HLPdata har utvecklat ett system för litiumbatterier i båtar. Det passar för den normalt händige som vill byta ut sina blybatterier själv till en avsevärt lägre kostnad än vad de stora tillverkarna har att erbjuda.

När man skall byta ut sina blybatterier i båten till litiumbatterier är det några saker som styr vilken typ av batterier man skall välja: säkerhet, livslängd, pris och uppladdningstid.

Om man börjar med säkerheten så ska man välja en teknologi som är stabil och som är nästan omöjlig att få att brinna eller "explodera". Detta leder oss till LiFePO4 batterier, eller LFP som de ofta kallas. Med ett rimligt pris, en livslängd på tusentals cykler och möjlighet att laddas snabbt så går vi inte in mer på övriga teknologier här, utan summerar att LFP är den teknologi som idag passar bäst för en båt. Det enda som inte ligger i topp är energitäthet, och det är därför de inte används i exempelvis mobiler eller flygplan. I en båt är inte vikten lika avgörande. Men jämfört med blybatterier är de avsevärt lättare.

Men sedan kommer "problemet". Det fungerar inte att bara ersätta blybatterierna rakt av, hur mycket reklamen än lovar det. Det är lätt att förstöra LFP batterier. Tömmer man dem helt så förstörs de direkt. Överladdar man dem förstörs de, fast långsammare. Likaså om man laddar dem med hög ström när de är för kalla. Eller använder dem så hårt att de blir för varma. Och det är här HLPdatas system BMS4S kommer in. Det ser till att inget av ovanstående händer genom att övervaka systemet och automatiskt sluta ladda, stänga av förbrukare och/eller varna när något måste göras. Det enda av detta som normalt händer är att en cell i batteriet kan hålla på att bli helt tomt, men innan dess slår systemet automatiskt av alla förbrukare. Eller när första LFP-cellen har blivit fulladdad, då slår systemet av generatorn och/eller eventuell batteriladdare. Systemet kan även övervaka batteriernas och generatorns temperatur för att förhindra problem. Och dessutom uppskattar systemet hela tiden aktuell laddstatus.

När man börjar ser elsystemet i båten ut ungefär så här:

Man har ofta ett startbatteri och ett husbatteri. Dessa hålls avskiljda för att startbatteriet inte skall dras ur av båtens förbrukare, och de laddas via en laddningfördelare eller ett relä som slår till när motorn går. Har man bogpropeller så har man ofta ett batteri för den också placerat i fören på båten. Alla batterier har naturligtvis brytare och säkringar inkopplade.

Vill man göra det enkelt för sig så byter man bara ut husbatterierna mot LFP celler. Vill man ha en riktigt stor bank rekommenderar vi att man parallellkopplar upp till fyra mindre celler i stället för en stor cell eftersom små celler är mer tåliga för alla de rörelser de utsätts för i en båt. Men eftersom LFP celler har andra krav på laddning än blybatterier så måste man lösa detta. Det gör man med BMS4S. När man gjort det ser elsystemet ut så här:

Man har ersatt husbankens blybatterier med fyra seriekopplade LFP celler som alla är inkopplade (röda sladdarna) mot BMS4S. Och man har även kopplat in en summer/larm. Sedan är det två ingrepp man måste göra på det existerande elsystemet.

1: Man måste flytta den (gula) spänningsavkännarkabeln från generatorn till BMS4S så att den kan styra laddningen och stänga av den när LFP-cellerna är fulladdade. Om man inte har någon sådan kabel så har man förmodligen en gammal generator med liten effekt. Då rekommendera vi att man byter den mot en nyare med mer effekt så kan kan dra maximal nytta av sina LFP celler. Men det går att även använda en gammal generator, hur man gör beskrivs i användarmanualen.

2: Man måste koppla in ett (bistabilt) relä mellan LFP-cellerna och ledningen mot huvudpanelen där alla förbrukare, utom startmotor ankarspel och bogpropeller, är inkopplade så att BMS4S kan slå av dessa förbrukare innan all ström är slut.

BMS4S är även inkopplad mot LFP-cellerna, för att bli försörjd med ström,  efter huvudbrytaren så att den stängs av när strömmen bryts.

Du bör också testa om generatorns regulator har inbyggt skydd mot överhettning. Kör generatorn en halvtimme eller så med hög last (LFP batteriet), och känn sedan på den med ett blött finger för att se om det fräser, det vill säga om den är mer än 100 grader celsius. Om den gör det bör du låta BMS4S övervaka temperaturen och styra generatorn så att den inte blir för varm. Se användarmanualen för hur man gör det.

Innan man börjar använda de nya batterierna måste de laddas fullt och balanseras för att få maximal livslängd. Det gör man med den lösa 3,6V LiFePO4-laddaren. Den kopplar man in på cellerna en och en och låter den ladda tills laddaren slår av. Efter detta är alla celler fulladdade till exakt samma slutspänning. Sedan är det bara att ge sig av. Eftersom batterierna nu är fulladdade kommer BMS4S att direkt slå av laddningen via den gula sladden och hålla den avstängd i 4 timmar (tiden är inställbar). Så länge man bara seglar eller kör med motor så sköter allt sig helt automatiskt. Men kopplar man in landström (vilket man sällan behöver eftersom LFP batteriet laddas upp så fort) så kommer BMS4S att larma när LFP batteriet är fullt. Då får du koppla ur laddaren manuellt. Det går naturligtvis att lösa detta automatiskt, hur man gör beskrivs i användaramanualen. Men vi tror att den manuella lösningen är tillräckligt bra att börja med för de flesta.

Denna lösningen är dock inte optimal. Det kommer vara svårt att hålla start- och bogpropeller-batterierna fulladdade (om du inte ligger för landström ofta och kan ladda dessa separat). LFP batteriet håller ner batterispänningen under 13,8 V under huvuddelen av laddningen, och det räcker inte för att ladda blybatterier fullt. Dessutom kommer LFP batteriet att suga i sig massor av ström hela tiden, så om man har en laddningsfördelare av diodtyp som den på bilden så vill det till att den har tillräcklig kapacitet och är monterad enligt anvisningen (vertikalt) för att få tillräckligt med kylning.

Men i princip är blybatteriet onödigt. LFP batteriet övervakas så när det slår av förbrukarna via reläet så finns det massor med kraft kvar att starta motorn med. Men om man vill ha sitt startbatteri kvar så finns det (minst) två alternativ:

1: Koppla in en DCDC laddare mellan generatorn och startbatteriet. Den kommer då att höja spänningen från generatorn till startbatteriet så att detta alltid hinner bli full-laddat. Och så snart moton stoppas blir den strömlös och drar ingen ström från husbanken. Här kan du se hur du kopplar in den.

2: Behåll startbatteriet enbart som en säkerhet, en lösning vi tycker är enkel och bra. Ta då bort laddningfördelaren och koppla ihop alla batteriern. Då kommer det att se ut så här:

Nu har blybatterierna blivit backup och är normalt frånkopplade med brytaren. De finns bara där som säkerhet i fall att. Nu drivs all utrustning av LFP cellerna. Men tänk på att elmotorer skapar mycket störningar när de går, så helst skall de ha en egen ledning från batteriet, eller som på bilden, en väldigt kort gemensam ledning i förhållandet till avståndet till elmotorerna. Detta för att batteriet skall kunna fungera som filter för dessa störningar.

När du ligger med landström kopplar du in alla batterierna, och när BMS4S larmar kopplar du bort LFP-banken och låter blybatterierna vara husbank tills du lämnar hamnen.

Andra strömkällor som solceller och vindgeneratorer kan man också styra genom reläer som kontrolleras av BMS4S.

Du kan när som helst koppla upp dig mot BMS4S med din mobiltelefon och se en uppskattning av laddstatus, spänningen på varje cell och totala spänningen i systemet. Genom att BMS4S övervakar varje cell och stoppar laddingen när den första cellen når övre gränsvärdet, samt slår av förbrukarna när första cellen når nedre gränsvärdet så skadas inte cellerna även om det blir lite obalans mellan dem. Om du följer batteritillverkarnas råd och laddar cellerna fullt efter varje längre uppehåll, dvs på våren, och använder en 3,6 V laddare, så kommer de bli perfekt balanserade inför varje år vilket garanterar en problemfri sommar. Det finns även en inbyggd automatisk balanserare, se manualen för detaljer.

Det finns många ytterligare varianter man kan använda BMS4S till: dubblerat system för ökad säkerhet, monostabila reläer, temperarurövervakninga av generator och batterier mm. Detta beskrivs också i användarmanualen. Och om du läst ända hit så vill du förmodligen fortsätta läsa manualen som du hittar här. 

En sammanfattning av lösningen är:

  • är gjord för 12 V LFP (4 celler)
  • agerar alltid när den första cellen når en gräns
  • har flera nivåer för hantering av låg spänning
  • styr generatorn via spänningsavkänningskabeln, befintliga generatorer fungerar utan modifikationer
  • kan skydda generatorn från överhettning
  • kan styra laddare som inte är gjorda för LFP
  • har tre loggningsfunktioner för att göra det enkelt att förstå hur systemet fungerar
  • uppskattar SoC ganska bra utan behov av synkronisering
  • uppskattar obalansnivån genom coulomb-räkning under laddning
  • balanserar upp till 1,5 Ah skillnad per dag, balanserar även när det inte laddas så inga långa laddningstider krävs
  • två BMS4S kan konfigureras för att arbeta parallellt för högsta tillförlitlighet där de övervakar varandra
  • designad främst för bi-stabila reläer, men kan också hantera monostabila reläer
  • driver reläer som kräver upp till 7 A momentant, och 1,2 A kontinuerligt
  • kommunicerar via Bluetooth och via en FTDI / TTL-seriell kabel
  • har få begränsningar för hur den kan konfigureras

BMS4S levereras förkonfigurerad med en profil som vi tycker är en bra kompromiss mellan kapacitetsanvändning och livslängd. Men för den som har egna ideer om så kan nästan allt konfigureras om, även till inställningar som vi inte skulle rekommendera. Om du ändå saknar något, maila info<at>hlpdata.se och berätta vad du saknar. Vi kan lätt introducera ytterligare "working-modes" med alternativ användning av existerande portar.

Om du vill veta lite mer detaljer om LFP och varför BMS4S fungerar som den gör, kan du läsa detta.

Vill du se hur jag har installerat den i min båt, kan du se det här.

Lösningen har nu varit i drift i tre år, och är nu tillgänglig för den som vill byta upp sig till LFP-teknik.