Навіть початківець яхтсмен повинен добре розуміти, що значить опинитися в море на повністю знеструмленій яхті. Подібна драматична історія показана в фільмі «Не згасне надія». Сіли або залиті солоною водою акумулятори унеможливлюють запуск двигуна, а, крім того, перетворюють в даремний непотріб все суднові прилади, включаючи зв'язок і навігацію. І якщо вітрильна яхта в такій ситуації, хоч і з чималими незручностями, дійде до найближчого порту, то моторна стане іграшкою морської стихії. І добре, якщо у вас на борту виявиться аварійний радіобуй або хоча б портативна УКХ-радіостанція.
Багато хто скаже: «Цього не може бути, адже на сучасних яхтах все системи дублюються». Дублюються, але далеко не на всіх, а тільки на досить великих. І, як це не сумно, навіть в наш час трагедії на воді відбуваються щорічно. У більшості випадків причиною тому - недбале ставлення судновласників яхт до акумуляторів. Багато хто навіть погано уявляють, що таке акумулятор. Стоїть собі велика чорна коробка і дає електрику. А воно раптом раз - і пропало, причому в самий невідповідний момент.
І ось тут-то невдалий яхтсмен згадує, що не обслуговував і не міняв акумулятори вже дуже давно, хоча йому про це неодноразово говорили сусіди по яхт-клубу. Ще одну помилку роблять ті, хто, вирішивши заощадити, купує на свою яхту дешеві акумулятори в першому-ліпшому автомобільному магазині, та ще й якихось «лівих» виробників. Якщо яхта з такими батареями здебільшого стоїть в марині і виходить по вихідним на найближчі острови, цей варіант цілком допустимо, особливо якщо човен експлуатується в прісній воді, а зими в регіоні теплі. Але якщо ви - власник серйозної морської яхти і збираєтеся здійснювати далекі круїзи, ваше судно «живе» в холодних широтах, а зимує під відкритим небом, то варто задуматися про акумулятор, що підходять для таких умов плавання.
Але є ще одна важлива деталь, яка часто призводить до найтяжчих наслідків - пожежі в море. Напевно, ні для кого не секрет, що свинцево-кислотні акумулятори виділяють кисень і водень, що утворюють при певній концентрації так званий гримучий газ, вкрай вибухонебезпечний. Саме тому на великих судах акумулятори встановлюють в спеціальних відсіках, вентиляція з яких виведена на палубу. На більшості прогулянкових яхт такої можливості немає, і акумулятори намагаються встановити нижче, під пайолами (вони є ще й додатковим баластом). Знаходиться все це «господарство» здебільшого під житловими приміщеннями. На щастя, на відміну від пропану, водень легший за повітря і в більшості випадків зникає через відкриті люки і ілюмінатори. Але іноді трапляється, що газ накопичується в замкнутому просторі, наприклад, при повністю задраєними вентиляції і люках під час шторму. Ось тут-то від найменшої іскри запросто може статися вибух. До всього іншого, пари сірчаної кислоти, що виділяються при зарядці кислотного акумулятора, шкідливі для здоров'я.
Але прогрес не стоїть на місці. Акумулятори, як і будь-яка сучасна техніка, постійно удосконалюються. Зараз виробляють батареї з воістину унікальними характеристиками, позбавлені безлічі недоліків своїх попередників. В окрему групу тепер можна виділити морські акумулятори, спочатку призначені для експлуатації в екстремальних умовах.
Сервісна батарея парусної яхти з 2-вольтів гелевих елементів. На вітрильнику теж не обійтися без ємних акумуляторів, особливо при використанні електричних лебідок і шпилів, які споживають значну потужність
Так що ж являє собою власне акумуляторна батарея? Електричний акумулятор - це хімічне джерело електроенергії. Його дія заснована на оборотних електрохімічних процесах, на відміну від батарейки, в якій електрохімічні процеси незворотні. І батарейки, і акумулятори за своєю суттю є гальванічними елементами, які мають два електроди - анод і катод, поміщені в середу електроліту - луги або кислоти. Матеріал анода і катода різний, і в середовищі електроліту на анод і катод відбуваються хімічні реакції, продуктом яких, крім нових хімічних речовин, є вільні електрони (на катоді) і позитивно заряджені іони (на аноді). Якщо замкнути ланцюг, з'єднавши обидва електроди провідником, то в ланцюзі потече електричний струм, тобто по провіднику почнуть переміщатися електрони від катода до анода. Як приклад розглянемо хімічні реакції в добре відомому всім свинцево-кислотному акумуляторі. У самому простому вигляді такий акумулятор складається з свинцевого пластини (катод) і пластини з діоксиду свинцю (анод), занурених у розведену сірчану кислоту. При разрядкe акумулятора протікає наступна реакція: Pb + PbO2 + H2SO4 => 2PbSO4 + 2H2O. Свинець і двоокис свинцю переходять в сірчанокислий свинець, а концентрація сірчаної кислоти зменшується. При зарядці та ж реакція йде в зворотному напрямку. При цьому на катоді свинець переходить в іон свинцю, звільняються два електрона, які заряджають катод негативно (Pb + SO42- - 2e- => PbSO4), а анод заряджається позитивно. Напруга між катодом і анодом при цьому становить трохи більше 2 вольт.
