Anbefaler DC-DC-lader ved litiuminstallasjon
I veiledningen for bruk av litiumbatterier i båt, anbefales det sikring av systemet mot feil på utsiden av batterienes interne BMS, tiltak for å sikre mot at batteriene lades med for høye strømmer og mot varmgang i dynamo. Vi søkte råd hos batterileverandørene Skanbatt og Gylling Teknikk AS.
Publisert
En svært varm dynamo i egen båt aktualiserte de tekniske og sikkerhetsmessige utfordringene ved å foreta en såkalt «drop-in»-installasjon av litiumbatterier i båten. Hvilken risiko innebærer problemet i praksis?
Diskusjonen om bruk av litiumbatterier i fritidsbåt er preget av sterke meninger, som til dels spriker i forskjellige retninger. Derfor kan det være utfordrende for en vanlig båteier å finne entydige og konsistente råd når båtens eksisterende elsystem skal tilpasses bruk av litiumbatterier. Når heller ikke rådene fra båtbyggere, myndigheter og batteriforhandlere er konsistente, og flere uttrykker at de ikke er enig i rådene som gis i den eneste offisielle veiledningen som foreligger, er det desto større grunn for en båteier til å sette seg grundig inn i problematikken på egen hånd.
Et godt råd er å avklare vilkårene med forsikringsselskapet og foreta en risikovurdering av anlegget sammen med en fagperson før man hiver blybatteriene på land og erstatter dem med litium.
Varmgang i dynamo
Det finnes mange typer litium-teknologi på markedet, men såkalte jernfosfat-batterier (LiFePO4) er den teknologien som synes å være den anbefalte for bruk i fritidsbåt av de store leverandørene.
I vår egen båt ble to blybatterier erstattet med ett 125 Ah LiFePO4-batteri uten at det ble installert noen ekstra regulator i systemet, slik anbefalingen er i den offisielle veiledningen som kom etter at vi installerte batteriet. Situasjonen er sannsynligvis den samme i mange andre fritidsbåter hvor blybatteriene er byttet med litium.
De fleste litiumbatterier fra de større leverandørene har innebygd såkalt BMS (Battery Management System). Svaret vi har fått når vi har stilt importører og forhandlere spørsmål rundt behov for oppgradering og sikring av ladesystemet ved konvertering til litium, er at BMSen gir tilstrekkelig beskyttelse mot overladning, høy temperatur, kortslutning og dyputladning.
En ISO-standard er under utarbeidelse, men foreløpig er det sparsomt med offisielle kilder som definerer krav til en litium-installasjon i fritidsbåter. Den eneste «autoriserte» kilden en båteier kan støtte seg til, er «Veiledning om bruk av litiumbatteri i fritidsbåt» som ble utgitt i november 2021, blant annet i regi av Norboat.
I veiledningen, som også Sjøfartsdirektoratet har vært med på å utarbeide, slås det fast at «et viktig hovedprinsipp er at systemet skal sikres mot feil på utsiden av BMS-en slik at den er en ekstra sikring og ikke en regulator i systemet.»
Videre er «dynamo og problematikk med varmgang» behandlet som et eget punkt i veiledningen, og det anbefales at dynamoen bør ha en regulator med temperaturregulering.
Derfor tok vi opp vår erfaring med egen glovarm dynamo med Gylling Teknikk AS og Skanbatt. De anbefaler begge at man installerer en DC-DC-lader når man konverterer til litiumbatterier i båten.
Dårlige dynamoer
– Kan man gjøre en såkalt drop-in-installasjon og erstatte en blybatteribank med litium uten å gjøre andre endringer, eller er det for enkelt?
– Ja, det blir for enkelt. Hvis vi hopper en god del år tilbake, da Optima-batteriene kom på markedet, så satt vi i akkurat den samme diskusjonen. Optima var det første batteriet med virkelig lav indre motstand, som kunne ta mye strøm. Også da konkluderte vi med at det var dynamoen som var utfordringen, sier Sverre Iversen, administrerende direktør i Gylling Teknikk AS.
Han forklarer at selv om dynamoen var oppgitt til 60 A, som den gang var mye i en båt, så var den bare designet for å levere 60 A en kort periode.
– Når du setter på et blybatteri, så kommer motspenningen etter noen minutter og da lader du ikke med 60 A, men er fort nede på 40 eller 30 A. Og når du har kjørt en god stund så lader du med 20 A fordi motspenningen på blyet går opp. Derfor kunne du lage og selge dårlige dynamoer, som var ratet til 60 A, men som ikke tålte å gå på 60 A kontinuerlig, sier Iversen.
Ifølge Iversen så fikk Gylling Teknikk noen henvendelser fra kunder som klaget over at dynamoen brant de første årene etter at Optima-batteriene kom på markedet. Det har imidlertid endret seg.
– I dag får vi ingen slike henvendelser fra folk som opplever at dynamoen brenner på et Optima-batteri. Vi har ikke endret Optima-batteriene, så da er det grunn til å tro at dynamoene er blitt bedre, er Iversens konklusjon.
Utfordringen med varme dynamoer ved lading av litiumbatterier mener Sverre Iversen har samme årsak i dag som den gang.
– Nå sitter vi med akkurat den samme diskusjonen om litium. Litium har enda mindre indre motstand. Så dersom du har en ordentlig tøff dynamo, så gir den det samme problemet. Den er vant til å møte et blybatteri som gjør at etter få minutter så er du på 150 A, og har du kjørt ti minutter så er du nede på kanskje 100 A. Derfor kan de kalle det en 200 A dynamo, men den lader med 100 A, og da går dette veldig fint – helt til du får et litiumbatteri hvor dynamoen ikke møter den motspenningen og da måker den i vei med strøm. Dynamoen tåler ikke den lasten som den er oppgitt til over tid, ifølge Iversen.
– Da blir det varmt. Derfor må vi begrense strømmen, fordi batteriet ikke gjør det. Vi må lure dynamoen til å gi mindre strøm enn det den egentlig skal, og da finnes det forskjellige måter å gjøre det på, sier Iversen i Gylling Teknikk AS.
Dynamo vil bli varm
Forretningsutvikler Øyvind Raaen i Skanbatt forklarer at en moderne dynamo som regel har innebygd funksjonalitet for å roe ned ladestrømmen når dynamoene blir for varme, og at en dynamo nødvendigvis vil bli varm når den brukes, også ved opplading av eksempelvis en AGM blybatteribank.
– En moderne dynamo har en effektivitet på cirka 50 prosent. Det vil si at hvis den leverer 1000 W strøm til batteribanken, så avgir den også cirka tilsvarende energi i form av varme. Dette er dynamoen designet for, og vil naturligvis kjennes varm ut når man tar på chassis under drift. Det er ikke uvanlig at en moderne dynamo er designet for å ha en driftstemperatur under høy last på 100-125 grader Celcius, sier Raaen, og fortsetter:
– La oss si at dynamoen har en merkestrøm på 150 A, så er den også designet for kunne levere 150 A hvis den har nok omdreininger. Når den leverer 150 A over tid, typisk ved 3000 omdreininger på dynamoen, så er den designet for at den skal avgi en effekt på 1200-1500 W i varme.
– Hvis man med sin dynamo lader opp en dyputladet AGM blybatteribank med flere parallellkoblede batterier, som er en ganske vanlig forbruksbatteribank i båter i dag, så vil også dynamoen jobbe tilsvarende tungt en medium til lengre periode - avhengig av bankens størrelse og kablingen i den aktuelle båten, sier Øyvind Raaen i Skanbatt.
– Det er mange gamle motorer der ute, med gamle dynamoer. Har du en dynamo som begynner å synge på siste verset og setter inn en stor litiumbank med eller uten DC-DC-lader, så kan det være det som dytter dynamoen over stupet. Men da må man samtidig ikke glemme at dynamoer er en slitedel som man må regne med å bytte av og til.
I løpet av sine år i bransjen kan Raaen bare minnes ett tilfelle der han har fått henvendelse om at en dynamo har havarert.
– Hvis du har en gammel båt, med en gammeldags dynamo og kobler et litiumbatteri til den med kraftige kabler, så vil sannsynligvis ikke den holde så veldig lenge. Men, det er ikke sikkert den hadde holdt om du satte inn en ny AGM-bank heller, sier Raaen.
I likhet med Gylling Teknikk AS, anbefaler også Skanbatt bruk av DC-DC-lader ved oppgradering til litium. Ifølge Skanbatt tilbyr de DC-DC-ladere fra 1A opp til 100A, og har egenproduserte DC-DC ladere på 33A og 66A. Victron har ifølge Gylling Teknikk AS foreløpig kun 30 A-ladere i sortimentet, men vil ha en 50A DC-DC-omformer klar i løpet av året.
– Det fine med DC-DC-laderen er at når den er i gang og begynner å lade, uansett om batteriene er på 1, 20 eller 95 prosent kapasitet, så lader Skanbatt sin 66A DC-DC-lader med cirka 66 A inntil batteriene nærmer seg fulle. Så vil den tune ned ladingen. Det vil si at dynamoen din aldri vil se mer enn 70-75 A, som er en jevn last den vil ha så lenge batteriene trenger lading, forklarer Øyvind Raaen.
– For å bruke vår 66A DC-DC-lader så anbefaler vi at man bruker en dynamo på minst 110A. Har man mindre dynamo enn dette, så har vi 33A, 40A, 45A og 50A DCDC-ladere.
