船用电池、船上电气设备和能量方程

显然,船用电池是船上电路的重要组成部分。在某种程度上,他们只是中间人;它们只是储存其他地方产生的电力,并根据系统和电器的需要进行计量。

这三个要素——需求、存储和供应——必须正确匹配,否则整个系统将受到损害。

存储容量太小(电池电流强度不足),则需要不断充电。

如果船上的充电设备无法提供足够的电力,那么电池将永远无法充满电,这种情况会导致电池过早报废。

获得正确的平衡对于任何船只都很重要,但对于帆船来说可能比机动游艇更重要,因为:~

  • 船用铅酸电池非常重;你不想要超过你需要的;
  • 相反,你的生活用电池组必须足够大,以避免发动机驱动的交流发电机或专用发电机过度运行——而且发动机噪音并不是我们水手喜欢的东西。


能量方程

现代巡航游艇需要越来越多的能源来为其日益复杂的系统提供动力,因此充足的能源存储和发电手段至关重要。从根本上来说,如果要避免失望,就必须妥善管理供需关系,即:

能量输入 = 能量输出

这意味着你只能取出你存入的东西。就像一个管理良好的存款账户——所以船上生活电池又被称为“电池银行”

因此,为了正确管理我们的能量方程,我们需要评估它的两边:

  • “需求”方面——我们需要多少能源来满足船上的电力系统的需求?
  • “供应”方面——我们如何生成和存储足够的电量来满足该要求?


确定家用船用电池组的容量

让电池组容量与当前的电量需求相匹配非常重要。容量太低,充电次数又长又频繁;太大,很难通过发动机驱动的交流发电机充满电。

在进一步讨论之前,我们应该看一下电池的安培小时额定值。这些是指在标称时间内达到指定电压之前的可用电流。倍率通常指定为 10 小时倍率,或者现在几乎总是指定为 20 小时倍率。

这意味着,当电芯电压达到 1.7 伏时,额定容量为 100Ah、每节电芯最终电压为 1.7 伏、10 小时倍率的电芯能够在 10 小时内提供 10 安培的电流。因此,在此阶段的 6 芯 12 伏铅酸电池将显示 10.2 伏的残余电压——或持平,这对于电池来说不是一个好的状态。

但不要误以为相同容量的额定工作时间为 20 小时的电池比额定工作时间为 10 小时的电池“更大”。事实并非如此,恰恰相反。如果选择额定工作时间为 20 小时的 100Ah 电池,其容量将比额定工作时间为 10 小时的 100Ah 电池少 10% 至 15%。

因此,电池的容量取决于放电速度。重要的是要明白,电池消耗的速度越快,可供使用的容量就越少。好消息是,反之亦然。以比额定的倍率慢的速度对船用电池放电,你会发现电池容量比你想象的要多。

铅酸电池充电电压容量表

开路电压

开路电压是指电池在充电后稳定且所有直流负载均已关闭的情况。如果充电后立即测量电压,由于电池板上存在表面电荷,电压可能为 13.4V。要消除此现象,请施加 15 至 20 瓦的负载十分钟。
铅酸电池充电电压容量表

我们当然不想让电池放电到没电为止——它们经受不了太多这样的循环,否则就会损坏。传统观点认为,铅酸电池只应放电至容量的 50%。

那么,对于 12 小时 175A 的电流消耗,我们需要 350Ah 的电池组吗? 

在理想世界中这是正确的,但现实却截然不同。由于交流发电机是大多数游艇的标准设备,无法在安装标准调节器的情况下完全充电,所以铅酸电池充电很少能超过 80%,并且铅酸电池组上产生的硫酸盐化将进一步减少 10% 的容量。

因此,在此示例中,2 x 175Ah 电池组成的电池组只能被视为绝对最小值,只有在你安装了高输出交流发电机和“智能”调节器的情况下,才能最大程度地减少损失——并准备每 12 小时就要运行一次发动机。

理想情况下,电流消耗应与电池的放电特性相匹配。众所周知,电池放电到其标称额定值以上的速度越快,实际安培小时容量就越低。

相反,电池放电速度越慢,低于其标称额定值以下的,实际安培小时容量就越高。在上面的示例中,后一种情况似乎是正确的——每个 175Ah 电池的标称放电电流为 17.5Ah,实际放电电流为 14.6Ah。由于电池的额定工作时间为 10 小时,电池在 12 小时的电量消耗期间会放电时间更长、更快,因此谨慎的做法是安装两个尺寸更大的电池。对于生活用电池组来说,两块200Ah船用电池才能满足,不过是什么类型的呢?



船用电池的类型

电池的工作原理是,当不同金属的两个电极浸入电解质中时,会在两个电极上产生电压。

12 伏铅酸电池由六个串联在塑料外壳内的独立电芯组成,每个电池产生的电压为 2.1 伏。

当今船上用的大多数电池都是铅酸型的。这些可以分为两大类:

  • 富液电池——通常被称为“液态铅酸电池”,包括船用深循环电池 
  • 阀控铅酸电池 (VRLA),例如 AGM 船用电池。
12.8v磷酸铁锂电池组,
我们船上的12v700Ah Thundersky Winston磷酸铁锂电池

随着磷酸铁锂电池的应用越来越广泛,传统铅酸电池逐渐被新性能的磷酸铁锂电池所取代。

磷酸铁锂电池的标称电压为3.2V,充电终止电压为3.65V,放电终止电压为2.0V。工作电压范围在3.0V-3.35v之间。 4节电芯串联组成12.8v磷酸铁锂电池组,也称为4S。

船用电池充电

开箱即用的量产船会配备发动机驱动的交流发电机,用于为船用电池充电。与岸电充电器相结合,足以满足码头泊位之间的近海航行。

在远离码头泊位更长的离岸通道上,它可能就不是这样了。如果船上有足够的空间,一个独立的柴油发电机将是一个很好的备用系统,可以提供你需要的所有电力,但是:

  • 它们很重;
  • 它们要用燃料;
  • 它们可能很吵(而且有臭味);
  • 它们污染了大气。

而船用太阳能电池板、风力发电机和拖曳式水轮发电机则没有这样的缺点。

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