Rådgivende ingeniør i Telecraft
Generell batterikunnskap.
Bly/syre-batteri ble oppfunnet av Raymond Gaston Plante i 1859, og tatt i bruk ca ett år senere.Det består av 6 celler.
Dette batteriet har en nominell spenning på 12 v
Friskt batteriet har en hvilespenning på 12,72 volt, målt ved 25 grader Celsius. Temperaturen er ideell for drift og vedlikehold av batteriet. Derfor har mange bobiler en temperaturmåler påmontert batteriet.
Denne skal gi laderen beskjed om hvilken temperatur batteriet opererer under, for riktig spenning i ladeøyeblikket.
Hvilespenning måles over batteriets poler når det har stått uten belastning i ca 24 timer, ved samme temperatur, 25* C.
Batteriet har flytende elektrolytt. Den er fortynnet kjemisk ren svovelsyre. Elektrolyttens hoveoppgave er delta aktivt i den kjemiske prossessen inne i batteriet ved å være bærer av elektrisk strøm mellom platene.
Man bør helst ikke belaste batteriet med mer enn 40 % av kapasiteten.
Typisk bly/syre tåler ca 150 syklinger.
Med sykling menes når batteriet tappes ned til 12,4 volt. Dvs 50% av totalkapasiten. Når spenningen kommer under denne voltgrensen, kan en gryende sulfatseringsprossess starte.
Det vil si at det dannes ett sulfatbelegg på platene i batteriet. Dette belegget blir varig, om en ikke innen rimelig tid starter lading igjen.
For langt batteriliv må derfor batteriet få sin anbefalt ladspenning og ladestrøm i hele ladefasen, inklusiv vedlikeholdsfasen. (Kilde:Sønnak)
AGM er også et blybatteri.
Det har ikke flytende elektrolytt. Her er den arbsorbert i en matte, en separator. Separatorens oppgave er også å hindre at platene kommer i berøring med hverandre, og forårsake kortslutning.
AGM har stor plateoverflate, med lite indre motstand.
Denne opptar lading raskere en GEL
AGM, som GEL, tåler ikke mer 14,4 v ladespenning. Ved høyere spenning over tid, kan de tørke ut, og blir varig ødelagt.
Dette batteriet er særdeles godt egnet som start/stopp batterier i moderne biler. Men også brukt i bobiler som forbruksbatteri. Men valget blir ofte GEL pga muligheter for flere syklinger.
Det tåler opp mot 80% utladning.
AGM tåler 6-700 syklinger.
Det tar ca åtte til ti timer å fullade dette batteriet fra 50%. Forutsetningen for denne tiden er at det ikke er noen forbruk undet ladingen.
For langt batteriliv må derfor batteriet få anbefalt ladspenning og ladestrøm i hele ladefasen, inklusiv vedlikeholdsfasen.(Kilde:Sønnak)
GEL er i stor utstrekning bygd opp slik som tradisjonell bly/syre. Her er syren tilsatt kiseloppløsning, slik at elektrolytten stivner til geleform.
Denne konstruksjonen gjør at batteriet tåler en heller en røffere hverdag uten å ta skade.
Med sin lave indre motstand tåler den store utladninger, opp til 80 % , og mange syklinger.
GEL, som AGM, tåler ikke høyere ladespenning en 14,4 volt.
Men sin unike konstruksjon er den særdeles godt egnet som forbruks/back up-batteri pga at det tåler mange utladninger (syklinger).
Dette tåler opp mot 1000 syklinger. Som med AGM tar det ca åtte til ti timer å fullade batteriet fra 50%.
For langt batteriliv må derfor GEL-batteriet få sin anbefalte ladspenning og ladestrøm i hele ladefasen, inklusiv vedlikeholdsfasen.(Kilde:Sønnak)
Litium (LiFeSo4)
John Goodenough er kjent som oppfinner av litiumionbatteriet.
Sony kommersialisert bruken av det tidlig på 90-tallet. Siden da har batteriet blitt en uvurderlig del av nesten all bærbare og faste installasjoner der det er behov for stabil kraft.
