnjom ne bismo ispraznili obje baterije. U ranijim nastavcima serije objasnili smo zašto nije dobro  koristiti „diode“ za spajanje baterije kako je prikazano na slici 4.

Slika 3. Proširena blok shema sustava sa alternatorom i punjačem
Slika 3. Proširena blok shema sustava sa alternatorom i punjačem

Preko dioda možemo istovremeno puniti obje baterije, ali u pražnjenu se prazni svaka baterija pojedinačno iz svoga kruga. Ne može doći do pražnjenja baterije opće  namjene iz trošila startnog kruga, niti pražnjenja startne baterije  preko trošila općeg kruga. To osiguravaju diode. To je izuzetno jednostavno rješenje.
Pri punjenju baterija dolazi do pada napona na diodama u iznosu od 0,3 do 0,5 V pa  postoji rizik da se baterije nikada ne mogu napuniti do kraja, kao kada bi bile priključene direktno na alternator.
Ako konkretno rješenje alternatora nije u stanju kompenzirati pad napona na diodama tada možemo promisliti da umjesto  dioda primjenimo FET-ove (engl. Field Effect Transistors- tranzistori s efektom polja) koji djeluju isto kao diode, ali na sebi imaju pad napona od prihvatljivih 0,02V do 0,1V.
Kako se spajaju FET-ovi i  koje pretpostavke mora sada zadovoljiti alternator isto smo već opisali u prethodno objavljivanim člancima i ovdje se nećemo ponavljati. No mi ćemo se odlučiti za spajanje dvije baterije preko inteligentnog, mikroprocesorom vođenog, releja – sklopke; slika 5. i slika 6.

Slika 4. Punjenje dvije baterije preko dioda
Slika 4. Punjenje dvije baterije preko dioda

Crix relej mora shvatiti kada alternator  počinje puniti direktno priključenu startnu bateriju i u tom času spojiti i bateriju opće namjene na alternator. U trenutku kada alternator više ne puni, baterije bi trebalo razdvojiti.
Da li baš odmah? Postoje dvije „škole“. Jedna kaže razdvojiti baterije odmah po prestanku punjenja alternatorom, a druga kaže da se moraju razdvojiti tek onda kada startna baterija padne ispod neke razine napona, dakle dopustiti neko vrijeme zajedničkog pražnjenja, a razdvojiti odmah samo onda  ako se preko napona baterije osjeti jako veliki iznos struje pražnjenja.
Cyrix relej dodaje na ovu „drugu školu“ još i praćenje što se događa s naponom u vremenu, dakle prati se ne samo iznos već i brzina i smjer promjene napona, dakle  porast ili daljnji propad nakon spajanja. Ako su jednom baterije spojene zajedno i alternator prestaje s radom, baterije i dalje ostaju spojene. Ako napon pada dulje od nekog zadanog vremena i ako je brzina opadanja napona u vremenu  veća od dozvoljene, cyrix relej će razdvojiti baterije zaključujući da je pražnjenje prekomjerno. Vrijeme i  trenutak kada će se baterije razdvojiti se tako stalno računa i određuje.
Tipično je alternator spojen na startnu bateriju, a baterija opće namjene će biti spojena na alternator u radu preko Cyrixa tek kada startna baterija dosegne dovoljnu napunjenost. Tako startna baterija ima logičan prioirtet pri punjenju iz alternatora. Cyrix relej mjeri napone s obje svoje strane, tj. od obje baterije koje može spojiti zajedno. Aktivirati će se i ako se na primjer baterija opće namjene puni punjačem, a startna baterija je praznija i spremna za punjenje.
Cyrix može biti aktiviran i ručno, tj. spajanje baterija se provodi  naredbom preko tipkala “startna pomoć” i baterije se tada spajaju ako su sve baterije koje želimo spojiti iznad 10V. To je zato da elektronika Cyrixa ima dostatno napajanje za ispravan rad releja. Baterije su tada spojene samo 30s. To je  korisno ako Vam je startna baterija iz bilo kojeg razloga ispražnjena. Tada ćete sigurno pokušati pokrenuti plovilo i iz baterije opće namjene i to funkcijom “startne pomoći“!
Kako izabrati Cyrix relej? Cyrix može biti spojen između baterija  po principu Cyrixova nazivna struja * 5. Dakle 200A Cyrix može biti spojen s do 1000 Ah baterijom s jedne strane. No nazivna struja Cyrixa ne smije biti manja od one koja će u ustaljenom stanju prolaziti kroz relej između baterija.

