關於電瓶組系統&充電分配

 

開船從事海上活動或開車去野營，都須備妥所需的水、燃油及食物。備妥所需要的電力常常都會被有所忽略!大家會加增冰箱、音樂、照明，甚至電視等設備來好好享受戶外的悠閒時光，但卻往往忽略原廠的電力系統無法負擔增大的用電量，或保護啟動引擎的電力。過了一段舒適的時間，往往就會有電力不夠，來發動引擎的窘境發生，讓家人或朋友有安全上的風險。
所以增加電瓶到原本的電力系統及如何讓所有電瓶充電就很重要。

 

電瓶組系統常用到的大致可分為電瓶1-2系統和House-Engine電瓶系統。

 

電瓶1-2系統為船舶經常用到，它會有兩組電瓶，電瓶組1及電瓶組2。
這個設定提供很大的靈活性，利用電瓶開關可以選擇所有電用電瓶1或電瓶2，也可將兩個結合一起(1+2)用來增加容量。車輛不太會用到這種電瓶組系統。
這個系統有個問題是所用的電瓶大多是同化學成份的電瓶，引擎負載與其它設備所需的負載很不相同，引擎需用啟動電瓶，其它負載則是用深循環電瓶。啟動電瓶的設計是在短時間內輸出大電流，深循環電瓶是在長時間當中輸出小電流。使用錯誤的電瓶會大大減短電瓶的壽命。市場上有可折衷的兩用電瓶，但是兩用電瓶對兩邊都不是最好的選擇。

 

House-Engine電瓶系統
船舶時，一組電瓶做為啟動電瓶(Engine)，另一組做為副(House)電瓶，啟動電瓶用來給引擎用，其他設備都用副電瓶。
車輛則是原廠的系統的電瓶為啟動電瓶(Engine)，一組副電瓶來跑附加的電器，如冰箱，照明燈，逆變器... 副電瓶在車輛上大多用Auxiliary這個字。
這種設定較單純簡單，副電瓶用深循環電瓶，引擎用啟動電瓶。對應不同負載到理想的電瓶類型，電瓶依本來設計的方式充放電，這會讓它保有應有的壽命。

 

充電分配
直流電力系統最理想的狀態是兩組電瓶是分開獨立的有自己的充電來源。實際上大多數都只有一個充電來源(發電機)，所以會設計單一充電來源強制充多個電瓶組。
電瓶開關(battery switch)，電瓶隔離器(battery isolator)及電瓶整合器(battery combiner)都可以用單一來源同時充多個電瓶組。它們功用相同，但是分配充電的方式不同。
電瓶開關需要手動切換，電瓶隔離器及電瓶整合器可自動和簡單的充電。

 

電瓶開關依兩種電瓶組系統有兩種開關。車輛不太會用到電瓶開關。

電瓶1-2系統用的電瓶開關可以選擇用電瓶1，電瓶2，或結合(1+2)。這個系統需要手動操作確保電瓶選擇開關切換到正確的位置。很多這種系統需要手動旋轉開關切到結合的位置(1+2)兩組電瓶才能正常充電。當結合在一起，負載會吃兩組電瓶的電。確保啟動引擎的用電，ㄧ組電瓶要保持充飽，當電瓶充飽後需切換開關只聯接至一組電瓶。長時間忘記從1+2的位置切換回電瓶1或電瓶2會導致無法發動引擎。
開關切換的時機如下:

  • 沒充電時需切換開關選擇電瓶1或2，選擇使用一組電瓶讓另一組電瓶保持滿電。當你需要多次運作啟動馬達時(引擎無法一次就發動)需要較大的電。
  • 當一組電瓶沒電時，不是啟動引擎充電，就是關掉負載。嚴禁切換到另一組滿電的電瓶，除非沒電這組已充飽。
  • 當引擎發動時切換開關至結合(1+2)，同時充兩組電瓶。如果停留在電瓶1或2，只有一組電瓶會充電。可以裝一個電瓶整合器或隔離器來自動充兩組電瓶。
  • 除了充電外開關不能在結合(1+2)位置，這會導致兩組電瓶意外沒電。
  • 電瓶有一個循環次數的限制，超過就需更換。盡量讓兩組電瓶有相同的循環次數，這樣才能掌握換電瓶的時機。
  • 如果兩組電瓶都不小心用掉太多電，有時候切換至結合(1+2)會夠電發動。這是緊急的方案，不能依靠它。
 

