Palubní baterie pro obytná vozidla: typy, vlastnosti, výhody a nevýhody

Palubní baterie je zodpovědná za napájení elektrických zařízení v konstrukci nebo obytné části obytného auta, když není k dispozici externí napájení. Z tohoto důvodu jsou pro soběstačnost obytného vozidla kladeny požadavky hlavně na kvalitní vysokokapacitní baterie. Palubní baterie se dobíjejí buď prostřednictvím připojení na externí zdroj, nebo prostřednictvím namontovaných střešních solárních panelů.

Startovací baterie

Většina obytných automobilů má nainstalovány dvě různé baterie, kde je třeba zásadně rozlišovat mezi startovací a palubní baterií. Startovací baterie zajišťuje v každém vozidle nastartování motoru krátkým, ale silným impulzem. Po nastartování alternátor převezme klasické napájení vozidla a dobíjení akumulátoru, čímž je zároveň zajištěno napájení jeho elektrických komponentů, bezpečnostních systémů (ABS, ESP apod.) a komfortních prvků v kabině řidiče, jako je klimatizace nebo vyhřívání sedadel.

Palubní baterie obytných vozidlech

Napájení v obytném vozidle je však mnohem složitější. Za napájení elektrických zařízení v konstrukci nebo obytné části obytného auta slouží palubní baterie, které poskytují několik ampérů během několika hodin a především lze často dobíjet. Tuto funkci klasický startovací akumulátor zvládnout neumí a bez další baterie by nefungovaly například vodní čerpadlo, televizor, elektrická varná deska, osvětlení, chladnička, zásuvky včetně USB apod. Je však i mnoho zařízení, která používáním mohou posunout spotřebu baterie až na její hranice, jako např. fén, kávovar, mikrovlnná trouba, mixér, žehlička, klimatizace a pod. Z tohoto důvodu a pro soběstačnost obytného vozidla jsou kladeny požadavky hlavně na kvalitní vysokokapacitní baterie. Není žádným překvapením, že mnohé obytné automobily mají pro zabezpečení dostatku energie zabudovány i 2 nebo více palubních baterií.

Kritéria pro výběr palubní baterie

Cyklická životnost. Cyklická životnost je definována počtem takzvaných plných cyklů, které výrobce zaručuje, kolikrát lze baterii vybít a dobít, dokud neztratí kapacitu nebo dokonce zcela ztratí svoji funkčnost. Obvyklé hodnoty bývají od jednotek stovek cyklů u olověných baterií po jednotky tisíců cyklů u běžných technologií založených na lithiu. V praxi je tato hodnota zaokruhlována na stovky, případně tisíce. Čím vyšší je její hodnota, tím lepší a trvanlivější je ukládání energie.
Kapacita. Kapacita baterie se udává v ampérhodinách (Ah) a udává jak dlouho je baterie schopna dodávat proud za jednotku času. V závislosti na typu úložiště a výsledné hustotě energie se kapacita baterií stejné velikosti a hmotnosti může drasticky lišit.
Hloubka vybití (DoD). Hloubka vybití (Depth of discharge) je procento vybité kapacity baterie. Hloubka vybití je veličina určující aktuální podíl energie obsažené v baterii k celkové kapacitě baterie. Hloubka vybití se většinou uvádí v %. Jedná se vlastně o opačnou hodnotu ke stavu nabití (SoC). Když je stav nabití (SoC) 70%, tak stav vybití (DoD) je 30%.
Rychlost nabíjení. Aby bylo v obytném autě vždy dostatek energie, baterie by se měla dát rychle a efektivně nabít pomocí alternátoru, solárních panelů nebo externího napájení.
Životnost. V závislosti na cyklické životnosti a vhodné péči může být baterie používána i mnoho let.
Hmotnost. Vzhledem k omezenému užitečnému zatížení může být hmotnost důležitým faktorem při výběru baterie.
Cena. Pořizovací náklady jsou pro mnoho majitelů obytných vozidel rozhodujícím faktorem při výběru baterie.

Typy palubních baterií

Nejpoužívanějším typem palubních baterií jsou díky osvědčené bezpečnosti, výkonu a nízkým nákladům olověné baterie. Ty dle provedení můžeme rozdělit na:

• olověné baterie s kapalným elektrolytem a zaplavenými elektrodami (elektrolyt je volně nalitá kapalina mezi elektrodami)
• ventilem řízené olověné baterie VRLA (Valve Regulated Lead Acid). Jedná se o označení zapouzdřených akumulátorů s výrazným omezením vývoje plynů. Obecně jsou nazývány také olověné bezúdržbové akumulátory a dělíme je na:
  • Gelové baterie, které mají elektrolyt zahuštěný ve formě gelu
  • AGM baterie (Absorbent Glass Mat), které mají elektrolyt nasáklý ve skleněné vatě, která je mezi elektrodami

Nejmodernější technologie je obsažena v lithium-železo-fosfátových bateriích (LiFePO4), které nabízejí téměř celou svoji kapacitu a spojují několik výhod.

Baterie s kapalným elektrolytem (WET)

Klasické olověné baterie se zaplavenými elektrodami jsou vzhľadom na trochu zastaranú technológiu ze všech typů palubních baterií nejlevnější. Konštrukčne sú podobné klasickým štartovacím batériám, ale ich cyklická životnosť je výrazne vyššia. Jsou vhodné zejména pro majitele obytných aut, kteří spoléhají hlavně na externí energii, tzn. j. kteří chtějí baterii používat jen krátkodobě v ojedinělých případech a následně ji rychle dobít. Jejich atraktivita spočívá zejména v ceně. Pro ochranu před jejím rychlým opotřebením, je vhodné baterii nevybíjet příliš do hloubky. Hloubka vybití by neměla přesáhnout 50%.

Dostatečná pozornost musí být věnována také její údržbě, tj. pravidelná kontrola hladiny elektrolytu a dolévání destilované vody. Nevýhodou je jejich propustnost, vysoká hmotnost, riziko tvorby nebezpečných plynů při nabíjení, vysoké samovybíjení a malá odolnost vůči otřesům.

Gelové baterie (GEL)

Gelové baterie jsou typem olověných, ventilem řízených akumulátorů. Na rozdíl od baterií s kapalným elektrolytem je akumulátorová kyselina vázána ve formě gelu. Tím, že baterie jsou zapouzdřené, je možné je provozovat v jakékoli poloze i během jízdy. To jim zaručuje patřičnou odolnost i vůči otřesům. Mezi další výhody gelových baterií patří bezúdržbovost, nepropustnost, nízké samovybíjení a větší hloubka vybití. Gelová baterie je vhodná zejména pro spotřebiče s nižším příkonem.

Gelové baterie nejsou vhodné pro časté používání s měniči s vysokou spotřebou. Časy nabíjení gelové baterie jsou v porovnání s jinými typy poměrně vysoké. Jejich další nevýhodou je potřeba speciální nabíječky, neboť jsou velmi citlivé na přebíjení. Vysoký vnitřní odpor gelových baterií zároveň způsobuje, že nabíjení prostřednictvím solárních článků je často nedostatečné. Kromě toho jsou gelové baterie vhodné i pro zařízení s nízkou spotřebou energie odebíranou po dlouhou dobu s mnoha cykly nabití a vybití. Konzistence elektrolytu v gelových bateriích je přizpůsobena vysokým teplotám, ale zároveň způsobuje jejich velkou citlivost na chlad. Proto během zimního kempování může jejich výkon rychle klesat. Vysoká nákupní cena se může vyplatit díky delší životnosti.

Baterie Absorbent Glass Mat (AGM)

AGM je nejnovější konstrukce olověné baterie, ve které je elektrolyt nasáklý ve vysoce porézní tkanině ze skleněných vláken (Absorbed Glass Mat – absorpční skleněná rohož). Tato pokročilá technologie byla vyvinuta, aby splňovala nejvyšší bezpečnost, maximální účinnost a delší životnost než u jiných stávajících typů baterií. Materiál AGM má velmi nízký elektrický vnitřní odpor, přičemž si zachovává vyšší energetickou účinnost.

