Elsystem, del 3 – Batterier och laddning

Det finns många olika typer av laddningsbara batterier som kan användas i båtar. I den här artikeln går jag igenom hur de vanligaste batterisorterna fungerar, hur de kan kopplas samman och hur de laddas för bäst livslängd.

Det här ämnesområdet är så omfattande att jag har delat upp artikeln i flera delar och det här är huvudartikeln som knyter ihop det hela. Det finns sju artiklar till som beskriver olika delområden och det är

  1. Det vimlar av begrepp som har med batterier och laddning att göra och i artikeln Elsystem, Del 3 – Batteritermer har jag beskrivit de begrepp som förekommer i mina artiklar.
  2. Mer detaljerat om blybatterier i Elsystem, Del 3 – Fakta blybatterier.
  3. Mer detaljerat om litiumjon-batterier i Elsystem Del, 3 – Fakta litiumjon-batterier.
  4. En jämförelse av batterityperna i Elsystem, Del 3 – Batterijämförelse.
  5. Motivering av batterival i de olika delsystemen i den fiktiva segelbåten finns i Elsystem, Del 3 – Batterival i delsystemen
  6. Hur en batteribank med flera batterier kopplas, hittar du i artikeln Elsystem, Del 3 – Koppla batteribanken.
  7. Mer information om hur batteriladdare fungerar och hur de ansluts finns i artikeln Elsystem, Del 3 – Batteriladdare.

Principen för laddningsbara batterier

Laddningsbara batterier i en segelbåt bygger på att elektrisk energi lagras som kemisk energi i batteriet när det laddas. Vid användning av batteriet omvandlas den lagrade energin till elektrisk energi.

Den här skissen visar principen för ett sådant laddningsbart batteri. Batteriet består av en minuspol (anod) och en pluspol (katod) och de befinner sig i samma elektriskt ledande ämne (elektrolyt).

Uppladdning

När ett batteri laddas ökas spänningen på batteriets pluspol (katod) så att den blir lite högre än batteriets spänning i vila. Då börjar det gå en ström till batteriets pluspol. Det startar en kemisk reaktion som använder den tillförda elektriciteten för att omvandla materialen i batteriets poler till andra ämnen och på så sätt lagra den tillförda energin. När laddningsspänningen uppnår ett visst värde anses allt material vara omvandlat och batteriet betraktas som fulladdat. Om laddnings- spänningen höjs ytterligare kan andra kemiska reaktioner starta. I de flesta fall skadas batteriet av för hög spänning.

Urladdning

När batteriet används sänks spänningen på batteriets pluspol (katod) till under vilospänningen. Då startar en omvänd kemisk reaktion som frigör den lagrade energin i form av en elektrisk ström från batteriets plusspol. Vid den här kemiska reaktionen omvandlas polerna tillbaka till samma material som tidigare och när allt material är omvandlat, är batteriet helt urladdat. Om spänningen sänks ytterligare, kan andra kemiska reaktioner starta. I de flesta fall skadas batteriet av för låg spänning.

Det är de här två processerna som möjliggör uppladdningsbara batterier.

Laddningsproblem

Tyvärr är processerna inte alltid helt perfekta och det gör att batteriet slits mer eller mindre för varje gång det laddas upp och laddas ur. Det finns vissa saker som gör att ett batteri slits mer och får kortare livslängd. I princip är alla laddningsbara batterier mer eller mindre känsliga för de här sakerna

  • Felaktig laddningsspänning
  • Felaktig laddningsprocess
  • För stor laddström
  • För stora strömuttag
  • För hög laddningsspänning
  • För låg laddningsspänning
  • Ladda ur batteriet för mycket
  • Hög omgivningstemperatur
  • Låg omgivningstemperatur

Batterikemi

Idag används i huvudsak två olika typer av kemiska processer i uppladdningsbara batterier på båtar, det är

  1. En kemisk reaktion mellan bly och svavelsyra utspädd med vatten, s.k bly-syra batterier. Du kan läsa mer i Elsystem, Del 3 – Fakta blybatterier.
  2. En kemisk process som kallas intercalation där litiumjoner lagras i batteripolernas skiktade strukturer av litium respektive grafit, s.k litiumjon batterier. Du kan läsa mer i Elsystem Del, 3 – Fakta litiumjon-batterier.

Vilka batterier ska man välja?

Hur ska man veta vilken typ av batteri som ska användas och hur mycket batterikapacitet som kommer att behövas?

I artikeln Elsystem, Del 3 – Batterijämförelse finns en sammanställing av de olika batterityperans egenskaper och livstidskostnad för energilagring.

I artikeln Elsystem, Del 3 – Batterival i delsystemen skriver jag om de olika faktorer som ligger till grund för batterivalet i de olika elektriska delsystemen ombord.

Sammankoppling av batterier

Ofta behöver man mer kapacitet än vad som finns i ett batteri och det löser man genom att parallellkoppla flera batterier. Behöver delsystemet högre spänning än vad som finns i ett batteri löser man det genom att seriekoppla batterier.

I artikeln Elsystem, Del 3 – Koppla batteribanken finns mer att läsa om detta.

Batteriladdare

Eftersom batterierna vi använder i såna här elsystem är dyrbara, använd bara flerstegs automatiska kvalitetsladdare som är avsedda för den typ av batterier båten har i sina batteribanker och säkerställ att laddarna är rätt installerade och har rätt konfigurering.

I artikeln Elsystem, Del 3 – Batteriladdare finns mer att läsa om batteriladdare och hur de ansluts.

Avslutningsvis

Det finns flera parametrar som styr hur man konstruerar lagringen av elektrisk energi på en segelbåt. De viktigaste är

  1. Vilka elektriska förbrukare finns?
  2. Var är de stora förbrukarna monterade på båten?
  3. Hur mycket energi behöver kunna lagras?
  4. Hur stor plats finns för batterier och laddningsutrustning?
  5. Behövs redundans och backup när något går sönder?
  6. Hur påverkar installationsregler för batterier och laddningsutrustning konstruktionen?
  7. Hur mycket får det kosta?

Svaren på de här frågorna kommer att styra konstruktionen och ge olika resultat beroende på hur svaren ser ut. Det gör att den övergripande konstruktionen kan skilja rätt mycket från båt till båt när det gäller antal och storlek på batteribankar.

När det gäller utförandet av den elektriska installationen, ska den alltid följa de installationsregler som finns och göras på samma sätt i alla installationer. Reglerna finns till för att eliminera risken för personskada och brand p.g.a fel i de elektriska systemen.

%d bloggare gillar detta: