Elsystem, del 3 – Batterival i delsystemen

I den här artikeln skriver jag om några olika saker som påverkar vilken typ av batteri och hur stor batterikapacitet som kan behövas för olika ändamål ombord. Här finns information om typisk elförbrukning, hur mycket elproduktion som behövs samt en motivering av batterivalet i de olika delsystemen i den fiktiva segelbåt som artiklarna använder som referens.

Innan vi kan välja batterier till våra elektriska delsystem behöver vi ha uppfattning om hur mycket energi båtens förbrukare använder på daglig basis. Det är först då vi kan dimensionera båtens elproduktion och batterikapacitet att lagra producerad el tills den behöver användas av förbrukarna.

Energibehov ombord

När man planerar hur mycket energi man vill kunna lagra i sina batterier behöver man ta hänsyn till några olika saker

  • Hur mycket förbrukas ombord under olika situationer?
    I hamn, på svaj, under segling, upplagd på land.
  • Vilka möjligheter till laddning finns?
    Generator på huvudmotor, separat elverk, landström, solpaneler, släpgenerator, vindgenerator eller annan energikälla.
  • Hur mycket energi kan de olika energikällorna ge under de förhållanden man planerar att vara i?
    Soligt, blåsigt, under segel, förtöjd i hamn, ankrad, storlek på bränsletankar till motor och elverk.

En bit ner i artikeln finns en tabell med en uppskattad energiförbrukning för 2-4 personer i situationer när man inte har tillgång till landström. Siffrorna kommer från vår egen förbrukning de 3 år vi bott ombord på Sally på sydligare breddgrader där solen står högt.

I varmare klimat är luften fuktigare vilket gör att det bildas mer is i kyl och frys. Isen och det varmare klimatet gör att kyl och frys oftast tar mer ström än specificerat. Fläktar behövs också söderut, däremot används inte värmarna alls 🙂

Tabellens kolumner innehåller följande värden.

  • Kolumn 1, anger en genomsnittlig förbrukareffekt under den tid som förbrukaren är igång.
  • Kolumn 2 & 3, anger hur många timmar per dygn förbrukaren är igång för de olika situationern.
  • De två sista kolumnerna innehåller uppgift om förbrukning (Wh) per dygn för ankar eller när vi seglar. Jag har inte tagit med förbrukning när båten ligger förtöjd med landström eftersom landströmmen ofta klarar av att lämna den energi som båten behöver.
FörbrukareWattTim
ankar
Tim
segel
Wh
ankar
Wh
segel
Kylskåp 40l202424480480
Kylbox 80l402424960960
Frysbox 40l402424960960
Pumpar & Toa20011200200
Belysning LED10666060
2 fläktar51266030
Mobilrouter & telefoni102412240120
Datorer och musik301212360360
Log ekolod m.m.51245120
Vhf & Satellit51245120
Radar standby100220220
Radar sändning2002040
Plotter ca 10 tum100240240
Plotter 14 tum1612416384
Autopilot elektrisk5002401200
Ankarlanterna LED1120120
Lanternor LED4012048
Summa0.5kW3.3kWh5.6kWh
Electric power consumption

Elspis och andra matlagninsmaskiner

Vi har en elspis som vi använder dagligen och en separat vattenkokare som är snabbare att använda för att koka upp vatten med. Förutom att koka vatten till kaffe och the, använder vi den för att förvärma vatten till matlagningen, ex.vis när vi ska koka pasta, ris, ägg m.m, det går fortare än att använda spisen som har lägre effekt på en platta än kokaren som är på nästan 2kW.

Jag har sammanställt förbrukningen när vi använder elspisen med halogenplattor där en platta har effekten 1000W och vattenkokaren har effekten 1800W. Vi har också en bakmaskin som vi använder var 3:e dag för att baka bröd. Jag har inte mätt dess förbrukning, en kvalificerad gissning är att det går åt omkring 500 Wh för ett brödbak.

Siffrorna är ungefärliga men de ger en uppfattning om hur mycket el som går åt med elspis.

