Batterirevolution när bly byts mot litium – långtidstest
Viktbesparingar på 90 kg, mindre underhåll och större effekt. Men är det värt investeringen? Här redogör Jimmy Hellberg sina resultat efter att ha bytt från bly till litium.
Det har gått tre år sedan jag skrev denna artikeln i sin ursprungliga form. Åren går men inget har egentligen ändrats så artikeln är minst lika aktuell i dag och därmed värd att läsa för alla som har någon typ av säsongsfordon, må det vara båt, husvagn, veteranbil, sportbil, MC eller moppe. Tillhör du denna kategori kommer du att över tid spara både pengar och på miljön genom att uppgradera till litiumbatteri när dina nuvarande blysyrabatterier har gjort sitt.
Det gamla hederliga blysyrabatteriet sitter fortfarande i var mans bil. Det uppfanns redan 1859 av den franska fysikern Gaston Planté och är den äldsta typen av alla uppladdningsbara batterier. En fantastisk uppfinning som det funnits få bra alternativ till – tills nu.
Jag går nu in på sjunde säsongen med litiumbatteri i båten och det funkar fantastiskt bra, klart bättre än alla tänkbara typer av blysyrabatterier. Jag har i princip installerat det och glömt bort det. Ett bekymmer mindre som båtägare!
Ni ska snart får reda på skillnaderna men först vill jag redogöra för de i båtar mest frekvent använda typerna av blysyrabatterier och hur de fungerar.
Blysyrabatteriernas egenskaper
De vanligast förekommande versionerna av blysyrabatterier är våta, gel och AGM.
I min tidigare båt, en Mamba 311, så hade jag Lifeline AGM-batterier. AGM står för Absorbed Glass Mat och innebär att batterisyran är bunden i en slags glasfibermatta, vilket bland annat gör dem mindre känsliga för stötar och krängning.
Fabrikatet ”Lifeline” var det många av båtarna i Volvo Ocean Race 2008-2009 som använde just för att de anses vara bland de absolut bästa blysyrabatterierna man kan köpa för pengar. De klarar uppåt 1 000 cykler (urladdning/uppladdning) vid 50 procents urladdning, vilket är två till tre gånger fler än de normalt förekommande blysyrabatterierna som man hittar i handeln.
Som med så mycket annat så får man vad man betalar för. I Mamban installerade jag två stycken 105Ah Lifelinebatterier för cirka 8 000 kr. De fungerade riktigt bra och gjorde fortfarande så enligt rapporter från den nya ägaren då de gick in på sin nionde säsong. Men det var av riktigt bra kvalité och motsvarande kapacitet i litium är inte dyrare, och de blir definitivt billigare i längden, läs vidare så förstår du snart varför.
Superviktigt att underhålla blysyrabatterier
Förutsättningen för att blysyrabatterier ska fortsätta att leverera till sin fulla kapacitet är att ägaren underhåller dem pedantiskt. Att lämna dem halvladdade i några veckor förkortar livslängden drastiskt. Detta beror på att ett blysyrabatteri som inte är fulladdat ”sulfaterar”, typ rostar, invärtes. Detta är det absolut största problemet med blysyrabatterier i båtar, husvagnar och andra säsongsfordon. Man måste därför se till att ladda dem fullt så fort tillfälle ges annars tar man dö på dem illa kvickt.
Vidare så bör de absolut inte laddas ur till mer än 50 procent, ju mindre desto bättre, och eftersom alla blysyrabatterier därtill har ganska hög självurladdning, upp till ca en procent per dag, så måste man också se till att ha någon typ av konstant underhållsladdning när båten inte används.
Skillnad på startbatteri och förbrukarbatteri
Ett blysyrabatteri med benämningen ”Deep Cycle” är konstruerat för att klara djupa urladdningar, ner till 80 procent av dess kapacitet. Dock är rekommendationen även för dessa att aldrig förbruka mer än 50 procent innan laddning då antalet cykler minskas avsevärt med ökad utnyttjandegrad.
Står det något med ”Start” eller ”SLI” på batteriet så är det konstruerat för att klara av att leverera många ampere under kort tid, vilket är vad som krävs för att starta en motor. Börjar man djupurladda ett sådant batteri så får man ut 30-150 cykler innan batteriet är förstört. Men använder man det bara till att starta motorn, vilket inte drar ur batteriet mer än ca 2-5 procent, så kan batteriet räcka till tusentals cykler.
Hybridbatterier
En slags hybrid är så kallade ”marinbatterier”. De är ofta en mix av ett start- och djupurladdningsbatteri. För att klara krängning och se till att elektrolyten inte rinner ut så är batteriet helt tätt, så när som på en ventil som släpper ut gasen som bildas om batteriet överladdas.
Den här typen av batterier är dock ofta känsliga för vibrationer, stötar och slag, som alla typer av våta batterier är, så egentligen är det inte helt optimalt att ha dem i motorbåtar. AGM-batterier är klart bättre i detta avseende.
Blysyrabatterier har alltså många svagheter och även om just AGM-typen både klarar fler cykler och är tåligare så är det fortfarande ett blysyrabatteri med allt vad det innebär. Ytterligare en uppenbar nackdel är att de innehåller bly, vilket gör dem väldigt tunga. Andra nackdelar är hög inre resistans, vilket gör att det tar lång tid att ladda dem fullt. I praktiken betyder detta att man normalt bara kan utnyttja ca 30-40 procent av blysyrabatteriets kapacitet i en båt på semestern.
Fem gånger fler cykler och dubbla kapaciteten
Litiumbatterier finns i många olika sammansättningar. Till exempel Li-ion, Li-Po, Li-Fe. De har funnits länge i bland annat telefoner och datorer.
Vissa typer är extremt kraftfulla, men kräver speciell behandling med avseende på spänning, laddning med mera, annars kan de vara direkt brandfarliga! Detta gör att det inte bara är att stoppa i dem i våra båtar för att ersätta befintligt blysyrabatteri.
Det finns dock två typer som fungerar extremt bra, LiFePO4 och LiFeYPO4, vilket är förkortningar för lithium iron phosphate (jag förkortar dem LiFe i resten av artikeln). Dessa fungerar förvånansvärt bra som ersättningsbatteri för blysyrabatterier. De är inte den mest kraftfulla varianten men istället får man en extremt robust kemi som inte är brandfarlig och tål att misshandlas både fysiskt och underhållsmässigt med avseende på laddning, urladdning och förvaring.
Dessa batterier har fyra celler, vardera med en nominell spänning på 3,2 Volt. Seriekopplar man fyra celler så får man alltså ett batteri med en nominell spänning på 12,8 Volt, vilket är mycket nära den nominella spänningen hos ett blysyrabatteri som består av sex stycken celler om vardera ca 2,14 volt. Alltså 12,84 volt totalt (ett laddat LiFe batteri ligger normalt på 13,2-13,4V).
Laddning av litium
Olika LiFe-batterier kräver mer eller mindre avancerade metoder vid laddning. Jag valde LiFeYPo4 av fabrikat ”Winston” som håller mycket hög kvalitet och är specifikt gjorda för att kunna ersätta bilars startbatteri. Det består av fyra noggrant matchade celler som byggts ihop till ett 12V-batteri. Typen kallas ”LP”.
En annan typ, kallad ”LPF”, består av separata celler som kräver balansering sinsemellan av ett så kallat Battery Management System (BMS). Fördelen med den senare typen är att man enklare kan bygga sin batteribank precis som man vill ha den med avseende på spänning och amperetimmar/kWh. Samtidigt får man möjlighet till en något större utnyttjandegrad av batteribankens kapacitet, men till en högre kostnad samt komplexitet och med extra elektronik så tummar man alltid på robustheten i båtar.
Ett LiFeYPo4 batteri klarar vid en utnyttjandegrad på 50 procent över 5 000 cykler, det har alltså en livslängd som är minst fem gånger längre än de allra bästa blysyrabatterierna av AGM-typ. Vid 80 procent utnyttjandegrad (vilket ungefär är vad man kan utnyttja i praktiken) så får man ut ca 2 000 cykler! I sistnämnda fallet motsvarar det drygt 70 års användning för en normal semesterbåt/kappseglingsbåt. Nu håller tyvärr inte kemin i batterierna så länge men man tror att typen som har ett ”Y” i betäckningen varar i uppåt 30 år och annars kanppt hälften. Lite kuriosa är att Y:et står för Yttrium som är en metall som upptäcktes första gången 1794 i Sverige i Ytterby gruva.
Som jag nämnt tidigare så måste man alltid se till att ha blysyrabatterier fulladdade för maximal livslängd. Detta gäller inte litiumbatterier. De mår faktiskt allra bäst när de är halvladdade, vilket rimmar mycket bättre med hur batterierna i våra båtar används.
Ett ytterligare plus med LiFe-batterier är att de i princip inte har någon självurladdning. Det betyder att man aldrig behöver underhållsladda dem under vinterhalvåret, bara koppla loss batteripolerna och gå i vinterdvala. De kan heller inte frysa sönder, vilket ett urladdat blysyrabatteri gör redan i cirka minus sju grader.
Snabbare att ladda
LiFe-batterier tar emot all ström man stoppar i dem, man säger att laddeffektiviteten således är 100% eller iaf mycket nära. De har också låg inre resistans och tar därmed emot laddning mycket snabbt. LP-typen klarar konstant laddning på upp till 1C (90A laddström på ett 90Ah batteri) medan ett LPF batteri klarar 3C (angivna Ah x 3).
Det går alltså att ladda upp LiFe-batterier extremt snabbt jämfört med blysyrabatterier som normalt klarar 0,1-0,25C. Ett blysyrabatteri på 90Ah kan bara ta emot någonstans mellan 9 till 23 Ampere i laddström, vilket innebär att en normalstor generator på 75Ah inte alls utnyttjas till fullo (en standardgenerator ger dock ofta bara hälften av vad det står på dem när de blivit varma). Detta innebär alltså att det krävs många motortimmar för att ladda upp ett blysyrabatteri, alternativt flera batterier som då tillsammans kan ta emot vad generatorn är kapabel att leverera.
LiFe-batterier klarar att leverera extremt stora strömmar (så länge det inte är för många minusgrader). De är inte begränsade av den så kallade Peukerts Lag som blysyrabatterier är vilket innebär att ett blysyrabatteri som man laddar eller laddar ur snabbt tappar mycket av sin effektivitet, ju fortare man laddar ur desto lägre kapacitet och detta gör också att det tar lång tid att ladda ett blysyrabatteri helt fullt. Ett LiFe-batteri å andra sidan som är märkt med tex 90Ah levererar 90Ah oavsett hur fort man drar ur dessa. Ett pyttelitet 40Ah LiFe-batteri (väger ca 8kg) kan momentant leverera över 1000A vilket motsvarar ca 13kW! Vissa tillverkare som har BMS klarar dock inte detta så i dessa fall fungerar de inte som startbatterier eller som batterier till ankarspel, bogpropellrar, etc.
Även små LiFe-batterier (normalt utan BMS) klarar därför att starta stora dieselmotorer bättre än vanliga startbatterier (SLI) som är avsedda för uppgiften. De tål dessutom vibrationer och stötar och har inga problem att överleva i en snabb motorbåt. De kan också monteras i vilket läge som helst (gäller även AGM och Gel-batterier) då de inte har någon vätska som kan rinna ut.
Sparade 90 kg!
LiFe-batterier väger mindre än hälften av motsvarande blysyrabatteri. Som exempel väger ett 90Ah LiFe-batteri 15kg.
Lägger man dessutom med i ekvationen att man kan cykla batteriet dubbelt så djupt, så blir vikten lägre än en fjärdedel av jämförbart blysyrabatteri. Och räknar man därtill in att man kan ladda fyra till tio gånger snabbare, vilket också gör att man inte behöver så stor batteribank i buffert för att överleva semestern, så blir viktskillnaden ännu större.
Väger man in alla dessa fördelar så blir kontentan att ett 90Ah LiFe-batteri kan ersätta en batteribank på upp till 300Ah, plus startbatteri på 75Ah. Precis detta gjorde jag i min väns Omega 36 i början av säsongen 2015 och den nya installationen blev 90 kg lättare. Därtill helt underhållsfri. På riktigt ”installera och glöm bort”. Sedan dess har jag gjort många liknande Li-Fe installationer i båtar och det har visat sig att generatorn oftast blir den svagaste länken i systemet och inte nödvändigtvis batteribankens storlek då antalet Ah man hinner få i sin bank under en vanligtvis begränsad tid motorgång avgör hur mycket man sedan kan göra av med när man ligger still. En onödigt stor batteribank hjälper liksom inte om man inte hinner ladda upp den.
Tack vare litumbatteriets överlägsna livslängd var det sannolikt sista gången man behöver byta batteri i den båten.
Nackdelar med litium
LiFe-batterier är alltså överlägsna blysyrabatterier den saken är klar, men det finns några nackdelar. Den mest kritiska är att de aldrig får laddas ur under 10 Volt (2,5V per cell), annars dör de för gott. Ett blysyrabatteri som blivit helt urladdat går oftast att ladda upp igen även om det aldrig återfår sin ursprungliga kapacitet. Detta är dock enkelt att råda bot på med ett voltkänsligt relä som ser till att bryta strömmen, likt en huvudströmbrytare, om spänningen börjar bli kritiskt låg. LiFe-batterier med BMS har denna funktion normalt inbyggd så inga extra komponenter behöver köpas till i det avseendet.
Det andra, som inte är alls lika förödande, är att man helst inte ska ha för hög ”floatspänning”. Floatspänning är något man uppfann till helautomatiska blysyraladdare. Som ni vet vid det här laget så laddar blysyrabatterier ur sig själva och är de inte fulladdade så tar de skada. Därav måste ett uppladdat blysyrabatteri underhållsladdas. De helautomatiska laddarna gör det med en så kallad float-spänning. Denna ligger normalt runt 13,8V och behövs alltså inte alls i fallet för ett LiFe-batter. Möjligtvis om man ligger i nån hamn på semestern med landström och man då inte vill nöta på batterierna utan se till att de är helt uppladdade till dagen därpå när man ska vidare. Då är en floatspänning nödvändig även i fallet för LiFe-batteriet. Denna skall helst ligga på 13,3-13,5V i sådana fall och inte över 13,8V.
Kan vara skadligt med hög floatspännning
En konstant hög floatspänning är skadligt för ett Life-batteri, batteriet blir långsamt överladdat vilket tär på kemin inne i batteriet. Man skall därför helst ladda upp det till ca 14,0-14,4 volt och sedan avbryta laddningen helt. De flesta smarta laddare är ju anpassade för blysyrabatterier och är därför inte helt optimala för LiFe-batterier. Men ser man bara till att inte ha för hög floatspänning och inte ligga på landström med floatspänning i veckor i sträck så är det inget problem att ladda med en vanlig smart laddare för blysyrabatterier. Bli inte för oroliga över detta, ett LiFe batteri tål överladdning långt mycket bättre än vad ett blysyrabatteri tål att stå urladdat!
Av ovanstånde skäl bör man därför se över hur en eventuell solcellsregulator laddar, och se till att även denna inte har för hög floatspänning. Under semestern är detta normalt inte ett problem då de flesta har så små solcellspaneler att man gör av med strömmen snabbare än den hinner fyllas på. Men Lämnar man båten en längre period gör man normalt bäst i att koppla bort solcellspanelen helt, dvs sätta en brytare mellan solcellsregulatorn och batteribanken. Huvudströmbrytaren fungerar tex utmärkt.
Att ladda ett redan fullt litiumbatteri är alltså något man ska vara lite försiktig med då detta förkortar livslängden. Detta gäller för övrigt även de litiumbatterier som bland annat finns i din dator och mobiltelefon även om de inte alltid är av typen LiFe. Att till exempel ladda telefonen hela natten, varje natt, kommer att ungefär halvera livslängden på batteriet, och det tycker ju telefontillverkarna är kanon för då får de snabbare sälja en ny telefon som kostar lika mycket som en hel batteribank till en mellanstor båt.