Как выбрать БЕЗОПАСНУЮ литий-ионную тяговую батарею для лодочного электромотора?

         Безопасность тяговой батареи — это не только свобода от угрозы жизни, но и возможность полноценного спокойного отдыха. Не может быть абсолютной безопасности: остаточный риск неисправноcти все равно остается. Поэтому батарея может быть только относительно безопасна. В отношении литий ионного аккумулятора для лодочного электромотора - безопасность использования опирается на технические решения примененные при создании устройства. Батарея состоит из корпуса, набора единичных литиевых аккумуляторов, платы управления и зарядного устройства.

Каковы требования по безопасности к корпусу литий ионной батареи?

         Во первых он должен быть защищен от проникновения воды внутрь, иначе возникшая электрохимическая коррозия чрезвычайно быстро выведет из строя как литиевые элементы, так и плату управления (BMS). Насколько быстро? В пресной воде, несколько грамм воды в корпусе прикончат батарею в течении 4-5 дней, а соленая вода за сутки. При разумном расположении батареи в лодке (на дне лодки) и разумной форме корпуса батареи ( в виде закрытой ванночки), защита IP65 (защита от сильных водяных струй, идущих с любого направления) вполне достаточной, поскольку защита IP65 защитит от брызг, а форма в виде ванночки защитит от водяных луж на дне лодки. Как узнать корпус с защитой IP65? Как правило это корпуса в которых используется эластичная (резиновая или силиконовая), сминаемая прокладка между основной частью корпуса и крышкой (по типу жесткий коробок, для особо ценных и хрупких вещей у водных туристов), либо корпус в котором основная часть корпуса приварена к крышке ультразвуковой сваркой (по типу автомобильного аккумулятора). Заметим, что коробки для инструментов, в которых вместо силиконовой прокладки есть только бортик, не дающий крышке коробки смещаться относительно основной части корпуса, IP65 не удовлетворяет из-за капиллярных свойств воды.
         Во вторых корпус должен быть механически прочным. Если в результате механического воздействия корпус сильно повредится, то возможен не только выход батареи из строя, но и воспламенение из-за внутренних коротких замыканий, что чрезвычайно опасно на воде (только представьте себя в надувной лодке, в которой горит батарея). Разумным представляется требование падения без повреждений с лодочной банки на твердое дно лодки, а также отсутствие повреждений при случайном падении на корпус аккумулятора человека. ABS пластиковый корпус толщиной 3мм в сочетании с дополнительными ребрами жёсткости является хорошим типовым решением проблемы механической прочности корпуса тягового аккумулятора для лодки, поскольку удовлетворяет выше указанным требованиям.

Каковы требования по безопасности к плате управления (BMS)?

         Традиционно полным набором требований по безопасности предъявляемым к плате управления являются: защита от перезаряда, защита от переразряда, защита от перегрузки, защита от короткого замыкания и защита от перегрева. Что это означает на практике? Стандартные микроконтроллеры, на которых построены большинство плат управления теоретически реализуют все виды вышеперечисленных задач, но на практике требование защиты от перегрузки зачастую требует специальных, достаточно дорогих схемотехнических решений. Почему этот вид защиты особенно важен для тяговой батареи лодочного электромотора? На практике часто встречается ситуация когда на винт электромотора наматывается трава, старая брошенная кем-то леска, остатки сетей или пластиковые пакеты, при этом мотор не останавливается, но вращается медленнее. В такие моменты потребляемый ток значительно возрастает, и не всегда из-за погодных условий, усталости или недостаточного опыта рулевого возможно обнаружение работы электромотора с перегрузкой. Главная опасность такой ситуации в следующем, рост тока через управляющие ключи приводит к повышенному тепловыделению на этих самых управляющих ключах и этого тепла может быть очень много, и если тепло не удалять из герметичного корпуса, то при приближении 120 градусам пластик начнет утрачивать прочность, а при дальнейшем повышении температуры плавиться, а далее возможно воспламенение. Полагаем, никто не хочет в надувной лодке получить лужу расплавленного пластика, и уж тем более пожар. Стандартным решением такой проблемы и является защита от перегрузок. При 30 амперах номинального тока для самых массовых лодочных электромоторов перегрузкой стоит считать ток 35-40 ампер. Плата управления отслеживает на специальных, мощных токоизмерительных резисторах напряжение и как только напряжение достигает предельного значения плата управления обесточивает выходные цепи, НО для типовых микроконтроллеров значение такого напряжения выбирается примерно 0,12 вольта, поскольку при меньшем напряжении будут многочисленные ложные защитные срабатывания микроконтроллера. Что это означает на практике. При токе 40А мощность выделяемая на токоизмерительных резисторах будет 40 Х 0.12 = 4,8 ватт, это очень много. Достаточно сказать, что в микроэлектронике часто используются паяльники с мощностью 5 ватт. В такой ситуации надо либо отводить тепло из корпуса, либо отказываться от этого вида защиты. Ситуация усугубляется тем, что тепло выделяется и на управляющих ключах. Существующие технологии позволяют создавать коммутационные ключи с внутренним сопротивлением до 1 миллиома, но они дороги и обычно вместо одного ключа используют несколько включенных параллельно, добивая при этом нужного значения внутреннего сопротивления цепей коммутации. Типовые 2 милли ома при 20А (типичном разумном токе для надувной 2 местной лодки) выделяют (0.002 х 20 х 20)= 0.8 ватт тепла (это возможно рассеять даже в герметичной коробке), но при 40А это будет (0.002 х 40 х 40)= 3,2 ватт. Следовательно, перед срабатыванием защиты в корпусе батареи будет выделяться 4,8 + 3,2 = 8 ватт, а это уже не самый маленький паяльник внутри батареи. Каковы выводы из этих выкладок? Если на корпусе литий ионного тягового аккумулятора для лодочного электромотора вы не видите выступающего радиатора охлаждения, это означает что защита от перегрузок в таком устройстве ОТСУТСТВУЕТ. А батареи без защиты от перегрузок авторы данной статьи, считают ОПАСНЫМИ.





P.S. Удачи в рыбалке, а энергии в батарейке.