Slika 5. Cyrix releji: 120A, 230A, 400A

Slika 5. Cyrix releji: 120A, 230A, 400A

Slika 6. Principni spoj startne i baterije opće namjene preko Cyrix releja

Slika 6. Principni spoj startne i baterije opće namjene preko Cyrix releja

Primjeri

Startna baterija se puni alternatorom s 200A, baterija opće namjene se puni punjačem sa 100A. Spoj ove dvije baterije mora se izvesti sa Cyrix relejom 230A nazivne struje.
Startna baterija se puni alternatorom s 200A, baterija opće namjene se puni punjačima s ukupno do 300A , spoj ove dvije baterije se izvodi Cyrix relejom 400A nazivne struje.
Startna baterija se puni alternatorom s 200A, na startnu bateriju je spojen i 100A punjač, a na bateriju opće namjene je  spojen 200A punjač, Cyrix relej mora biti 400A nazivne struje.

Na slici 7. smo koristeći Cyrix relej spojili sustave prikazane odvojeno na slici 2.

Slika 7. Spoj startne i baterije opće namjene pomoću Cyrix releja

Slika 7. Spoj startne i baterije opće namjene pomoću Cyrix releja

Vrlo je važno da kabeli na Cxrixu, odnosno prema baterijama budu dovoljnog presjeka.
Primjer: kada struja 100A teče kroz kabel presjeka 50 mm² dugačak 10m pad napona na njemu je 0,26V. Slično struja 50A uz presjek 10mm² i duljinu od 5m rezultira padom napona od 0,35V. Pad napona na kabelu između alternatora i baterije znači da se baterija nikada neće moći do kraja napuniti. Vrlo često punjači imaju ulaz za mjerenje napona baterije i onda oni mogu kompenzirati  pad napona što nastaje na kabelima. Na slici 8. se vidi isti spoj kao na slici 7., no dodan je i nadzornik startne baterije i servisna sklopka startne baterije. Vrlo slične sheme vjerujemo sada već možete i sami razraditi za preostala dva  sustava koja smo razrađivali, no ne zaboravite, spajati se mogu samo baterije istoga napona!
Na uvodnoj slici 3. „osvijetlili“ smo i dio koji se odnosi na trošila koja trebaju stabilizirani istosmjerni napon, jer za neko trošilo na plovilu nas neće uvijek zadovoljiti šetanje napona kućne baterije pri punjenu i pražnjenju iste. Tada na scenu stupaju DC DC pretvarači. Oni kvalitetniji se izvode s galvanskom izolacijom ulaza i izlaza. To znači da niti jedna stezaljka nije zajednička stezaljka ulaznog i izlaznog dijela! Ulazni dio i izlazni dio su električki potpuno odvojeni.

Ovi pretvarači na sebiimaju upravljački ulaz kojim se može upravljati isključenjem odnosno uključenjem izlaznog dijela. To znači da za  uključenje/isključenje izlaznog strujnog kruga nije potrebna snažna sklopka koja može podnijeti neugodno isklapanje DC struje, već je dovoljno koristiti „malu“ upravljačku sklopku. Primijetite da ima uzlaznih (primjer 12 na 24V DC) i silaznih (primjer 24 na 12V DC) pretvarača. Budući da imaju podesivi napon izlaza moguće ih je koristiti kao punjače baterija.
Uređaj 24/12-20 spojen na 24V DC kućnu  bateriju može puniti 12V startnu bateriju strujom do 20A. Svi modeli su zaštićeni od kratkog spoja i preopterećenja na izlazu i mogu biti su neograničenom broju jedinica spojeni u paralelu kako bi se povećala struja izlaza (potrebno je samo podesiti ih sve na isti napon)! U ulaznom dijelu 12 i 24V modeli imaju ugrađeni osigurač (nažalost neizmjenjiv), dok se pri 48V uređaju ugrađuje i dodaje izvana.

Slika 8. Spoj startne i baterije opće namjene pomoću Cyrix releja uz nadziranje obje baterije

Slika 8. Spoj startne i baterije opće namjene pomoću Cyrix releja uz nadziranje obje baterije

Zaključak

U našim sustavima naučili smo kako povezati i startnu bateriju. I nju možemo puniti drugim raspoloživim punjačima, a ne samo alternatorom motora. Istovremeno predloženim načinom spajanja startne i kućne baterije nikada nećemo ugroziti primarnu funkciju startne baterije, a to je da bude uvijek spremna za start motora! U slučaju potrebe možemo probati pokrenuti motor spajanjem i baterije opće namjene i startne baterije. I sve to praktički automatski, bez preklapanja velikih sklopki. Istovremeno možemo nadzirati i startnu i bateriju opće namjene zasebnim nadzornikom i znati što nam se na plovilu događa. Naučili smo kako u instalaciju spojiti i koristiti DC DC pretvarač za osjetljiva DC trošila. Za slijedeći članak ostaje nam obraditi izmjenjivač koji pak iz istosmjernog napona proizvodi tako željeni izmjenični 230V, 50Hz.

Slika 9. DC-DC pretvarači

Slika 9. DC-DC pretvarači

Ukoliko imate dodatnih pitanja slobodno nas kontaktirajte:

Josip Radin
j.radin(at)schrack.hr

Josip Zdenković
j.zdenković(at)schrack.hr

03/2018