Nå tas det mer og mer i bruk i bobile også.
Så da kan vi trygt hevde at lithiumion er kommet for å bli som alternativ oppladbar energikilde.
(LiFePo4) som vi ofte bruker, er et batteri med stor energitetthet. Mye høyere enn blysyre, AGM og Gel ift både vekt og volum.
Det typiske batteriet er satt sammen av fire seriekoblede prismetiske celler, hver på 3,2 V.
Derfor sier vi at LiFePo4 har en nominell på 12,8 V, der blybatteri har 12volt.
Batteriet har en hvilespenning på 13,2 v
Litium har indre motstand <20 mOhm.
Det tåler 1500 -2000 syklinger ned til 80% utladning. Spenningen er svært lineær under hele utladningsforløpet, i motsetning til blybatterier.
Batteritypen har særdeles mange fordeler. Ikke minst den lave vekta, og energitettheta er av det positive.
Litium inneholder ikke kjente giftige stoffer. Og det lekker ikke. Man kan plassere det i alle retninger og der det måtte plass til det.
Derfor er det mange gode grunner for å velge LiFePo4, som batteriløsning i uoverskuelig fremtid.
Lithium batteriene produseres i mange varianter, og kan bygges for spesifikke formål.
Men det finnes også sylindriske celler. De omhandles ikke direkte om her..
LiFePo4 i bruk
I dette blogginlegget ønsker jeg belyse litt om LiFePO, som normalt brukes i bobiler/campingvogner i dag.
Lading ved start av bilen.
Ladespenningen fra generatoren, målt på over batteripolene, er typisk mellom 14,2 til 14,4. Når arbeidstemperaturen øker i dynamoen, synker ladespenningen pga økt motstand.
På EURO 5 og 6 motorer finnes regennerative generatorer. Disse kan derfor gi ut pulserende likespenning i størrelsesorden fra 14,25 til 15,8 volt.
I mange datablad for litiumsbatterier er anbefalt ladespenning +-14,6 volt. Da kan 14,4 vol,og lavere ladespenning ofte være i minste laget for tilstrekkelig opplading.
Litium, med sin ekstreme lave indre motstand, opptar enormt med strøm under lading.
Om vi legger Ohms lov (I=U/R) til grunn, og opererer med riktig ladespenningen, slik den anbefalt skal være, 14,6 volt, og den indre motstanden mindre enn 20 mOhm, forstår vi den teoretiske strømstyrken LiFePo4 krever.
Batterier har derfor en Battery Management System, BMS, innebygget. Noen av disse svært avanserte.
Denne innretningen sikrer maksimal levetid og sikkerhet for batteriet.
BMS beskytter ved forhold som overlading, kortslutning, og ved for høy temperatur. Den skrur av batteriet dersom noe unormalt skulle dukke opp under bruken.
Dersom man velger å parallellkoble et LiFePo4 med eksisterende batteribank, bør vi derfor vite hva vi begir oss ut på.
Når man starter opp bilen for å lade, møter vi på første utfordring.
LiFePo4 med sin uhyre lave indre motstanden, som tidligere beskrevet, gjør at dette batteriet har mottakelighet for enormt med strøm. Da bør dynamoen på bilen takle denne. Mange BMS`er begrenser derfor for høy ladespenning.
Dynamoen belastes ofte skikkelig, også over lang tid, og blir fort veldig varmt. Har den da lav isolasjonsklasse, kan det godt hende at generatoren får en heller kort levetid.
Noen batterileverandører hevder at dersom batteriet skal lades med dynamo, kan det være svært lurt å sette på en ekstra styring på ladingen.
Dette nettopp for å unngå overoppheting av dynamo. I utgangspunktet er ikke disse dynamoene konstruert til å gi slik strømmengde over lang tid som litium krever.
Noen biler har heller ikke tilstrekkelig dimensjoner på ledningsnettet for å distribuere denne enorme strømmen.
Man kan alternativt montere en ny ladekable fra dynamoen med tverrsnitt på minimum 35 mm2. Men her er avstanden avgjørende på kabelkvadratet.