Raaen sier videre at dersom man ikke kjører ladestrømmen fra dynamoen via en DC-DC-lader, vil en tom litiumbank kunne trekke store mengder strøm:
– Da kan du makse dynamoen en periode, men det ville du også gjort om det var et tomt AGM blybatteri. Fordelen med litium, og som bidrar til at mange opplever at de ikke får noen problemer etter at de har satt inn et Skanbatt litium-batteri uten å gjøre noen spesielle tilpasninger, er at litiumbatteriene veldig raskt spretter opp i spenning fra helt utladet til over 13 volt. Mange båter har såpass mye spenningsfall i ladekretsen at man raskt kommer over «ladekneet» til litiumbatteriet – som igjen medfører at ladestrømmen reduseres. Hvor mye den reduseres vil variere fra båt til båt, men som nevnt så er det svært sjelden vi hører om dynamoer som feiler - som er en indikasjon på at det faktisk fungerer bra for de fleste som gjør dette. Vi opplever faktisk ofte at kunder ønsker å montere DC-DC-ladere for å lade raskere enn det originale oppsettet i båten faktisk gjør, i tillegg til å begrense ladestrømmen ved lav ladetilstand.
– Så er jo også alle båter forskjellige. Vet man at man har et spesielt trangt, dårlig luftet motorrom hvor det normalt er høy temperatur, og hvor det sitter en gammel motor med en gammel dynamo - kanskje dynamo har for lav giring i forhold til motorens turtall, så kan man gjerne safe ved å montere en mindre DC-DC-lader i forbindelse med montering av en stor litium- eller AGM-batteribank. På den måten kan man da skvise de siste dråpene av liv ut av den gamle dynamoen, mener Raaen.
DC-DC-lader eller argofet
Prosjektingeniør Lars Henriksen i Gylling Teknikk AS er selv båtmann som har stått overfor tilsvarende ladeutfordringer i sin egen båt som er fra 1984.
– Litium har mange fordeler, men også noen ulemper. En av dem er dynamoen. Nå skal det sies at vi ikke har opplevd dynamohavarier som noe stort problem, er Henriksens erfaring.
– Det som skjer, teknisk sett, er at et litium-batteri har veldig lav indre motstand. Det tar til seg strømmen det får. En typisk situasjon vil være at du starter motoren etter en helg i naturhavn uten lading og skal tilbake til havn. Hvis du da går litt sakte og vifta på dynamoen ikke får full effekt, så kan det bli varmt. Derfor er det en fordel å gi på litt og få litt sirkulasjon i motorrommet, ifølge Henriksen. I sin egen båt har han løst problemet med å installere to DC-DC-ladere.
– Så går det an å løse dette på forskjellige måter. Jeg har satt inn to DC-DC-ladere. Da får du en egen lader mellom dynamoen og litiumbatteriet. Det er to fordeler med det: For det første så vil DC-DC-laderen sørge for at startbatteriet lades opp først før den lader opp forbruksbanken. Men da får jeg også riktig ladealgoritme og riktig ladespenning på litiumbanken. Så er det en liten ulempe, for per i dag så er den største DC-DC-omformeren Victron har på bare 30 A, og det er litt lite på en større dynamo. Jeg har løst det ved å koble to i parallell.
Henriksen medgir at det er en relativt kostbar løsning, men at det er den de anser for å være optimal.
– Alternativet til DC-DC-lader er en ArgoFET batteriisolator, som sørger for at du oppnår en viss ladespenning på startbatteriet før den åpner for å lade forbruksbanken. Den vil også lage litt motstand mellom dynamo og litiumbatteriene, som er nok til at du ikke får «spin-out» på dynamoen, som er opp til 200 A. I første rekke er det ArgoFET som vi anbefaler dersom man skal gjøre en slik etterinstallasjon, sier Henriksen i Gylling Teknikk AS.
– En FET («Field Effect Transistor», journ. anm.) er en komponent som setter ned spenningen og dermed ser dynamoen en annen spenning og girer ned, skyter Sverre Iversen inn, og poengterer at en DC-DC-lader er den beste løsningen for å beholde energien.
– I feten så brenner du av energi, så den blir også varm, men en DC-DC-lader har i dag kjempehøy virkningsgrad på 98-99 prosent. Da kan du beholde energien. Men da er det DC-DC-laderen som forteller dynamoen at den ikke skal gi mer enn en viss spenning og styrer strømmen ved å øke motspenningen.
Vil en slik løsning gi lengre ladetid og redusere noe av fordelen med at litiumbatteriene kan ta i mot mye strøm og lades på kort tid?
– Hvis du bruker en ArgoFET så vil ladetiden bli den samme, for den kan levere opp til 200 A likevel, og så stor dynamo er det ikke vanlig å ha. Så med ArgoFET kan du få maksimal lading. Velger du derimot DC-DC-omformeren, så vil du få den begrensningen, ifølge Lars Henriksen.
Er det tilstrekkelig for å ivareta sikkerheten at man installerer en DC-DC-lader?
– Ja, det er det. Da kan ikke systemet levere mer enn det laderen kan levere. Som i mitt tilfelle, med en dynamo på 75 A og to 30 A DC-DC-ladere i parallell, som ikke kan levere mer enn 60 A.
– Den innebygde BMSen ivaretar den interne sikkerheten i batteriet både ved innlading og utlading, avslutter Lars Henriksen i batterileverandøren Gylling Teknikk, som anbefaler som et minimum å legge inn en argofet i systemet som regulerer motstanden for å unngå overbelastning av dynamoen.