FörbrukareEffekt (W)Tid (min)Energi (Wh)
Koka upp 1 liter vatten18005150
Koka 4 port pasta5001083
Koka 4 port ris30020100
Värma upp stekpannan1000567
Steka5001083
Baka bröd50060500
Förbrukning matlagning

För att koka 4 port pasta går det åt 150+83=233 Wh elenergi.

Beroende på hur mycket och vilken sorts mat du lagar så kommer en elspis att dra olika mycket elenergi. Min uppskattning från vår matlagning med 8 koppar kaffe om dagen, ett pasta eller riskok, en stekning och ett bröd var 3:e dag ger oss en förbrukning på omkring 750Wh per dag (2 pers).

Andra förbrukare med stor effekt

Utöver de här förbrukarna finns andra förbrukare med stor effekt som inte används dagligen, ex.vis startmotor, damsugare, elvisp, borrmaskin, bogpropeller, ankarvinsch, furlers och skotvinschar som också bidrar en del till energiförbrukningen. Den här förbrukningen är mer sporadisk och den reservkapacitet som finns i batteribank för servicebatterier räcker till dem för normal användning. Vissa av förbrukarna kommer dessutom att placeras i egna delsystem, se tidigare artiklar om de olika delsystemen.

Hur stor energiproduktion behövs?

Om vi inte vill ladda batterier varje dag, ger tabellen ovan en indikation om att energiproduktionen på en modern 45-50 fots segelbåt behöver ha en kapacitet på minst 6 kWh per dygn, antagligen lite mer för att täcka behovet från de sporadiska storförbrukarna.

Antag att båten har 500W solpaneler. I soligt väder på sydligare breddgrader producerar de ungefär 200W i snitt under 8 tim om de är horisontellt placerade och utan skugga. Det ger en energiproduktion på omkring 1.6kWh per dag. Batteribanken tappar därmed omkring 4 kWh per dygn vid segling. För ankar tappar de knappt 3 kWh per dygn.

Hur stor batteribank behövs?

Om vi vill slippa köra motor eller elverk varje dag behöver servicebatterierna ha en användbar kapacitet som är minst 4kWh vilket motsvarar 8kWh LFP-batterier vid 50% DoD. Det ger oss en reservkapacitet på 1.5kWh innan 20% DoD nås.

Om båten har gasolspis och vi inte behöver el till matlagning kan batteribanken minskas med 0.5 kWh LFP-batterier.

Med LFP-batterier är det möjligt att ha ännu större batteribank för att skapa ännu större reservkapacitet för att bättre klara av perioder med lite sol och vind utan att behöva använda motor eller elverk för att ladda.

Vilka batterier ska man välja?

Tänk på att se batterierna som en del i ett större system där både laddare och förbrukare ingår och för att skydda batterier och båt måste man se till att batterilösningen är övervakad, d.v.s den stänger av laddningen när batterierna är fulladdade och att de stänger av strömuttag när de är på väg att ta slut.

  • Ska batterikapaciteten delas upp i flera batteribanker och i så fall varför?
  • Vilken typ av batteri ska jag välja till de olika batteribankarna?

I en tidigare artikel har jag beskrivit hur båtens elsystem är uppbyggt med laddare, landström, solpaneler, batterier och förbrukare och där finns det fyra olika elektriska delsystem som har egna batterier/batteribankar, se Elsystem, del 2 – Översikt.

Här kommer några generella råd du kan följa vid batterival för de olika ändamålen ombord.

Val av startbatteri

Som startbatteri är mitt förstahandsval ett separat AGM-batteri som kan leverera tillräcklig ström utan att spänningen sjunker för mycket.

Val av servicebatterier

Som servicebatterier är mitt förstahandsval i dagsläget ett antal parallellkopplade LFP (LiFePO4) battier försedda med BMS som automatisk balanserar cellspänningen både inom varje batteri, men även över alla batterier. Laddning görs med en eller flera 3-stegsladdare avsedda för LFP-batteriet ifråga.
Behövs det flera parallella laddare för att få maximal laddningsström, se till att de är synkroniserade och har samma uppfattning batterispänning och batteritemperatur.