Denne problemstillingen er også tilstede selv om man kun har ett litiumsbatteri i ladekretsen.
Lading via nettspenning.
På noen bobiler idag er laderen i bobilene, som EBL, ikke dimensjonert for denne enorme strømmengden over så lang tid som LiFePo4 opptar under ladingen. De har heller ikke den ladealgoritmen som lithium krever for god lading.
Mange bobil-fabrikanter har sikret sine ladere mot strømmer på størrelse ca 40A. Ved lading av litium kan strømstyrken ofte bli høyere. Topband anbefaler 50A ladestrøm.
Er ikke ladeanlegget i bobilene dimensjonert for slike strømmer som det her er snakk om, over lang tid, kan vi få en ubehagelig og kostbar utfordring å handtere. Det har enkelte sårt allerede smertelig erfart.
En annen følge av den store ladestrømmen gjennom LiFePo4, er at de øvrige batteriene i en eventuell parallellkoblingen i batteribanken får minimalt med ladestrøm. (Kirschovs strømlov)
Vi vet at LiFePo4 på ca 100 Ah krever 1 til 3 timer før det er ladet, alt etter utladningsgraden.
Blybatterier som AGM, GEL og blysyre trenger mye lengre tid for de er toppladet. Kanskje opp mot 8-10 timer fra 50% av kapasiten.
Når så LiFePo4 er ferdigladet, forstår de "dumme" regulatorene at alle batteriene i banken er fulladet, noe som ofte ikke trenger å være tilfelle.
Da avsluttes ladeprossessen, og går over på vedlikeholdslading,
Dette liker blybatteriene svært dårlig. På den korte ladetiden, på en til tre timer, har de aldri rukket å få opp tilstrekkelig med lading, før de tvinges over til vedlikeholdslading
Denne mis-matchen bør vi derfor gjøre noe med.
Et godt alternativ er å anskaffe seg en DC/DC-lader, som feks Sterling, med sin anbefalte oppkobling.
Da får Litiumsbatteriet en relativ konstant lineær og stabil ladespenning, noe som det i utgangspunktet også trives best med.
Med denne typen lader, trenger man nødvendigvis ikke å endre noe på bobilens originale ladesystem. Dette er også viktig i forhold til eventuelle reklamasjoner og garantibestemmelser på bobilen vi har anskaffet oss.
Ved supplement av LiFePo4 til eksisterende batteribank, kan vi dermed med DC/DC-lader få en batteribank problemfritt i flere år.
Enkelte bobilmerker har valgt tilsvarende løsning for riktig lading av litiumsbatterier i sine bobiler.
Når man så bytter bobil, og ønsker å ta med litiumsanlegget over i den nye bilen, er dette ingen problem.Man løsner kun på par skruer, og tar anlegget, litiumbatteriet og DC/DC-laderen, med seg over i den nye bilen vi har anskaffet oss.
Ett langt batteriliv avhenger alltid av att batteriene får anbefalt ladstrøm og ladespenning. Ikke minst i parallellkoblinger av batteri.
Mange tror fortsatt at ett toppladet batteri lader opp det eller de som har lavere spenning. Det er feil. Men vi får spenningsfordelig mellom dem inntil spenningspotesialet er utlignet.
Noen av oss tror ennu på batteriselgere idag, som på støvsugerselgerne i si tid.
I dag syndes det mye med lading.
Batterier, både bly og litium, i mange bobiler idag får aldri den ladespenningen de så sårt trenger. Og batterilevetiden blir deretter.
Det finnes idag ett utall av alternative løsninger i forhold til installasjon av Litium i bobiler. Her er det bare fantasien og pengeboka som bestemmer omfanget.
Lykke til med ny teknologi i aktiv bruk.
Kopiering, og viderebruk av dette blogginlegget er ikke tillatt iflg Lov om opphavsrett til åndsverk m.v. (åndsverkloven), uten samtykke fra meg.
Uten ansvar for mulige feil, og feiltolkninger.
Ingen kommentarer:
Legg inn en kommentar