Електричні та експлуатаційні характеристики акумулятора залежать від матеріалу електродів і складу електроліту. Зараз найбільш поширені такі акумулятори: свинцево-кислотні, про електрохімічних реакціях яких згадувалося вище, літій-іонні і літій-полімерні. Кожен тип акумулятора має своє номінальне напруга: 2 В - свинцево-кислотний, 3,6 В - літій-іонний. Тобто, щоб отримати бажане напруга акумуляторної батареї, виробники з'єднують послідовно кілька акумуляторів, зібраних в одному корпусі.
У 1800 році італійський фізик, професор університету в Павії Алессандро Вольта винайшов перший гальванічний елемент (так званий «вольтів стовп»)
Будь-акумулятор, до якого б типу він не ставився, має ряд найважливіших споживчих характеристик. Це, в першу чергу, ємність - заряд, що віддається повністю зарядженим акумулятором при розряді до найменшого допустимого значення (далі в акумуляторі починаються незворотні процеси, і він виходить з ладу). На практиці ємність акумулятора вимірюють позасистемної одиницею ампер-годину. Ємність не є величиною постійною - вона сильно залежить від температури акумулятора: при її підвищенні ємність акумулятора знижується, а при зниженні до певних меж дещо підвищується. Тому виробники зазвичай вказують ємність при +25 ° С.
Крім ємності, важливе значення мають струм стартера і максимальну кількість циклів заряду-розряду. Потрібно відзначити, що ці два поняття суперечать один одному. Акумулятор з великим стартерних струмом має велику поверхню електродів малої товщини і не витримує великої кількості циклів повного заряду-розряду. Але від такого акумулятора і не потрібен глибокий розряд: при запуску двигуна розряд акумулятора складає долі відсотка від його ємності. Пластини акумулятора з великою кількістю циклів розряду-заряду мають велику товщину і малу площу. Такий акумулятор дозволяє протягом тривалого часу віддавати помірний ток, разряжаясь при цьому до мінімально допустимих величин.
Електричні акумулятори використовують вже понад 200 років, і при цьому вони постійно еволюціонують. Вчені не тільки шукають нові комбінації різних електролітів і пластин, але також удосконалюють вже відомі типи акумуляторів. Наприклад, сучасні технології дозволяють зв'язати в гелевом розчині сірчану кислоту, в результаті чого виходять так звані гелеві акумулятори, за своєю суттю свинцево-кислотні, але володіють при цьому новими, унікальними споживчими якостями. Освічені при протіканні великого струму випаровування і гази залишаються всередині гелю, де, рекомбініруя, утворюють воду, яка знову поглинається гелем. Завдяки ефективній рекомбінації газів гелеві акумулятори служать до 12 років, мають збільшене число циклів заряду-розряду і стійкі до глибоких розрядів. Крім того, гелеві акумулятори повністю герметичні і можуть працювати навіть в перевернутому вигляді.
Трохи раніше гелевого електроліту з'явилася технологія AGM (Absorbent Glass Mat), при якій використовується просочений рідким електролітом пористий заповнювач зі скловолокна. Мікропори цього матеріалу заповнені електролітом не до кінця, а вільний обсяг використовується для рекомбінації газів. AGM-акумуляторні батареї мають більший термін служби і не виділяють вибухонебезпечних газів, а також забезпечують більш високий стартовий струм.