Om du av någon anledning inte kan använda LFP-batterier som förbrukningsbatterier föreslår jag att du använder AGM-batterier baserade på bly-kol teknologin eller GEL-batterier. Antagligen blir det för tungt att installera samma kapacitet som med LFP-batterier. Begränsningen blir nog vikt/utrymme för bly-batterierna, så bygg så stor batteribank du får plats med och som du kan ladda till 100% relativt ofta för att slippa sulfatering som uppstår i otillräckligt laddade batterier.

Eftersom bly-syra batterier inte kan laddas lika fort som LFP, kommer laddningen att ta längre tid vilket är en nackdel när man laddar från elverket som får fler drifttimmar.

Val av dedicerat batteri

Om det behövs en dedicerad batteribank för något speciellt ändamål. Välj batteri som passar bäst för den typ av förbrukare som ska anslutas.

Är det ex.vis en bog-propellern eller annan förbrukare med stor effekt som kan sänka spänningen för mycket för övriga förbrukare. Placera i egen batteribank och välj AGM-batteri med tillräcklig kapacitet och effekt.

Om ändamålet med batteribanken istället är att öka feltåligheten i delsystemet för 24V Service genom att dela upp 24V Service i två olika elektriska delsystem, ex.vis ett för de riktiga storförbrukarna som spis och inverters samt ett för 24V förbrukare som används under segling, välj samma typ av batteri i båda delsystemen.

Batterival för de olika delsystemen

I två tidigare artiklar finns en beskrivning av de olika elektriska delsystemen i en fiktiv 45 fots långfärdsseglare, se Elsystem, del 2 – Översikt.

För varje delsystem har jag angett en ungefärlig batterikapacitet i Wh. Det gör det enkelt att jämföra kapaciteten i de olika delsystemen eftersom den nominella spänningen inte påverkar energimåttet Wh. Anges kapaciteten i Ah behöver man även ta hänsyn till den nominella spänningen för att kunna jämföra kapaciteten i de olika delsystemen.

Eget batteri i 12V Start

Förutsätter att det finns en 12V startmotor.

Batterival

1.2kWh AGM startbatteri (100Ah 12V) som klarar att leverera startström till motor och elverk.

Anledningen till valet är att man får ett underhållsfritt batteri som kommer att hålla längre än ett vanligt startbatteri.

Fördelar

Det finns flera fördelar med att ha ett separat batteri avsett för motorstart.

  • Ökad driftsäkerhet genom att ha ett litet och enkelt elektriskt delsystem som fungerar oberoende av alla andra elektriska delsystem ombord. Det ökar chansen att det alltid fungerar när motorn behöver startas.
  • Kan använda ett batteri som är avsett att leverera tillräckligt stark ström till startmotorn.
  • Skydda andra förbrukare mot för låg spänning som uppstår i samband med start eller eller för hög spänning som uppstår vid en s.k. ”load dump”. Se föregående artikel om generatorn.
Nackdelar
  • Mer komplicerad och därmed dyrare installation än att använda samma batteribank för start och 12V Service.

Eget batteri i 12V Service

Förutsätter att det finns förbrukare som använder 12V.

Batterival

LFP-batteri 2,5kWh (200Ah 12V) eller AGM bly-kol eller GEL batteri med kapaciteten 7.5kWh (600Ah 12V).

Anledningen till valet av LFP är att få en batteribank som rymmer så mycket användbar energi som möjligt per kg batteri och fortfarande vara säkert och ha lång livslängd.

