Projekt zamjene olovne baterije opće namjene s LFP baterijom
Kako već tri godine prvi Šibenik 800 s LFP baterijom plovi bez intervencije, tako se prošlu jesen javio vlasnik jednog starijeg Šibenika 800 tvrtki M-TECH iz Vodica sa željom da mu se zamijeni baterija opće namjene s LFP baterijom, jer mu je eto „premalo struje“ na brodu. S M-TECH-om razradili smo projekt rekonstrukcije s primjenom najnovijih LFP NG baterija, slika 1. O ovim baterijama smo već pisali pred koji mjesec na našem Schrack Training Centru pa tamo pročitajte o njima detaljnije. Osim novih baterija prvi puta smo primijenili priključni modul za prihvat Class T osigurača. Zašto Class T osigurači i kako izgleda taj ulazni modul i o smo isto već pisali. Uz novu bateriju ide i novi nadzornik Lynx smart BMS 500 NG. On prikuplja podatke o naponu i temperaturi ćelija. U njemu se nalazi sklopnik s nazivnom strujom 500 A i mjerni otpornik za mjerenje struje koja ulazi ili izlazi iz baterije. BMS komunicira preko informacijske sabirnice VE.Can s nadzornim računalom sustava Cerbo GX. Cerbo GX preko informacijskih sabirnica upravlja sigurnosnim isključenjem trošila ili punjača LFP baterije. Osim ovim putem BMS može izravno preko stezaljki ATD (engl. allow to discharge) i stezaljki ATC (engl. allow to charge) stvoriti signal za izravno upravljanje trošilima ili punjačima koje se ne može dohvatiti informacijskom sabirnicom. Ideja je da se svako trošilo ili punjač može sigurnosno isključiti iz instalacije ako baterija preko BMS-a dojavljuje po nju opasno stanje. Ako i to sve ne urodi promjenom trenda trošenja ili punjenja, tada kao zadnju mjeru BMS otvara svoje kontakte sklopnika u sebi i tako pouzdano štiti skupu bateriju od pretjeranog, nedozvoljenog punjenja ili pražnjenja. Stezaljke REM na BMS-u služe za ručno, servisno upravljanje, tj. isključenje/uključenje sklopnika u BMS-u. Sklopnik BMS-a ostaje u normalnom radu trajno uključen jer se želi i kada je glavna sklopka plovila isključena da se baterija može dopunjavati energijom iz Sunca. I djelovanje ovog BMS-a smo opisali u prethodnim člancima na Schrack Training Centru.
Pri ovoj rekonstrukciji glavni zahtjev je bio iskoristiti prednost velikog kapaciteta LFP baterije, tj. zamijeniti stare olovne baterije s LFP baterijama, slika 2. No poželjela se i priprema za ugradnju Minn Kota automatskog elektromotornog pilota koji ima napajanje 36 V. Za to je bilo potrebno uključiti u instalaciju DC/DC pretvarač koji podiže napon s 12 V na potrebnih 36 V. U zahvatu je bila želja dodati i uređaj koji može u instalaciji osigurati 230 V izmjenično napajanje. U tu svrhu ugrađen je dvosmjerni pretvarač MultiPlus snage 1600 VA. Pri spoju s obalnim priključkom on može dopunjavati i LFP baterije energijom s obale! Utičnice u instalaciji za 230 V izmjenično mogu biti napajane iz dvosmjernog pretvarača ili iz obale, što se izabire 1-0-2 sklopkom. I ovo rješenje i njegove varijacije smo više puta opisivali na Schrack Training Centru. Sidreno vitlo i bočni potisnik koriste energiju iz LFP baterije, spojeni su preko servisnih sklopki i u slučaju da upravo oni uzimaju zadnju kap energije iz sustava će ih isključiti sklopnik u BMS-u. Trošila na općih 12 V, kao i pretvarač Minn Kota bit će isključeni preko elektroničkih sklopki Smart BatteryProtect čiju smo primjenu opisali u prethodnom nastavku serijala. I njega pronađite na Schrack Training Centru. Punjenje LFP baterije pri radu motora provodi se preko DC/DC pretvarača Orion XS, zapravo regulatora punjenja koji ograničava struju punjenja LFP baterije iz alternatora pri radu motora na postavljeni iznos do 50 A. I o tome smo detaljno pisali na Schrack Training Centru. MPPT regulator punjenja i fotonaponski moduli brinu se o redovitom nadopunjavanju LFP baterije.
Sve opisano prema cjelovitoj shemi kirurški precizno izvela je tvrtka M-TECH iz Vodica. Detalj spoja i smještaja olovne i LFP baterija, prije postavljanja zaštite priključaka koji će spriječiti slučajan spoj priključaka vodljivim predmetom, vidljiv je na slici 3. Detalji otvorenih i zatvorenih kućišta modula Lynx Clas T power in M10 i Lynx smart BMS M10 500 NG prikazani su na slici 4. Ispod BMS-a vidljiva je kutija s upravljačkom sklopkom za isključenje/uključenje sklopnika u BMS-u. U normalnom radu sklopnik je uključen i ponaša se prema stanju baterije. Ako se želi raditi neki servisni zahvat na baterijama, može se preko ove upravljačke sklopke isključiti LFP bateriju od ostatka instalacije.
Glavna sklopka i glavni osigurači
Za glavnu sklopku plovila izabrana je daljinski upravljana motorizirana baterijska sklopka proizvođača BEP Marine (engl. remote battery switch, RBS) smještena izravno na „plus“ sabirnici što izlazi iz BMS-a, slika 5. Njeno daljinsko upravljanje izvedeno je na komandnom mjestu. Osim kao glavna sklopka može biti primijenjena i za daljinsko isključenje strujnih krugova pramčanih i krmenih potisnika iz instalacije (u ovom slučaju zadržane su ipak postojeće sklopke). Potrošnja u pripravnosti (isključeno stanje – OFF) iznosi 15 mA. Sklopka na sebi ima LED indikaciju stanja prekidača daljinskog upravljanja. Predviđena je za ustaljenu struju do 275 A DC, kratkotrajnu struju do 455 A DC, a startnu struju do 1250 A DC. Najveći radni napon konkretnog modela je 32 V DC i može biti upravljan i daljinski i ručno u slučaju da daljinsko upravljanje iz bilo kojeg razloga ne djeluje.
Za glavne osigurače izabrani su MRB osigurači (engl. Marine Rated Battery Fuses), proizvođača BLUE SEA SYSTEMS, slika 5. Ovi osigurači štede prostor svojom kompaktnom izvedbom. Proizvode se u rasponu 30 do 300 A. Dobro ih je imati u rezervi jer ih možda nećete naći baš u svakoj trgovini. Imaju vrlo veliku rasklopnu moć, čak 10 kA pri 14 V. Imaju prozirni dio kroz koji se vidi stanje rastalnice. Označeni su bojama radi lakšeg razlikovanja. Primjenjuju se u prikladnim nosačima, također proizvođača BLUE SEA SYSTEMS. Nosači mogu biti samostalni ili se mogu povezati po dva u zajedničku sabirnicu. Svaki nosač predviđen je za 3 osigurača, pa spojeni zajedničkom sabirnicom mogu primiti ukupno 6 osigurača. Osigurači u nosaču imaju zaštitni poklopac koji prijeći od slučajnog dodira. Matica za pritezanje s osiguranjem od odvijanja izvedena je u jednom komadu.
Pogled u cjelokupni rekonstruirani dio instalacije vidljiv je na slikama 6.7. i 8. Na slici 6. uočava se i negativna glavna sabirnicu spojena na izlaz BMS-a. S ove sabirnice kreću svi „minus“ kabeli prema trošilima. Na slici 7. prikazan je smještaj Orion XS DC/DC pretvarač, dvije Smart BatteryProtect sklopke i SmartSolar charge controller MPPT 100/30. U nastavku ovih uređaja postavljen je dvosmjerni pretvarač MultiPlus 1600. Položaj nije skroz optimalan zbog grijanja, tj. hlađenja uređaja, ali uređaj ima prisilnu ventilaciju i zapravo gotovo nikad neće raditi potpuno opterećen tako da ova činjenica nije zabrinjavajuća. MultiPlus ima i ugrađeno automatsko zaštitno smanjenje dozvoljene izlazne struje za slučaj vlastitog pregrijavanja.
Informacijski spoj
Uređaji u instalaciji spojeni su informacijskim sabirnicama s nadzornim računalom Cerbo GX, slika 9. BMS je spojen preko sabirnice VE.Can, a za spoj se primjenjuje običan informacijski prespojni RJ 45 kabel. Sabirnica VE.can spaja uređaje u seriju, prvi i zadnji sudionik imaju član za zaključenje sabirnice koji se dobiva uz uređaje sa sučeljem VE.Can. Orion i MPPT regulator spojeni su sabirnicom VE.Direct izvedenom posebnim kabelima, pri čemu na Cerbu Gx ostaje još jednom mjesto za neko buduće proširenje uređaja s VE.direct sučeljem. Zaslon osjetljiv na dodir GX touch spojen je tvorničkim kabelom koji ima osim HDMI konektora još i USB konektor kojim zaslon dobiva potrebno napajanje iz Cerbo GX-a. Dvosmjerni pretvara MultiPlus spojen je sabirnicom VE.Bus, i to s jedne strane na Cerbo GX, a s druge strane na upravljačko-pokazni panel Digital multi control. Preko ovog upravljačkog panela moguće je daljinski vidjeti stanje dvosmjernog pretvarača, uključiti ga u način rada izmjenjivač/punjač ili samo punjač. U isključenom stanju upravljačke sklopke panela pretvarač troši minimalno, a nikako ga nije dobro ostaviti trajno u uključenom stanju jer tada troši i bez obzira na isključena izmjenična trošila ustaljeno 10 W. Dodatno, preko potenciometra na ovom panelu moguće je ograničiti struju koju pretvarač povlači s obalnog priključka. To može biti korisno ako zaštitni prekidač obalnog ormarića nepotrebno isključuje priključak. Tada se preko potenciometra postavi struja na niži iznos i možda tako spriječi izbacivanje zaštitnog prekidača u obalnom ormariću. GSM uređaj omogućuje prijenos podataka na besplatni prikazni portal na kojem je moguće daljinski pratiti stanje brodice. To može biti interesantno po zimi za mirovanja brodice. Dobro je povremeno baciti oko na stanje napunjenosti LFP baterije jer LFP baterije se mogu samo jednom isprazniti skroz do kraja. O tome smo isto već puno pisali. Brodica prati daljinski i svoju poziciju preko ugrađene GPS antene.
Razmještaj sklopki i upravljačkih komponenata vidljiv je na slici 10. Zaslon osjetljiv na dodir smješten je na dovratnicu kabine u razini očiju. Njega se ne treba posluživati u plovidbi, ali ako se želi može se izabrani set podataka iz Cerbo GX-a prikazati i na glavnom zaslonu broda (engl. multi functional display, MFD). Na Cerbo GX priključena su tri osjetnika temperature koja mjere temperature prostora gdje su smješteni osjetnici. Na slikama 11. i 12. prikazana su glavna podešenja parametara uređaja. Zašto su ona baš takva potražite u ranijim opisima na Schrack training centru. Uređaji su programirani preko pametnog telefona aplikacijom VictronConnect. Najprije su im osvježeni osnovni programi (engl. firmware), a potom su podešeni parametri. Primijetite kako Lynx BMS NG prikazuje parametre ćelija spojenih baterija. To je prednost NG generacije baterija jer svoja stanja predaju BMS-u, a time su daljinski vidljiva. Prethodna generacija baterija dojavljivala je samo analognim signalima alarmna stanja, prenapona ili podnapona i izlaz iz zone dozvoljene radne temperature. Uvid u detaljno stanje baterije bio je moguć tek izravnim spajanjem preko pametnog telefona i Bluetooth sučelja na bateriju. U NG baterijama spoj BMS NG i NG baterije je digitalan, a ne analogan, pa se preko informacijskih kabela može prenijeti gotovo proizvoljna količina informacija iz baterija prema BMS-u. Pristupanjem BMS NG-u pristupa se i svim uključenim baterijama!
Zaključak
Za 100. članak našeg serijala opisali smo jednu rekonstrukciju, zamjenu olovnih baterija s LFP baterijama, na brodici Šibenik 800. Uz našu malu savjetodavnu pomoć i tek neznatnu asistenciju pri puštanju u pogon ponosni smo što je tvrtka M-TECH iz Vodica samostalno i uspješno izvela ovaj lijepi projekt. Za sve vas koji još razmišljate o svojim rješenjima najavljujemo vam da je spremno za tisak besplatno, novo, prošireno 4. izdanje naše brošure, sada već na preko 200 stranica: Primjena LFP baterija na plovilima. Tu smo na jedno mjesto skupili sve one članke koji se odnose na LFP baterije i na plovila. Podsjećamo i da su sve objave (u posljednjih pet godina) dostupne na Schrack training centru. Za one koji žele promišljati i stvarati – sve je dostupno.
Posebno bi nas veselila i komunikacija s nekim domaćim brodogradilištem gdje besplatno i potpuno neobavezno želimo predati ova naša skupljena iskustva, ako treba poučiti i obučiti nekoga u tom brodogradilištu tko je u stanju sutra ponoviti sam naučeno. Victron Energy slavi ove godine 50 godina postojanja. Mi imamo mali jubilej od 100 objavljenih članaka i skoro 15 godina intenzivnog rada na Victron opremi. Možda je ovo dovoljno ohrabrujuće za takav prvi kontakt? Mi smo tu spremni, ali ne guramo se. Napredak se uvijek događa samo tamo gdje su obje strane zainteresirane.