Typy baterií pro obytné vozy nebo přestavby a nové technologie pro jejich zapojení.

Obytné vozy a přestavby dodávek na cestovní vozidla získávají na popularitě a jedním z klíčových prvků zajišťujících komfort na cestách jsou baterie. Správně zvolený akumulátor umožňuje provoz spotřebičů, jako je lednice, osvětlení, topení nebo nabíjení elektronických zařízení. V tomto článku se podíváme na různé typy baterií používaných v obytných vozech a na technologie, které přinášejí efektivnější a bezpečnější zapojení. Zmíněná problematika se dotýká i například přestaveb pro vozidla IZS a jiné profesionální využití. Kvůli homologacím se ale tímto zabývají pouze specializované firmy, a tak se podrobnějšímu rozboru nebudeme věnovat.

Akumulátory pro obytné vozy a karavany se liší od klasických startovacích baterií svou konstrukcí. Hlavní odlišností tzv. trakčních baterií je, že odolávají daleko lépe cyklování a hlubšímu vybíjení. Naopak mohou zaostávat ve schopnosti krátkodobě poskytnout srovnatelně vysoké proudy. Existují i tzv. duální baterie, které zvládají obstojně obě disciplíny. Jejich univerzálnost najde uplatnění tam, kde použití dvou různých baterií není možné nebo se nevyplatí.

V současnosti jsou stále nejrozšířenější olověné baterie. Je to dáno mimo jiné jejich nižší pořizovací cenou. Přibývá ovšem zákazníků, kteří nakonec vyberou z rozrůstající se nabídky lithiových akumulátorů, protože se stávají cenově dostupnější. Jejich obrovskou výhodou je nižší hmotnost a znatelně delší očekávaná životnost.

Olověné trakční baterie (Pb)

Typy:

• Zaplavené (mokré) olověné baterie – 200 až 400 cyklů
• AGM (Absorbent Glass Mat) – 300 až 800 cyklů
• GEL baterie – 600 až 1200 cyklů

Klady:

• Nižší pořizovací cena.
• Dobrá dostupnost a velmi široká nabídka na trhu.
• Krátkodobě zvládají fungovat i v extrémních teplotních podmínkách.

Zápory:

• Zaplavené typy s tekutým elektrolytem plynují a je nutné odvětrání mimo obytný prostor.
• Vysoká hmotnost a rozměry.
• Nižší počet cyklů nabíjení/vybíjení dle konstrukce (menší životnost).
• Omezená hloubka vybíjení (DOD – Depth of Discharge) – max. 50 % až 80 %.
• Vyšší vnitřní odpor → pomalejší nabíjení.
• Gelové baterie jsou citlivé na přebíjení vysokým napětím.

Lithium-železo-fosfátové baterie (LiFePO4)

Klady:

• Dlouhá životnost (až 10× více cyklů než olověné baterie).
• Nižší hmotnost a kompaktnější rozměry.
• Dobrý poměr nákladů vzhledem k životnosti.
• Vyšší účinnost nabíjení a vybíjení.
• Větší využitelná kapacita; možnost hlubšího vybití (DOD až 90–100 %).
• Nižší samovybíjení znamená méně časté dobíjení při nepoužívání baterie.
• Integrovaný systém správy baterie (BMS) pro ochranu proti přetížení, přehřátí atd.

Zápory:

• Vyšší pořizovací cena
• Potřeba kompatibilní nabíječky (ne všechny regulátory a nabíjecí systémy jsou vhodné)
• Citlivost na extrémní teploty (zejména nabíjení při nízkých teplotách)

Lithiové baterie sice vyžadují vyšší počáteční investici, ale jejich dlouhá životnost a nízká hmotnost je činí nejlepší volbou pro náročnější cestovatele. Dvojnásobná využitelná kapacita znamená, že pro stejnou dobu napájení stačí poloviční kapacita baterie. Jinak řečeno, pokud jste dosud používali 100Ah olověnou baterii, u lithiové postačí pro stejné napájení klidně 50-60 Ah. Pokud si užíváte karavaningu párkrát do roka, nejspíš si vystačíte s olovem. Pokud jste ovšem vášnivý karavanista a oddáváte se této zábavě často, vsaďte na lithium.

Porovnání energetické hustoty:

Zapojení a nabíjení baterií v nástavbách

Typy zapojení

• Paralelní – Když propojíme mezi sebou vzájemně kladné póly baterie a vzájemně záporné, dojde k paralelnímu propojení. Tak zůstane stejné napětí a sečte se kapacita baterií.
• Sériové – Propojení pólů s opačnou polaritou („+“ jedné baterie se propojí s „-“ další baterie). U sériově propojených baterií se napětí sčítá. Doporučujeme vždy použít balancér, pro dosažení vyšší životnosti.

Sériově i paralelně propojujte bez speciálních propojovacích prvků pouze identické baterie. Připojení baterií různých typů se věnujeme níže ve článku.

• Sérioparalelně – kombinace dvou předchozích variant
• BMS (Battery Management Systém) - Lithiové baterie pro volnočasové použití obvykle obsahují elektroniku (BMS), která řídí správné nabíjení článků a chrání baterii před nežádoucími stavy, např. příliš hluboké vybití, přehřátí apod. Kvůli BMS může být zapotřebí speciální elektronika od výrobce určená k paralelnímu či sériovému propojení. Vždy konzultujte s dodavatelem baterií.

