Elsystem, del 3 – Koppla Batteribanken

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 ett batteri har, löser man det genom seriekoppling av batterier. I den här artikeln lär du dig hur batteribanken kopplas ihop.

12V batteribank

Parallellkoppling för ökad kapacitet

Bly-syra batterier är tunga (12V 100Ah väger ca 30 kg) och det gör att den största hanterbara storleken ombord på en båt är ca 60 kg, dvs 12V 200Ah i ett batteri. Det ger ungefär 100Ah tillgänglig energi vilket är för lite kapacitet till en sån här båts förbrukare. Behöver man en batteribank med mer kapacitet än vad ett batteri har, då måste man parallellkoppla flera 12V batterier.

Vid parallellkoppling av batterier finns i princip fyra olika sätt att gå till väga.

Principer för parallellkoppling av batterier
  1. I sekvens (Sequence)
    Laddaren ansluts till polerna på ett av batterierna. Polerna på nästa batteri ansluts till motsvarande poler på det föregående batteriet (plus till plus och minus till minus).
    Den här kopplingen rekommenderas inte eftersom batterierna kommer att laddas med olika spänning. Den totala kabellängden från laddaren till det undre batteriet är längre än till det övre. Det leder till högre resistans vilket ger lägre spänning till det undre batteriet.
  2. Diagonalt
    Nästan som koppling i sekevens, men med den skillnaden att laddaren är ansluten till det undre batteriets minuspol och det övre batteriets pluspol. För att batterierna ska laddas med samma spänning måste kablarna mellan laddare och batterier vara lika långa (L1), samt att kablarna mellan batterierna är lika långa (L2).
  3. Via gemensam kopplingspunkt (Plint, Post)
    Här är laddaren ansluten till två kopplingspunkter med kablar som kan vara olika långa. En kopplingspunkt ansluter alla plus eller alla minuspoler. Kablarna mellan en kopplingspunkt och batterierna måste vara lika långa (L1 till minuspolen, L2 till pluspolen).
  4. Via kopplingskena (Busbar)
    Här är laddaren ansluten till två kopplingsskenor av grov koppar med försumbar resistans och batteripolerna är anslutna dirket till skenan. Anslut gärna kopplingsskenan till batteribankens anslutning som i en diagonal koppling.

För att få en överskådlig installation, montera alltid två kopplingsplintar dit batteribankens kablar ansluter. Det är dessa två plintar som övriga delar av elsystemet ansluter till.

Parallellkoppling av två batterier

Den här ritniningen visar två parallellkoplade batterier för ökad kapacitet till 12V 200Ah (2.4kWh).

Parallellkoppling av två parallellkopplade batterier

Parallellkoppling av tre batterier

Den här ritniningen visar tre parallellkoplade batterier för att öka kapaciteten till 12V 300Ah (3.6kWh).

Parallellkoppling av tre parallellkopplade batterier

Parallellkoppling av fyra batterier

Den här ritniningen visar fyra parallellkoplade batterier som ger kapaciteten 12V 400Ah (4.8kWh)

Parallellkoppling av fyra batterier

Så här kan man fortsätta att öka kapaciteten i en batteribank. Parallellkoppling av fler och fler batterier. Stäm av med tillverkare hur många batterier som kan parallellkopplas.

Seriekoppling för ökad spänning

Har man 24V förbrukare behöver och bara har tillgång till 12V batterier, måste man seriekoppla 12V batterier. För att uppnå tillräcklig kapacitet i batteribanken kan man dessutom behöva parallellkoppla de seriekopplade batterierna.

Vid seriekoppling är det viktigt att båda batterierna har samma spänning när de kopplas ihop. Varje säsong behöver man säkerställa att batterierna åter får samma spänning igen. Har de olika spänning, kommer batteriet med lägst spänning inte att laddas tillräckligt mycket. Det andra batteriet kan få för hög spänning.

Den här ritningen visar två olika lösningar med laddning av seriekopplade batterier.

Laddning av seriekopplade batterier
  • Separata laddare
    I den vänstra ritningen används 12V-laddare som är anslutna till ett batteri var. I princip är det en bra lösning eftersom varje batteri laddas var för sig. Ska man ha en sån här lösning behöver man använda en laddare som är byggd att ladda två seriekopplade batterier, annars inte.
    Ett problem är att en shunt inte kan mäta hur mycket ström som tillförs batterierna. Ett annat problem kan vara att laddarna har olika spänning på sin minuspol. Den för första laddarens minuspol är ansluten till elsystemets minuspol, men inte den andra. Om laddarna har kontakt mellan minus på batterisidan och minus på matningssidan, kommer den första laddaren att kortslutas.
  • En laddare
    Den högra ritningen visar hur man använder en 24V laddare, vilket är det vanliga. På sikt kan en sån koppling drabbas av obalansspänning vilket leder till problem med batteriernas laddning och att de åldras fortare. Koppla isär batterierna varje säsong och ladda upp dem till samma spänning. Passa även på att köra en rekonditionering (Equalization) av batterierna då. Se artikel Elsystem, Del 3 – Batteriladdare.

Parallellkoppling av två seriekopplade

Den här ritniningen visar två serierkopplade batterier som är parallellkopplade för ökad kapacitet 24V 200Ah (4.8kWh).

Parallellkoppling av två seriekopplade batterier

Den här ritningen visar de två andra varianterna hur man parallellkopplar två seriekopplade batterier.

Parallellkoppling av två seriekopplade batterier

Parallellkoppling av tre seriekopplade

Nu har i ökat kapaciteten till 24V 300Ah (7,2 kWh) genom att parallellkoppla tre seriekopplade batterier.

Parallellkoppling av tre seriekopplade batterier

Den här ritningen visar de två andra varianterna hur man parallellkopplar tre seriekopplade batterier.

Parallellkoppling av tre seriekopplade batterier

Parallellkoppling av fyra seriekopplade

Nu har i ökat kapaciteten ytterligare till 24V 400Ah (8.4kWh) genom att parallellkoppla fyra seriekopplade batterier.

Parallellkoppling av fyra seriekopplade batterier

Den här ritningen visar de två andra varianterna hur man parallellkopplar fyra seriekopplade batterier.

Parallellkoppling av fyra seriekopplade batterier

Anslutning av batteriövervakning

En batteribank kan behöva kompletteras med utrustning för övervakning av enskilda batterier eller hela batteribanken. Det är utrustning som

  • Mäter laddningsnivån (shunt)
  • Kopplar bort batteri vid för hög ström (relä)
  • Kopplar bort batteri vid för låg laddningsnivå (relä)
  • Kopplar bort generator när batteribankens SoC > 90% (relä)
  • Balanserar spänning över de enskilda batterierna i en batteribank med seriekopplade batterier (spänningsbalanserare)

Mätning av laddningsnivå och skydda mot hög ström

För att få ett bra värde på batteribankens laddningsnivå behövs en shunt med vars hjälp man kan mäta hur stor ström som går till eller från en batteribank. Har man batterier med BMS, har de inbyggd shunt och varje batteri känner till sin laddningsnivå och då behövs ingen extern shunt.

För att skydda batteribanken/elsystemet mot för hög ström placeras en automatsäkring på den positiva anslutningen mellan shunt och laddare/förbrukare. Den här säkringen ska finnas även om man har säkringsbrytare på varje enskilt batteri enligt avsnittet om skydd vid låg laddningsnivå.

Skissen nedan visar hur det kan se ut med en shunt som ansluter både plus och minus. Vissa shuntar ansluts bara på den negativa anslutningen till batteribanken. I det här fallet har shunten en temperaturgivare (mörkblå) på batteriet.

Anslutning shunt och säkring för hela batteribanken

Koppla bort batteri vid för låg laddningsnivå

För att skydda enskilda batterier mot för låg laddningsnivå placeras en säkringsbrytare mellan batteriets pluspol och kopplingpunkt för batteribankens positiva pol. I det här fallet är den elektriska utrustningen ansluten till ett gemensamt datanätverk (brun kabel).

Anslutning av individuell säkring

Tänk på att dessa säkringar ska tåla mindre ström än säkringen för hela batteribanken. Om hela batteribanken har en säkring som är 500A, räcker det att säkringen för ett batteri är 500A dividerat med antal parallellkopplade batterier.
2 parallellkopplade batterier gör att säkringen ska vara 500A/2 = 250A.

Den här lösningen förutsätter att laddningsnivån är känd för varje batteri.

När laddningsnivån för ett batteri blir för låg, skickas ett larm som gör att motsvarande nätverkskopplade säkringsbrytare kopplar bort batteriet.

För att kunna ansluta en sån här säkringsbrytare måste batteribanken vara kopplad med en gemensam kopplingspunkt eller skena.

Koppla bort generator

Om man har en laddningskälla som laddar olika batteribankar samtidigt, ex.vis 12V generatorn på motorn, går det inte att ladda med rätt spänningsnivåer om batterierna som laddas är av olika typ.

Bortkoppling av generator vid fulladdat batteri

Om det ena batteriet är ett bly-syra startbatteri och det andra ett LFP-batteri, måste man ställa in generatorns regulator maximala spänning till det batteri som tål lägst spänning vid laddning. I det här fallet blir det startbatteriet som begränsar spänningen. Det gör att vi kan ladda ett LFP batteri nästan fullt, men inte riktigt. För att inte belasta generatorn i onödan bygger vi en lösning som gör att generatorn kopplas bort från LFP-batteriet när SoC = 90%. Bortkopplingen görs med ett högeffektrelä och en styrenhet som styr reläet. Styrenheten är nätverksansluten och öppnar releäet när SoC blir 90%.

Balansera batterispänning

Om man har seriekopplade batterier finns det risk att de får olika spänning med tiden. Det kan man lösa genom att ansluta utrustning som mäter spänningen över respektive batteri och ser till att den blir lika genom att dra lite ström från batteriet med högst spänning.

Kopplingsschemat visar inkoppling av en balanserare dels vid seriekoppling, dels vid parallellkoppling av seriekopplade batterier.

Inkoppling av spänningsbalanserare

I de flesta fall klarar man sig utan en balanserare vid seriekoppling av blybatterier, se bara till att de seriekopplade batterierna har samma spänning vid installationen. Kontrollera och balansera batterierna åtminstone en gång varje säsong.

Som vanligt när man kopplar ihop flera batterier till en batteribank, ska de vara av samma typ, ha samma kapacitet och ålder. Kom också ihåg att ladda batterierna helt innan de kopplas ihop.

Vid sammankoppling av LFP-batterier behövs balansering vid både parallell- och seriekoppling. Balanseringen utförs av BMS-utrustningen. Följ batteritillverkarens riktlinjer för sammankoppling av batterier och balansering.

%d bloggare gillar detta: