Batterier
Vad krävs för batteri till en elmotor i en båt? Här finns all information om litiumbatteriet i vår båt.
Batteri-fakta
| Kappacitet | Ca 14 kWh (280 Ah) |
| Spänning | 48 V (42 - 60 V) |
| Laddtid (tomt till fullt) | 8 h (10 A landström) |
| Livslängd | I praktiken obegränsad |
Räckvidd *
| 2,8 Knop | 29 h | 82 Nm |
| 3,8 Knop | 12 h | 46 Nm |
| 4,5 Knop | 5:45 h | 26 Nm |
| 5 Knop | 3:30 h | 17 Nm |
* Data från första testet till sjöss. Räckvidden kommer sannolikt öka.
Läs blogginlägget om reduktionsväxel för mer detaljer.
Innehållsförteckning
- Konstruktion
- Räckvidd
- Livslängd
- Kemi
- Fördelar
- Batterikapacitet
- BMS
- Batteriövervakning
- Kopplingsschema
- Laddning
- Räckvidd
Batterikonstruktion
Batteripack
| Spänning | 48 V (40 - 58 V) |
| Konstruktion | 16 seriekopplade LiFePO4 |
| Totalvikt | Ca 100 Kg |
| Chassi | 85 liters glasfiberförstärkt låda i björkplywood |
| BMS | JKBMS, 200 A, 2 A aktiv balansering |
| Huvudsäkring | 300 A |
| Huvudbrytare | 250 A (max 2 kA under 5 s) |
| Mätshunt | Victron BMV 700 |
| Kablage | Förtennad mångtrådig koppar 70 mm2 |
Battericeller
| Maximal i och urladdningsström | 280 A kontinuerligt |
| Nominell spänning | 3,2 V (2,5 - 3,65 V) |
| Inre motstånd | 0.1 - 0.3 mΩ |
| Vikt | 5,22 ± 0,2 kg |
| Livslängd vid 80% i och urladdning | 4 000 cykler |
| Laddningstemperatur | -5 - 60 °C |
| Urladdningstemperatur | -30 - 60 °C |
| Energitäthet |
178 Wh / kg |
Räckvidd
Den i särklass vanligaste frågan vi får när vi pratar om vårt projekt med elmotor är ”hur långt kommer du med elmotor och batterier?” Om vi vänder på steken, hur mycket brukar vi köra med motor under en sommar? Med vår gamla båt brukade vi tanka 10 liter per år, max och då var det alltid kvar tills nästa år. Ja men man kanske blir kvar i Skagen när det är stiltje, eller det kanske vrider emot när semestern är slut. Båda låter som bortförklaringar för dålig planering, att man inte läst väderleksprognosen eller båda. Vi har alltid seglat vår segelbåt, en elmotor kommer knappast ändra på det.
Jag tycker det är intressant var denna ångest över räckvidd kommer ifrån. Att gubbar som kör törstiga motorbåtar i +20 knop ojar sig över räckvidd är ingen överraskning. Köra båt, eller bil med stor motor är en del av mansidealet. Naturligtvis är alla människor unika individer men trots det syns ett mönster. I dag har de flesta vant sig vid bekvämligheten att kunna köra i princip hur långt som helst med fossilt bränsle men är det inte dags att tänka om nu? För oss handlar seglingen till stor del om att vara ett med naturen.
Livslängd
Cellerna är specificerade till 4 000 cykler vid 80% DoD, vilket betyder att cellens kapacitet utnyttjas mellan 10% och 90% laddning. Om vi laddar ur och i en gång om dagen så håller cellerna i 11 år. I praktiken kanske vi gör det 5 eller 10 gånger per år. Batteriet kommer med andra ord att överleva både oss och barnen. Om man istället nöjer sig med 50% DoD så ökar livslängden till det dubbla - minst.
Litiumjärnfosfat (LiFePO4)
Den andra mest vanliga frågan vi får är om det inte är farligt med litium-jon-batterier. Jo det är det men det är inte litium vi har utan litiumjärnfosfat. "Vanliga" litium-jon-batterier som finns i bärbara datorer, telefoner kameror etc. är brandfarliga, kan svälla och börja brinna våldsamt vid fel laddning. De innehåller dessutom nickel och kobolt vars utvinningen är problematisk, minst sagt. LiFePO4 däremot innehåller inte nickel och kobolt och dras inte med brandproblemen som lithiumbatterier gör. Nackdelen är att de har en aning lägre energitäthet, d.v.s. för samma vikt kan de inte lagra riktigt lika mycket energi. Mer om litiumjärnfosfat finns på wikipedia.
Fördelar jämfört med blybatterier
| Vikt | Ca 50% av ett blybatteri. |
| Linjär effekt och energi | Ett LiFePO4-batteri levererar lika mycket energi oavsett strömuttag. Ett blybatteri levererar mindre i takt med ökat strömuttag i och med peukerts lag. |
| Låg självurladdning | En tiondel jämfört med blybatterier, vilket betyder att de inte behöver underhållsladdas. Alla som glömt ett blybatteri utan laddare i båten över vintern vet att det är utslaget på våren. Med ett LiFePO4-batteri däremot är det bara att lämna halvfyllt på hösten och komma tillbaka till ett halvfullt på våren. |
| Låg och konstant inre resistans. | Ett LiFePO4-batteri laddas med konstant ström hela vägen från tomt till fullt. I blybatterier ökar den inre resistansen i takt med laddningen, d.v.s. det blir trögare och trögare att ladda ett blybatter allt eftersom batteriet närmar sig full laddning. |
| Högre kapacitet | Ett blybatteri kan sällan laddas ur lägre än till 50% laddning utan att riskera att skadas. Ett LiFePO4-batter kan laddas ur ned till 10% laddning vilket gör att får man ut högre kapacitet för "samma märkning". |
| Snabbare laddning | Den låga och konstanta inre resistansen gör att man kan ladda ett LiFePO4-batteri på 1/4 av tiden jämfört med ett blybatteri. |
| Kapacitet vid låg temperatur | Ett LiFePO4-batteri levererar 90% av sin kapacitet vid 0 ℃ jämfört med 50% hos ett blybatteri. Dock skall LiFePO4-batterier generellt inte laddas under 0 ℃, även om en del celler idag klarar detta ner till -5 ℃. |
| Kapacitet vid hög temperatur | Ett LiFePO4 har ungefär dubbelt så hög kapacitet vid 50 ℃. |
| Ökad livslängd | Med uppemot 8 000 laddcykler håller ett LiFePO4-batteri uppemot 20 gånger så lång tid som ett blybatteri. |
| Lägre underhåll |
LiFePO4-batterier kräver inget som helst underhåll |
| Lägre ägandekostnad | 25% - 50% av ett blybatteri. Trots att ett LiFePO4-batteri kostar betydligt mer än ett blybatteri blir den totala ägandekostnaden lägre. |
Tack vare högre användbar kapacitet, snabbare laddning och lägre självurladdning räcker det med ett mindre LiFePO4-batteri än vad man hade behövt med ett blybatteri.
| 40 Ah LiFePO4-batteri * | 75 Ah marinbateri bly ** | ||
|---|---|---|---|
| Användbar kapacitet | 36 Ah | 37,5 Ah | |
| Laddtid | 3 h | 12 h | |
| Vikt | 8,3 Kg | 18 Kg | |
| Laddcykler | 4 000 | 120 | |
| Kostnad | 2 000 | 1 200 | |
| Pris / laddcykel | 0,5 kronor | 10 kronor | |
* GWL / Winston 40 Ah
** varta marin 75ah
Batterikapacitet
Dimensioneringen av batteriet görs utifrån två parametrar.
1. Batteriet måste kunna leverera så mycket ström som motorn kräver vid maximal effekt.
2. Önskad räckvidd
Vår motor är på 10 kW, utmatad effekt. Räknat med en (låg) verkningsgrad på 80 % krävs en inmatad effekt på ca 13 kW. Detta ger att batteriet behöver kunna leverera 270 A utan att ta skada. (13 kW / 48 V ≈ 270 A).
Maximalt strömuttag från ett batteri anges i C. Ett batteri på 150 Ah med 0,5 C kan mata ut 75 A. Cellerna vi köpt har 1 C i konstant urladdning och 2 C under en minut. I praktiken kommer vi aldrig att köra så hårt, förutom vid testkörningen och möjligtvis vid någon form av olycka.
BMS
För att ha koll på batteriet krävs en BMS (Battery Management System). Dess uppgift är att koppla bort batteriet när spänningen på någon cell antingen går under eller över en viss spänning. Detta görs för att inte skada cellen genom överladdning eller att man tömmer den helt. BMSen ser också till att alla celler håller samma spänning i slutet av laddcykeln, så kallad cellbalansering.
Batteriövervakning
Även om BMS:en vi viss mån har koll på batteriet har vi valt att även använda oss av en mätshunt. Den mäter alla energi som matas i eller ur batteriet och kan på så vis visa både nivån av laddning och hur lång tid man kan köra med aktuell belastning, en slags tankmätare med andra ord. Vi använder en shunt från Victron eftersom denna kan prata direkt med växelriktaren.
Kopplingsschema
Vill du läsa mer kan du kolla in vårt kopplingsschema på sidan för båtens elsystem.
Laddning
Till att börja med kommer vi kunna ladda batteriet på två sätt. Med propellern, som en dynamo när vi seglar och med en landströmsladdare när vi ligger vid kaj. En av sakerna som skiljer ett litiumjärnfosfat-batteri från ett blybatteri är laddningen. Blybatterier har hög självurladdning och behöver därför i princip konstant underhållsladdas. Eftersom ett LiFePO4-batteri har mycket låg självurladdning skall det inte heller underhållsladdas. Framöver hoppas vi kunna montera kraftiga solpaneler som kan ladda det stora batteriet men det blir ett annat år.
Hastighet kontra räckvidd
Hur långt räcker då detta i vår fyra ton tunga Grinde? Tja det återstår att se. Att beräkna detta är både för komplext och för komplicerat för mig. När vi dimensionerade batteriet utgick vi från en någorlunda kvalificerad gissning + lite marginal. Vi uppskattade att batteriet skulle räcka till 20-30 Nm i 3-4 knop. Denna frågan har avhandlats i flera olika blogginlägg, bland annat inlägget Räckvidd men det kanske mest intressant är Första testet till sjöss där vi faktiskt provar. Testet bekräftar både att uppskattningen stämmer ganska väl och visar tydligt hur brant effektuttaget ökar (och räckvidden minskar) vid stigande hastighet.
Spännande?
Om du läst hela vägen hit är du förmodligen inte bara nyfiken, utan kanske rent av intresserad av att själv byta till elmotor. Grattis, du har hamnat helt rätt, på den här hemsidan finns massor med information om vårt arbete med att byta ut dieselmotorn till en elmotor som inombordare i båten. På sidan elkonvertering samlar vi all information om arbetet med att montera en elektrisk motor som inombordare.
Bloggposter om batteriet
Nedan följer en lista med alla de bloggposter som handlar vårt batteri.