У даній статті ми не розглядаємо поки не дуже поширені в Росії гібридні яхти з електроприводом, джерелом енергії для яких служать акумуляторні батареї, хоча в попередньому матеріалі про судновому електриці ми згадали фантастичний «Наутілус» капітана Немо, котрий використовував акумулятори в якості основного джерела рушійною енергії.
Спроба використовувати клеми акумулятора в якості розподільних колодок неминуче призведе до поганого контакту, втрат енергії, перегріву, а то і просто механічних пошкоджень клем
Візьмемо для прикладу використання різних типів акумуляторних батарей на судні вітрильні яхти, розраховані на далекі подорожі, аж до навколосвітніх. Такі судна мають складні електросистеми не тільки в силу життєвої необхідності резервування електроживлення на випадок аварійних ситуацій, а й для оптимізації використання численних суднових систем. Як правило, на таких яхтах існує дві системи акумуляторних батарей: стартерная і сервісна. Стартерні батареї служать для запуску двигуна і дизель-генератора і віддають протягом короткого проміжку часу великий струм. Це може бути як одна батарея, так і ціла система акумуляторних батарей (для роздільного пуску двигуна і дизель-генератора або при іспользаванію пускового напруги 24 В). Сервісна ж система батарей призначена для харчування суднових споживачів протягом тривалого часу. Це ходові відмінні вогні, навігаційні прилади і радіоустаткування, внутрішнє і зовнішнє освітлення, приводи електричних лебідок, автопілота, брашпиля, підрулюють пристрої, помпи, інвертори, що живлять в свою чергу окрему ланцюг напругою 220 В для підключення побутових приладів. Це може бути і одна батарея, але тільки на зовсім вже маленьких човнах. Сучасні виробники яхт виходять з розрахунку потреби від 20 до 50 ампер-годин на одну тонну водотоннажності судна. Навіть відносно проста система вимагає паралельного з'єднання декількох акумуляторних батарей. Найбільші яхти мають бортове напруга 24 В, що змушує спочатку з'єднувати батареї послідовно; крім того, переважно живити деякі важливі споживачі від окремих батарей. Це можуть бути як найбільш важливі споживачі, наприклад, навігаційний комплекс, так і споживачі, які мають особливі потужності параметри (підрулюють пристрої). Така схема дозволяє захистити ніжну суднову електроніку від стрибків струму при запуску або зупинки потужних споживачів.
Сьогодні багато компаній займаються випуском акумуляторних батарей. Це Bosch і Varta, чиї імена на слуху у всіх, це Mastervolt і Victron Energy, добре знайомі власникам дорогих яхт, а також Sonnenchein, DEKA, Yuasa, Trojan (торгова марка Minn Kota), відомі вузькому колу споживачів. Про високу якість продукції цих виробників говорить хоча б той факт, що відомі яхтові верфі встановлюють на свою продукцію електрообладнання цих компаній.
ЯК ПРОДОВЖИТИ ТЕРМІН СЛУЖБИ АКБ?
1) Не допускати повного розряду батареї. При напрузі менше 12 В на батареї без навантаження необхідно її зарядити. При напрузі 10,8 В під навантаженням необхідно відключити споживачі, в іншому випадку батарея буде пошкоджена.
2) При тривалому зберіганні батареї (наприклад, в міжнавігаційний період) потрібно періодично заряджати батарею, компенсуючи саморазряд і запобігаючи розшарування електроліту на воду і кислоту.
3) Не допускати кипіння батареї і її перезарядження, застосовувати зарядний пристрій з датчиком температури батареї і точним контролем зарядних струмів і напруг.
4) Забезпечити нормальний температурний режим (20 - 25 ° С) роботи батарей і вентиляцію, а також не встановлювати батареї впритул один до одного для запобігання нагріву однієї батареї від іншої (тепловий зазор не менше 10 мм).
5) Утримувати акумулятори в чистоті, що допоможе уникнути витоків електроенергії. Пил і бруд, що зібралися на кришці батареї, вбирають вологу і можуть проводити електричний струм.
6) Клеми батареї повинні бути чистими і без окислів. Це зменшить втрати електроенергії при передачі від батареї до споживачів.
7) Проведення від батареї до споживачів повинні бути якомога коротше (це відноситься до всіх проводах постійного струму). Перетин проводів (їх товщина) має відповідати току, який може протікати за даними проводам, і має бути тим більше, чим довше провід. В іншому випадку провід буде нагріватися, що спричинить втрату енергії на його нагрівання і може призвести до пожежі.