Bez ohledu na způsob propojení baterií se zvyšuje celková kapacita pro uložení energie. Proto se u trakčních baterií stále častěji setkáme s jednotkou Watthodina (Wh). Zjednodušeně nám udává, kolik hodin by taková baterie dokázala dodávat výkon jeden Watt, nebo teoreticky kolik Wattů dokáže dodávat po dobu jedné hodiny. Například spotřebič s příkonem 50 W dokáže baterie s kapacitou uložené energie 500 Wh napájet téměř 10hodin. V praxi je ale zapotřebí vzít v úvahu ztráty a maximální hloubku vybití baterie.

Nabíjení baterií je možné v zásadě 3 způsoby, případně jejich kombinací.

• Alternátorem – za jízdy
• Nabíječkou – palubní nabíječky a síťové nabíječky
• S pomocí obnovitelného zdroje energie – solární panely či větrné turbíny

Ad 1)

Jde o základní způsob nabíjení baterie za jízdy. Přímé propojení startovací baterie a doplňkové trakční baterie (můžete se setkat i s názvem provozní nebo sekundární baterie) není vhodné, jelikož se většinou jedná o jiný typ baterií a mělo by to za následek zásadní zkrácení životnosti až předčasné selhání. Proto mezi startovací a trakční baterii připojujeme další mezičlánky.

1. Propojovač baterií – Tzv. chytré relé, které na základě přednastavených hodnot napětí propojuje „natvrdo“ paralelně dvě baterie na palubě vozidla. Automaticky tímto způsobem probíhá dobíjení a odpojuje startovací baterií, aby nedocházelo k jejímu vybíjení. Jedná se o základní cenově dostupné řešení.
2. Oddělovač baterií s FET tranzistory – Oddělovače FET umožňují současné nabíjení dvou a více baterií z jednoho alternátoru nebo z jednoho výstupu nabíječky baterie bez toho, aby byly baterie vzájemně spojené.

Oproti levnějším diodovým oddělovačům baterií, oddělovače FET nevykazují takřka žádný napěťový úbytek. Pokles napětí je při malých proudech nižší než 0,02V a při vyšších proudech se zvýší max. na 0,1V. Vynikají tedy nízkou vlastní spotřebou.

1. Odpojovač baterií – V principu jednoduché zařízení, které má za úkol odpojit baterii při dosažení mezního napětí, aby ochránil baterii před možným poškozením.

Ad 2)

1. Palubní nabíječka DC/DC – Úkolem palubní nabíječky je přizpůsobit nabíjecí proces preferencím uživatele. Na rozdíl od nabíjení alternátorem probíhá nabíjecí proces prostřednictvím optimalizovaného algoritmu pro co nejkvalitnější nabíjení baterie. Tento typ nabíječek zvládá upravit velký rozsah vstupního napětí.

Palubní nabíječky Victron Energy si například z 8-17 V stabilizují přesně na takové napětí, které je potřeba pro optimální nabíjení doplňkové baterie. Najdou tak uplatnění i v moderních vozidlech s tzv. inteligentním dobíjením (start-stop systém), jelikož zde nemusí být výstupní napětí z alternátoru po většinu času dostatečné. Podporují navíc nabíjení lithiových baterií. DC/DC nabíječka CTEK D250SE má integrovaný MPPT regulátor a v kombinaci se SMARTPASS 120S dokáže nabíjet až proudem 120 A.

1. Síťová nabíječka – Nabíjení externí nabíječkou zná téměř každý motorista z osobních vozidel. Standardem je, aby taková nabíječka disponovala funkcí automatické regulace proudu a napětí procesu nabíjení. Často se také u nabíječek setkáme s režimy, schopnými provést částečnou regeneraci zanedbané baterie. Pokud má sloužit k nabíjení baterií pro volnočasové účely, rozhodně zvažte pořízení přístroje se schopností dobíjet lithiové baterie, což se může v budoucnu hodit. Dle zásady bezpečného nabíjení byste nikdy neměli nechávat baterie nabíjet bez dozoru. Pokud si nevíte rady s výběrem nabíječky, připravili jsem pro vás článek Jak vybrat nabíječku.

Ad 3)

1. Solární regulátor – Úkolem tohoto zařízení je stabilizovat výstupní napětí na požadovanou hodnotu. Napětí ze solárních panelů je totiž proměnlivé podle jejich momentálního osvícení. Solární regulátor má výstup pro baterii, kterou tak může přímo dobíjet. Zároveň pak může mít výstup pro spotřebiče, které skrze něj dokáže napájet. Rozlišujeme dva základní typy podle schopnosti maximalizovat zisk energie ze solárních panelů. PWM postačí pro volnočasové využití. Pro větší fotovoltaické systémy se používají výhradně MPPT regulátory, které jsou efektivnější při sběru energie.

Pro co nejefektivnější dobíjení solárním regulátorem je potřeba vybrat vhodný solární panel. Pokud máte obytné vozidlo, se kterým trávíte čas převážně za slunných letních dnů, pak můžete zvolit monokrystalické, které vynikají účinností při ideálním osvícení. Jestli ovšem cestujete za všech podmínek, budou lepší volbou polykrystalické, které zvládají lépe produkci elektrické energie z nepřímého osvitu a rozptýleného světla při zatažené obloze.

Podrobněji se výběru solárních panelů budeme věnovat v některém z našich dalších článků.

Závěr

Než se rozhodnete investovat do napájecího systému obytného vozu, je zapotřebí zvážit ze všeho nejvíce četnost využití a celkový příkon napájených zařízení. Od toho se odvíjí rozsah napájecí soustavy, její sofistikovanost a také kapacita baterií. Čím větší systém pro častější použití plánujete pořídit, tím spíš byste se měli obrátit na zavedené odborníky v oboru. Jinak by mohla celá taková napájecí sestava skončit zklamáním.