House-Engine電瓶系統用的電瓶開關控制兩個接點，想成一個開關分成兩半，ㄧ半是啟動電瓶接引擎相關負載，另一半是副電瓶接其他負載。
這種電瓶開關不是開就是關，沒有選擇電力來源的選項。啟動電瓶只接到引擎，所以不會有其它設備把電吃到不能發動的情形。緊急情況下可結合兩個電瓶來發動引擎。缺點是不能切斷一邊的電源，因為關閉開關會把兩邊同時切斷。
開關切換的時機如下:

  • 當你要使用船時，將電瓶開關切換到開(On)，這會將啟動電瓶接引擎，副電瓶接其他負載。一個簡單的切換就可同時連接或切斷兩組電瓶。
  • 如果沒有裝電瓶整合器或隔離器，充電時需切換至結合(Combine)，同時充兩組電瓶。 如果停留在開(On)，只有一組電瓶會充電。
  • 除了充電外開關不能在結合(Combine)位置，這會預防兩組電瓶意外沒電，失去這個系統主要的好處。
  • 如果啟動電瓶沒電，切換至結合(Combine)讓引擎用啟動電瓶及副電瓶兩者發動。這是緊急的備案，幾乎也不會用到。
 

電瓶整合器也叫自動充電繼電器Automatic Charging Relay(ACR)或電壓感應繼電器Voltage Sensitive Relay(VSR)，它的設計是當有充電電壓時會將兩個電瓶組自動並聯，沒充電電壓時就分開隔離。
電瓶整合器在有相同化學成分，容量大小和使用時間相當的電瓶組是個很好的選擇，它們會一起充電，但可以單獨放電。電瓶整合器就像電瓶切換開關的結合(1+2)，但不需手動切換。
電瓶整合器依特定電壓運作，約13.3V(充電)時並聯，電壓降到約12.8V(放電)時隔離。
當電瓶組有大的電壓差異時會有個問題，一組電瓶已深度放電另一組電瓶是滿的，兩組電瓶並聯它們會自己平衡，電會從高電壓電瓶流向低電壓電瓶。這個快速大電流的流動會造成超過電瓶整合器最大電流限制，保護電瓶整合器的保險絲會燒斷。系統會失去整合器的功能，有組電瓶就不會自動充電。何時會發現保險絲已燒斷? 這就是電瓶整合器適合用在容量大小相當的電瓶組的原因。
電流在電瓶整合器中可雙向流動，所以加裝一個交流電瓶充電器可以同時充兩組電瓶。

 

電瓶隔離器也是讓單一充電來源充多組電瓶。想像它就像一個閘閥，讓電流從發電機流向兩組或三組電瓶，每組電瓶看不到對方。
它的設計是用二極體diode或場效電晶體 Field-Effect Transistors (FET)來讓電流流向單一方向，一個充飽的電瓶無法流向一個未充飽的電瓶。
早期是用二極體，但它有個問題就是二極體隔離器會造成約60%的壓降。
近期FET電瓶隔離器出現，它擁有二極體隔離器所有的優點，但沒有壓降的缺點。FET隔離器的高效率讓它在市場上受到歡迎。

 

電瓶開關:
如果你想完全控制充電的時機，又不會忘記做開關的切換，你可以用它來手動分配充電。如果要自動可加裝電瓶整合器或隔離器。

電瓶整合器:
如果一個引擎，發電機不是很大，兩組相當容量而且不是很大的電瓶，你可以用它來自動分配充電。

電瓶隔離器:
如果你要每組電瓶在充放電時都獨立，有一個引擎，兩組或三組電瓶，你可以用它來自動分配充電。每組電瓶不會看到對方，最大電流的限制是依發電機的大小。沒有一組電瓶可以分享電壓給其它的電瓶組，這可以避免大電流的流動造成保險絲的燒毀。
如果你有兩個引擎(兩個發電機)，兩個啟動電瓶跟一個副電瓶，你可以裝它在每個發電機上。發電機透過它可以充對應的啟動電瓶也可充副電瓶。所有的電瓶組同時充電，同時也都隔離。

 

每個系統都有它的優缺點，可以依照您的需求選擇一個最適合的系統來達到最大的效能喔!