Fördelar

Fördelarna med en egen batteribank för 12V Service är

  • Kan använda batteriteknologi som ger lång livslängd och högre kapacitet per kg batteri.
  • Driftsäkerhet, man har separerat förbrukare som behöver 12V i ett elektriskt delsystem som fungerar oberoende av de andra delsystemen.
  • Driftsäkerhet, med 7.5 kWh kapacitet kan batteribanken i nödfall användas som startbatteri.
  • Eftersom båten är försedd med stor batterikapacitet i 24V Service skulle man kunna använda en DC/DC konverter från 24V till 12V för att förse 12V förbrukare med elektricitet. Med en DC/DC konverter förlorar man en del energi samt att den alltid drar lite ström när den är igång. Fördelen med DC/DC konvertern är att man kan koncentrera all kapacitet i en batteribank för 24V Service.
Nackdelar
  • Mer komplicerad och därmed dyrare installation att ladda ett 12V Service från alla olika energikällor (landström, motor, elverk, solpaneler, vindkraft etc).
  • Förmodligen behöver man mer total installerad batterikapacitet eftersom man delat upp batteribankerna i 12V respektive 24V. Det är ju inte säkert att man använder lika mycket 12V/24V förbrukare hela tiden. Det gör att batterierna i de olika batteribankerna för service laddas ur olika fort.

Eget batteri 24V Service

Förutsätter att huvuddelen av förbrukarna behöver 24V.

Batterival

Batteribank med LFP-batterier 10kWh-20kWh (400Ah till 800Ah 24V, vikt 125kg-250kg) eller AGM bly-kol eller GEL-batterier med kapaciteten 20kWh-30kWh (800Ah till 1200Ah 24V, vikt 500kg-750kg).

Genom att välja LFP får man en batteribank som rymmer så mycket användbar energi som möjligt per kg batteri och fortfarande är säkert och har lång livslängd.

Den högre kapaciteten rekommenderas ifall man ersatt gasol med elspis och ugn. Kan du inte använda LFP bör du inte installera el-spis eftersom kapacitetsbehovet inte täcks med rimlig mängd AGM-batterier för den här båtstorleken.

Om båten är försedd med en bogpropeller i aktern har man alternativet att ha en separat batteribank för akterpropellern.

Om batteribanken för 12V/24V Service är placerad nära bogpropellern, kan den användas istället. Säkerställ dock att batteribanken har tillräcklig kapacitet och tål det dubbla effektuttaget mot vad bogpropellern kräver vid full effekt. Så länge batterierna har kvar mer än hälften av sin kapacitet, borde spänningen inte sjunka under 12V/24V när bogpropellern används.

Fördelar
  • Slipper använda DC/DC konverter från 12V till 24V för att förse 24V förbrukare med elektricitet.
  • Kan använda tunnare kablar i elsystemet vilket spar vikt, utrymme och är billigare.
  • Man kan ha ett batteri byggt för att klara djup urladdning och många laddningscykler utan att skadas.
Nackdelar
  • Jag ser inga nackdelar. Har man många 24V förbrukare ombord anser jag att det behöver finnas en 24V batteribank som tål djupurladdning och många laddningscykler.

Eget batteri 12V/24V Bog

Förutsätter att det finns en eller flera stora 12V eller 24V förbrukare föröver.

Batterival

3kWh – 4kWh (150Ah-200Ah 24V, 60-90kg) AGM-batteri baserat på bly-kol teknologi.

Anledningen till valet av AGM baserad på bly-kol teknologi är att få ett batteri som tål högt strömuttag och många laddningscykler.

Bogpropellern har hög effekt och tar därmed mycket ström vilket sänker batterispänningen ner mot 11V/22V eller lägre, vilket kan störa annan utrustning som kräver 12V/24V för att fungera.

Batterikapacitet och effekt beror av hur stor effekt bogpropellern har och hur mycket den förväntas behöva användas.

Idag är det ju vanligt att segelbåtar har dubbla roder och är utan akterproppeller. De kan behöva använda en bogpropellern i fören oftare och kanske längre tid eftersom propellerströmmen från huvudmotorn inte kan användas för att vrida båten.

Fördelar
  • Stör ej utrustning som är känslig för låg spänning.
  • Säkerhet, man har alltid ett laddat batteri till bogpropellern och riskerar inte att ladda ur service-batterierna under en besvärlig tilläggning.
  • Man kan ha ett batteri byggt för att kunna leverera hög effekt (stort strömuttag).
  • Kan använda tunnare kablar till bogpropellern eftersom batterierna är placerade närmare.
Nackdelar

Mer komplicerad och dyrare installation att ladda ett separat bog-batteri.

%d bloggare gillar detta: