Batterier og Strøm i Båt Noe underlag fra minikurs for BM 2015 av Harald Nilsen Viktig inndeling. Startbatteri og forbruksbatteri. Først noen viktige begreper: Ah eller amperetimer. Dette er batteriets kapasitet eller enegireserve CCA Cold Crank Amps Dette kan beskrives som batteriets mulige kaldstartstrøm Ladespenning. Dette er spenningen batteriet lades med. 14,2V til 14,4V i sluttfasen av vanlig lading ved +25 Celsius. Spenning måles direkte på batteripoler ved min høy tomgang. (2000+ RPM) Ofte 13,6V til 13,8V ved vedlikeholdslading. Noen ladere bruker også 13,2V Syrevekt. Batterisyrens spesifikke vekt. Denne skal være 1,24 til 1,28 ved +25 C for ett fulladet batteri. Ved +15 C: 1.273 til 1,293 Ved +5 C: 1,266 til 1,286 Vi bruker her en faktor på 0,007 som trekkes fra / legges til syrevekt for hver 10 Celsius ned eller opp fra 25 Celsius. Vanlig oppgitt levetid på ett Bly/Syre startbatteri vil være 4 til 5 år. I praksis, med godt stell og ved å begrense forbuk til 50% kapasitet (12.24V) gjerne 5 til 8 år. Om en velger å tyne batteriene ned til 11V vil levetid reduseres drastisk.
Startbatteri Ett startbatteri er for å starte motoren. Dette batteriet må klare å levere mye energi over ett kortere tidsrom. Dette kan betraktes ved å se på batteriets kapasitet (Ah) + CCA eller kaldstartstrøm. Hver motorleverandør pleier å spesifisere dette. Det kan se slik ut: 115 Ah / 1120 CCA. Her kan vi se at batteriet har en kapasitet på 115 Ah og at batteriet kan levere 1120 A idet vi skal starte. Om vi skal skifte startbatteri og kun ser på Ah kan vi ende opp med problemer med å få start, spesielt ved lave temperaturer. Mange batterier leverer kun rundt 700 CCA. Batteriets kapasitet sett mot temparartur. Eksempel ved ett fulladet batteri: Ved +25 C = 100% Ved 0 C = 65% Ved -18 C = 40% Vanlige batteri typer: Bly/Syre Batteri - Gel Batteri - AGM Batteri Forskjell på Gel, AGM og åpne bly syre batterier I forhold til tradisjonelle åpne bly syre batterier er Gel og AGM batteriene ventilregulerte og derved også eksplosjonssikre. Syre kan ikke lekke ut. Gass rekombineres i batteriet og slippes kun ut ved unormalt trykk i batteriet. Levetiden kan uttrykkes i opp og utladesykluser. AGM og spesielt Gel er mer avhengig av korrekt ladespenning, siden batteriene ikke kan etterfylles og derfor ikke må overlades slik at gass slipper ut. Det er store forskjeller i hva batteriene tåler av dyputlading, dette er et uttrykk for levetid. Som eksempel kan et Bly/Syre fritidsbatteri tåle ca 250 lade/forbruks sykluser til 50% av kapasiteten, AGM ca 450 sykluser og Gel ca 650 sykluser. Forskjellen øker med grad av utlading. Ved et bruk som jevnlig lader ut batteriet 50% (ca 12,3V) kan et gel batteri holde opptil 6 7 ganger så lenge som et konvensjonelt batteri
Beregning av forbruk / kapasitetsbehov på forbruksbatterier. Forbruk / Spenning = Strøm X Forbrukstid = Kapasitet Forbrukere Watt Volt Ampere Timer Ah-Amperetimer Belysning 35 12 2.9 5 14,5 Tv 50 12 4.2 5 21 Radio/Stereo 25 12 2,1 5 10,5 Kjøleskap 24 12 2 24 48 Vann/septik 20 12 1,6 2 3,2 Totalt 97,2 La oss runde dette av til 100 Ah. Som vi ser spiser dette forbruket 100 Ah i løpet av kun ett døgn. Noen vi si at så mye bruker da ikke jeg. Sikkert riktig, dette er kun ment for å illustrere ett faktisk ikke uvanlig forbruk på en litt større båt. Her bør også nevnes flere forbrukere som kan lure en. Div ladere til mobiltelefoner, pader og bærbare pc er. Det er lett å glemme å plugge fra disse. Flere liker å ha med en kjølebag i tillegg til kjøleskapet. De fleste av disse baseres på petier elementer som trekker mye strøm. Normalt 4 til 7 A kontinuerlig. Da vil dette utgjøre 48 Ah ved 4 A og 84 Ah ved 7 A for 24 timer drift. Videre liker mange å ha VHF en stående på hele tiden. Eller hva med diverse koselys. Alt trekker! Om vi skal beregne kapasitetsbehov på forbruksbatterier er det lurt å være realistisk. I eksempelet over kom vi til 100 Ah/døgn. Det vil si ca 250 Ah for en helg. La oss se på hvor stor kapasitet vi da trenger for å dekke 250 Ah Med tanke på at vi kun skal belaste batteriene ned til 50% kapasitet, må vi altså gange ønsket forbruk med 2. Om vi så ønsker å ha 250 Ah tilgjengelig kapasitet, trenger vi en batteribank på totalt 500 Ah. Selv om både AGM og Gel batterier oppgis til å tåle både flere og dypere utladninger, så bør vi huske på følgende: Mye utstyr som kjøleskap og dieselvarmere ofte har en nedre spenningsgrense fra 10.6V til 11.3V og hvor de vil slå seg av eller nekte å starte. Husk hele tiden på at vi bør kun tappe ned til 50% kapasitet før ny full lading.
Enkel oversikt Ladetilstand Syrevekt ved 20 C Spenning i hvile (min 6 timer etter lading) 100% 1,265 til 1,285 12,65V+ 75% 1,225 12,45 50% 1,190 12,24 25% 1,155 12,06 0% 1,120 11,89 Hvorfor ett forbruksbatteri i båt kan bli ødelagt? Alle batterier har en begrenset levetid. Hovedgrunnene til at de eldes er: for høy temperatur, for dype utladinger, overlading, underlading og sulfatering. Unngå at batteriet blir dyputladet. Det vil si utladinger til under ca. 50 prosent av batteriets kapasitet. Har du en batteribank på 200 Ah, skal den aldri lades ut under en kapasitet tilsvarende 100 Ah. Med andre ord: Du må ha dobbelt så store batterier som den kapasiteten du trenger om bord! Bruker du 100 Ah i døgnet, trenger du en batteribank på 200 Ah, forutsatt at den lades opp hver dag. Da vil batteriene leve lengre. Ved lading går ladestrømmen fort drastisk ned, slik at en ikke tror at en 70Ah Dynamo, gir 70Ah i flere timer, men synker parallelt med økt motspenning i batteriet. Spenningen på dynamoen har mye og si for hvor godt du får ladet batteriene. Lades batteriene ut under 50 prosent-grensen, reduseres levetiden vesentlig. Vinterlagring: Det anbefales at batteriet lades fullt opp etter sesongen og deretter 3-4 ganger i løpet av vinteren, det bør unngås at laderen står på hele vinteren igjennom. Viktig! Vask alle batteritoppene med varmt vann for å fjerne ledende belegg. Gjør dette både før og etter siste lading før vinteropplag. Koble av begge batteripolene slik at batterier er helt frakoblet. Om nødvendig etterlades batteriene ved behov i løpet av vinteren. Konstant vedlikeholdslading, som veldig mange gjør, tørker ut batteriene på lang sikt, og forkorter levetiden.
Ladespenning Normal ladespenning for et 12 V batteri bør være fra 14,2 til 14,4 V ved +25 C, målt direkte på batteripolene. Tester og praksis viser at man bare får ladet opp halve batterikapasiteten med en ladespenning på 13,7 V, istedetfor 14,4 V. Det er ikke uvanlig at det tar like lang tid å lade et batteri fra 80 prosent til 100 prosent som det tar å lade det opp til det er 80 prosent fulladet. Dersom man ikke når gass-spenning (på ca. 14,4 V) under lading, blir batteriet heller ikke fulladet, uansett hvor lang tid man lader. En to timers båttur ut til den faste plassen på fredagen - og samme tur tilbake på søndag - er aldri lange nok til å få fulladet batteriene fra motorens dynamo. Selvutlading skjer både inne i batteriet og ved krypstrømmer på utsiden. For at batteriet skal forbli fulladet, er det viktig å ha en vedlikeholdslader tilkoblet, men bør ikke stå på hele tiden. Denne spenningen skal være lavere enn fulladespenningen, for å sikre at batteriet ikke begynner å koke, dvs at det får et altfor stort vannforbruk. Ladespenning for Gel batterier er ofte noe lavere, det må taes hensyn til. De fleste nye ladere har valg av program for batteritype Det er vanlig med en vedlikeholds ladespenning på fra 13,6 til 13,8 V Ladestrøm For normal bruk i en båt bør laderen kunne levere en strøm som tilsvarer 10% til 20 % av total batterikapasitet. Den bør kunne levere såpass mye fordi ladingen ofte foregår samtidig med at det forbrukes strøm om bord som når man ligger i en gjestehavn (se parallell belastning). Da vil noe av laderens strøm gå til forbruk, og noe til å lade batteriene. Skal laderen kun benyttes til vedlikeholdslading i hjemmehavnen, trengs kun en mindre lader på 5 til 10 prosent av batterienes totale kapasitet. Laderen skal sørge for at batteriene holder seg fulladet til de skal benyttes. Laderen må ikke overlade batteriene og bør ikke stå på hele tiden. Dersom laderen ikke er elektronisk styrt, bør ladestrømmen begrenses til 1/10 av batteriets kapasitet. Ladestrømmen til batteriet bør ikke under noen omstendigheter overstige 20 prosent (1/5) av batterikapasiteten. Det anbefales elektronisk styrt lader.
Tabellen under viser hvor stor lader man bør anskaffe, avhengig av batterienes totale kapasitet i Ah. 100 Ah - 8A til 10A 300Ah - 10A til 25 A 500Ah - 25 A til 50 A Har du for eksempel en batteribank med en total kapasitet på omtrent 100 Ah i båten, anbefales en lader som kan levere fra 8 til 10 A. En lader på mer en 50 A frarådes også, da ladestrømmen kan være ødeleggende høy. Parallell belastning En lader for landstrøm bruker du i hjemmehavnen og/eller når du ligger i en gjestehavn. I det første tilfellet er hensikten vedlikeholdslading, for å holde batteriene toppladet. Da er som regel alt annet elektrisk utstyr om bord slått av. Denne situasjonen klarer de aller fleste ladere. Bruker du laderen i en gjestehavn er som regel mye annet elektrisk utstyr i bruk samtidig med at batteriene lades, som eksempel kjøleskap, lys, musikkanlegg, radio og TV. En lader som er beregnet for slik parallellbelastning, vil ved påslag av kjøleskapet eller andre forbrukere bare øke utgangsstrømmen tilsvarende, uten å skifte fra den ladefasen den er i. En lader som ikke er beregnet for denne type bruk, vil kanskje starte ny bulk ladefase på nytt. Om laderen begynner på en ny ladesyklus, selv om batteriet er fulladet, kan batteriet etter hvert begynne å koke, noe som vil medføre økt fare for knallgass og større væskeforbruk. En lader som er konstruert for parallell belastning vil bare starte en ny ladefase når den tilkoples lysnettet, når den tilkoples batteriet, eller hvis spenningen faller under en viss verdi (ofte 12,3 V) i mer enn 5 sekunder. Ett 100% fulladet batteri har en hvilespenning på ca. 12,72 V Ett 50%, eller halvladet batteri har en hvilespenning på ca. 12,24 og bør lades! Batteriet må hvile 6 timer til ett døgn før hvilespenningen måles. Husk at et halvladet batteri kan fryse og bli ødelagt ved normale vintertemperaturer.
Sulfatering Sulfatering betyr at det har dannet seg et belegg av blysulfat på platene inne i batteriet. Det reduserer batteriets evne til å ta opp og gi fra seg lading. Sulfatering oppstår oftest ved at batteriene settes bort uten å lades først, eller at man bruker batteriene på en slik måte at de ikke tilføres nok lading. Man kan anta at et batteri er sulfatert dersom spenningen under lading stiger fra tilnærmet utladet til godt over 13 volt i løpet av noen minutters lading. Jo mer batteri-spenningen stiger utover det normale, jo kraftigere kan man anta at batteriet er sulfatert. Sulfatering unngås først og fremst ved å sikre at batteriene er fulladet til enhver tid. De må for all del ikke settes bort i uladet tilstand. Er et batteri først sulfatert, er det i følge batteri produsentene svært vanskelig å få vekk. Lagring over tid bør batteriet kobles fra det elektriske systemet. Små strøm mengder om bord klokker, etc. vil tappe batteriet. Kabeldimmensjonering. I alle kabler vil der oppstå ett spenningsfall over kabelen avhengig av størrelsen på strømmen som løper i den. Med andre ord har alle kabler en indre motstand som øker med lengden på kabelen. Vi må her ta med både pluss og minus kabel. Eks: om avstand til forbruker er 3m, må dette ganges med 2 for å få med hele kabelen. På 12 Volts anlegg teller hver milivolt spenning, spesielt i ladekretsløpet. La oss ta ett eksempel... Det er 3 meter fra lader til batterier. Om vi nå ganger med 2, har vi 6 meter kabel totalt. I start av lading går der 30A. Om vi vil akseptere ett spenningsfall på 0,1V krever dette at kabel er på 35 kvadrat. Om vi vil akseptere ett spenningsfall på 0,2V krever dette en kabel på 18 kvadrat. I praksis kan vi her bruke en kabel på 20 kvadrat. Vi har da ett spenningsfall på 0,2 volt i starten av ladingen. Dette synker etterhvert som ladestrømmen synker. Ved 10 A ladestrøm vil spenningsfall nå være ca 0,05V. I slutten av ladingen kan vi være nede på 5A ladestrøm. Spenningsfall vil da være ca 0,03V. Noen ladere har egen kobling som måler spenning direkte på batteri. Egen måleledning. Da vil selv dette tapet bli kompensert.
Beste løsning er når lader også har måling av temperatur på batteriet. Da vil ladespenning bli best mulig under alle forhold. Det er lurt å være "raus" når det gjelder kabling i båt. En kan måle spenningsfall ved å måle i ver ende på en kabel. Altså sett målepinnene i hver ende av feks en plusskabel. Meteret stilles inn på milivolt DC - lavt område. Kjør forbruker og avles spenningsfall. Husk at spenningsfall kan også oppstå i alle koblinger. Sjekk kabelsko etc årlig. Bruk kabel og kabelsko av god kvalitet! Kabel skal være kobber. Bruk gjerne mangetrådet. Spenningsrele - skillerele - OBS! Det er nå mest vanlig å benytte ett spenningstyrt skillerele for batteribanker. Disse er veldig praktisk siden det automatisk styrer lading til begge batteribanker. Virkemåte: Ved hvilespenning på batteibanker - mindre en 13,7V vil releet være frakoblet. Ved kjøring av motor eller ved bruk av lader vil startbatteri først motta lading. Når dette oppnår 13,7V+ vil releet slå inn og også koble inn forbruksbatteri. Etter lading og når spenning detter under 13,7V vil releet koble fra og skille batteribankene igjen. OBS! Har konstatert en mulig alvorlig feilkilde her. Om vi husker på at disse releene har en rating som ofte sier 60A eller 140A ser vi at max støm de er beregnet på ligger på dette nivået. La oss nå si at vi har satt båten på lading i god tid før helgeturen. Gjerne 2 døgn før. Når vi så kommer ned i båten er det om å gjøre å komme raskt ut. Vi slår av lader og kobler fra landstrøm. Like etter starter vi gjerne båten... Det vi ikke har tenkt på er at batterispenning fremdeles kan være over 13,7V - og skillerele fremdeles ligger inne... Om vi nå er uheldig vil vi ødelegge releet. I værste fall vil kontakten i releet brenne seg fast og begge batteribankene være permanent sammenkoblet! Brente selv ett rele på denne måten. Gjorde senere en test i samarbeid med BEP og gjenskapte det samme. Altså brente releet. Så OBS! Vær sikker på at rele er gått av FØR start. De fleste rele har ett lys som indikerer dette.