Díky formě uchování elektrolytu zvládnou dodávat energii i pro spotřebiče s vyššími požadavky na výkon. Jsou vhodné pro provoz výkonných invertorů, teplovodních kotlů, indukčních varných desek nebo jiných výkonných elektronických zařízení. Je však třeba poznamenat, že ani AGM baterie není vhodné často hluboce vybíjet (50, max. 55%), protože to vede ke zkrácení jejich životnosti. Nízké teploty nemají na tento typ baterie vliv a proto jsou vhodné i pro zimní kempování. Na druhé straně je AGM baterie těžká a citlivá na vysoké teploty, v důsledku čehož může dojít k poklesu výkonu. Mohou být zapojeny sériově nebo paralelně a nabízejí vysokou stabilitu cyklu s původně velmi dobrým poměrem investice a výkonu.

AGM baterie je cenově velmi atraktivní, ale hmotnostně velmi těžká, a proto v rámci sledování doložitelnosti vozidla není moc výhodná. Mnozí kempující, zejména ti, kteří spoléhají na soběstačnost, stále častěji přecházejí na lithiové baterie, i přes jejich mnohem vyšší cenu. Ty slibují jednak vyšší kapacitu, rychlejší nabíjení a mnohem nižší hmotnost.

Lithiové baterie (LiFePO4)

Stále více majitelů obytných automobilů přechází z olověné baterie na lithiovou, označovanou také jako lithium-iontová baterie, LiFePO4 nebo LFP. Lithium-železo-fosfátové (LiFePO4) baterie využívají elektrody složené z grafitové anody a katody tvořené směsí fosfátovou solí železa a lithia. Díky tomu má výsledný akumulátor jedinečné vlastnosti. Navzdory poměrně vysoké ceně však nabízí také mnoho výhod.

Kapacita. Lithiová baterie má větší kapacitu při stejné velikosti, nebo naopak, při stejné kapacitě zabírá lithiová baterie méně místa než olověná baterie, protože má nejvyšší hustotu energie v nejmenším provedení.
Hloubka vybití. I když se doporučuje, aby se olověné baterie nevybíjely na více než 50 %, maximálně 60 %, lithiové baterie lze vybít až na 90 % (u některých značek i více) jejich kapacity, aniž by vznikla obava snížení jejich životnosti. To zase znamená, že baterii je třeba nabíjet méně často a lze ji používat déle.
Příklad: Z olověné baterie s kapacitou 100 Ah lze použít pouze 50 Ah, poté je třeba ji znovu nabít. U lithiových baterií s kapacitou 100 Ah lze však bez obav použít až 90 Ah a teprve potom nabít.
Cyklická životnost. Výrobci lithiových baterií hovoří o 3000-5000 nabíjecích cyklech při hloubce vybití 80-90%.
Čas nabíjení. Čas potřebný k úplnému nabití je poměrně krátký, ať už při použití solárního systému, alternátoru nebo externího zdroje energie.
Systém správy baterie (BMS). Zbývající kapacitu lithiových baterií lze pohodlně sledovat přes systém správy baterií BMS, tedy aplikaci v mobilním telefonu přes Bluetooth, což umožňuje velmi spolehlivý přehled například o spotřebě energie. U běžných olověných baterií bez instalace externího měřidla takový mechanismus neexistuje a bez toho je mimořádně obtížné odhadnout, kdy bylo dosaženo maximálních doporučených 50 % nabíjecí kapacity.
Rozsah pracovních teplot. Lithiové baterie lze používat při teplotách do -20 stupňů, ale nabíjení pod nulou může způsobit značné škody. I tady je to pod kontrolou BMS. Pro tento případ mají novější baterie přibalené topné rouno, které dokáže rozpoznat teploty a zahřát baterii, pro její bezpečné nabití.
Nízká hmotnost. Lithium-iontová baterie je výrazně lehčí než olověná baterie se stejnou kapacitou.

Jediné nevýhody, které lze uvést, jsou vysoké pořizovací náklady a potřebná moderní nabíjecí technologie.

Lithiové versus olověné baterie

Přetrvávající hloubka vybití více než 50 % se u olověných baterií nedoporučuje, protože počet možných cyklů se neúměrně výrazně snižuje. Na rozdíl od toho se lithiová baterie může pravidelně vybíjet až na 90 %, aniž by způsobovala problémy nebo měnila počet cyklů. Lithiová baterie s kapacitou 100 Ah tedy obvykle může nahradit olověnou baterii s kapacitou 200 Ah. Olověné baterie výrazně ztrácejí kapacitu po maximálně 800 nabíjecích cyklech. Na rozdíl od toho LiFePO4 baterie zvládne až 3 000 nabíjecích cyklů a dosahuje přesvědčivého výkonu s následujícími 7 000 cykly. Na závěr, lithiová baterie podle výrobce baterií Liontron^® vydrží i při intenzivním používání minimálně tak dlouho jako tři olověné baterie.

S ohledem na hmotnost by měly být lithiové baterie preferovanou volbou na rozdíl od olověných baterií. Běžná 100Ah olověná baterie totiž váží přibližně 32 kilogramů. Lithiová baterie se stejnou kapacitou váží pouhých 14,5 kilogramu. Snížení hmotnosti je tedy více než 50 %. Pokud se olověná baterie s kapacitou 200 Ah nahradí lithiovou baterií o kapacitě 100 Ah, úspora hmotnosti se opět zdvojnásobí.

	AGM	GEL	LiFePO4
Využitelná kapacita	55%	65%	100%
Počet cyklů	500 až 600	700 až 800	min. 3000
Rozsah pracovních teplot	-20 až 40 °C	-20 až 40 °C	-20 až 60 °C
Konstantní výstupní výkon	★☆☆☆	★☆☆☆	★★★★
Hmotnost	★☆☆☆	★☆☆☆	★★★★
Nepropustnost	Ano	Ano	Ano
BMS	Ne	Ne	Ano
Potřeba údržby	Malá	Malá	Žádná
Doba nabíjení	★★☆☆	★★☆☆	★★★★
Samovybíjení	★★☆☆	★★☆☆	★★★★
Čas použitelnosti	★★☆☆	★★☆☆	★★★★

Správné nabíjení pro zvýšení životnosti

V podstatě nezáleží na tom, odkud baterie získává novou energii. Pro nabíjení palubní baterie jsou ideální nabíječka, solární systém, alternátor nebo palivový článek. Přesto, aby bylo zajištěno úplné nabití baterie, měla by být připojena k 230-voltové síti přibližně na dvanáct hodin každé čtyři týdny. Většina nabíječek má charakteristickou křivku IUoU, která zaručuje optimální dobu nabíjení. Mnohé z nich jsou individuálně přizpůsobeny každému typu baterie.

Výběr správné baterie

Při koupi baterie je kromě hmotnosti baterie rozhodující také vlastní energetická bilance. Vysoká pořizovací cena lithium-železo-fosfátové baterie lze určitě zohlednit, pokud se s obytným vozidlem často cestuje a je i přiměřeně vysoká spotřeba. Na každoroční dovolenou nebo víkendové výlety by však měly všechny požadavky splňovat také AGM nebo gelové baterie. K občasnému použití může postačovat baterie s kapalným elektrolytem, ale v mnoha případech se vyplatí investovat do bezpečnějších a trvanlivějších AGM a gelových baterií. Pokud jsou zařízení s vysokou spotřebou energie připojena přes měnič, je lepší koupit baterii AGM než gelovou. Pro nejvyšší nároky neexistuje k lithiovým bateriím alternativa a vyšší pořizovací cena se v průběhu let vrátí. LiFePO4 baterie také vyžadují méně místa, vydrží déle a váží mnohem méně. V této souvislosti je také užitečná identifikace spotřebičů, neboť i zde existuje velký potenciál úspor, který v konečném důsledku ovlivňuje i frekvenci nabíjení.

Zdroj: batterium GmbH, Varta, Liontron, Forster