Elförsörjning vid campande / stuga utan 230V elnätsanslutning
Ursprungligen var sidan helt inriktade på campande i husvagn, husbil eller campervan, men tar mer och mer in även aspekten kring off-grid i stuga / tiny house utan nätanslutning.
Uppdaterat: 2022-06-29
Kör man ofta, typ var eller varannan dag, med bil-husvagnen / husbilen / campervan kan man ofta klara sig med laddning av bodelsbatteriet från bilens generator. I husbil / van klarar man sig troligen hyfsat bra med direkt laddning från generatorn via ett skiljerelä, se längre ned här.
Med husvagn blir dels elledningarna väldigt långa så man får spänningsfall, dels blir det lätt lite spänningsfall i elkontakten vid draget. Det gör att man inte når upp till 14,4V laddspänning vid husvagnsbatteriet och därmed får dålig laddning. Lösning på det heter booster / laddbooster / batteri-booster.
Boostern klarar ofta att arbeta med en inspänning på 9-14V och höjer upp laddspänningen vid förbrukningsbatteriet i husvagnen till 14,4V. Därmed uppnås bra laddning av bodelsbatteriet oavsett vanliga spänningsfall. Normalt är ett skiljerelä inbyggt i boostern, för att skydda bilens startbatteri från urladdning.
Laddningen från boostern är ofta en enkel s.k. UI-laddning (konstant spänning / konstant ström), vilket inte är en så skonsam och vårdande laddning för lång batterilivslängd! Den bör därför kombineras med en skonsam och vårdande laddning från en modern batteriladdare, tycker jag. Finns dock laddbooster med intelligent flerstegsladdning också. Även laddning från solpanel med solladdregulator laddar skonsamt och vårdande, som t.ex. Solara´s.
Laddbooster begränsar även laddströmmen, så vid kraftigt urladdade bodelsbatterier kan generatorn ändå ladda startbatteriet fullt oavsett bodelsbatterierna.
2010-09-01, Uppdaterat: 2018-01-28 Laddboosters från CTEK med skonsam bra batteriladdning:
CTEK har ett par modeller av laddbooster för husvagn / husbil, där man antingen kan koppla in laddning både från generatorn och solpaneler eller bara från generatorn.
CTEK´s booster-laddare: CTEK D250S Dual, booster + MPPT för generator- och solcells-laddning. CTEK D250SA, senaste produkten, kompatibel med ECU-styrda generatorer. CTEK SMARTPASS 120, elektroniskt skiljerä ≤120A laddström. CTEK SMARTPASS, elektroniskt skiljerä ≤80A, lite enklare.
Youtube-presentation av D250S Dual funktion.
CTEK D250S(A) DUAL har funktion med boosting av bilens laddspänning till bodelsbatteriet upp till 14,4V (=100% laddning), batterifrånskiljning (börjar ladda husvagnsbatteriet först när bilens startbatteri nått upp till 13,8V laddspänning (= prioriterar 80-90% laddningsnivå i startbatteriet) kombinerat med MPPT (maximum power point tracking) för solpanelens laddning, allt med skonsam 6-stegs laddningmodell av bodelsbatteriet inkl temperaturgivare för batteriet!
Efter fulladdat bodelsbatteri går den ned till skonsam underhållsladdning på 13,8V! (Det gör inte en vanlig laddbooster.)
Med CTEK D250S DUAL får man även laddström till startbatteriet från solpaneler, när väl bodelsbatteriet är helt uppladdat, vilket mest har någon betydelse för husbilsägare när deras fordon inte används under en längre tid. Men bodelsbatteriets laddning prioriteras före startbatteriets. 2010-09-17 OBS!
Enligt CTEK D250S DUAL User Manual är max tillåten spänning in från solpanel 22V! Min solpanel har en tomgångsspänning på 25V, vilket då är för högt för CTEK D250S DUAL - lite märkligt tycker jag!
- CTEK D250S DUAL, Svenska CTEK´s webbsida.
(Har blivit tvungen att ta bort alla direktlänkar till produktsidor då tillverkarna ändrar dessa så ofta.)
2020-07-20 Victrons DC-DC konverters / laddare
Victron har produkter med hög kvalitet och effektivitet som kommunicerar med app i mobilen för bra driftsinfo.
Victrons DC-DC konverters / laddare
Orion-Tr Smart DC till DC-laddare är en 30A professionell DC till DC-adaptiv 3-stegs-laddare med inbyggd Bluetooth. Är bra med begränsad laddström, både för generator samt dimensionering av elsystemet.
För användning i dubbla batterisystem i fordon eller på båtar där (smart) generator och startbatteri används för att ladda servicebatteriet. Enheten kan övervakas och programmeras via Bluetooth och kan styras via en fjärrstyrd på/av-strömbrytare och har en har en mekanism för att detektera om motorn med generator är igång. Både för litium- och bly-batterier. Orion-Tr Smart DC till DC isolerad laddare
2022-06-22 Votronics Charging Converters Series VCC B2B
Optimised charging of the supply battery, also for short distances, suitable for use on any alternator - B2B (Battery-To-Battery): Charging Converters Series VCC
Har väldigt bra detaljerade datablad samt funktionsbeskrivningar!
2008-03-10, uppdaterad: 2022-06-29
Man kan använda sig av laddning från bilen utan booster även för husvagn, om man inte har behov av så snabb eller mycket laddning samt har tillräckligt grov ledningsarea mellan bilens batteri via släpvagnskontakten fram till husvagnens batteri.
För val / beräkning av ledningsarea kan man hos 24volt.eu använda Kabelarea- och spänningsfallskalkylator - bara att mata in siffrorna.
OBS! När vi vid lite djupare diskussioner på Internet trängt längre in i detta visar det sig bli svårt hur man ska dimensionerar sådana ledningar mellan generatorn och bodelsbatterierna i en husvagn eller camper-van! I princip behöver de dimensioneras för max laddström från generatorn, vilket i många fall innebär kabel med 35mm² ledningsarea. Men samtidigt har ju de flesta bilar släpvagnskontakt med en kopplad strömmatningskabel som många använder för just sådan här laddning i husvagn, vilken sannolikt är klenare.
Problemet är att man har ingen tydligt ström att dimensionera kablar m.m. för vid sådan direkt laddning från generatorn via skiljerelä till bodelsbatteri!
Vid 5m ledningslängd (10m totalt) mellan batterierna får man vid 10A och en ledningsarea på 10kvmm ca 0,2V spänningsfall, 6kvmm ca 0,3V spänningsfall respektive 4kvmm ca 0,5V spänningsfall - allt beroende på hur bra laddning man vill ha. Dock är det hela tiden en liten osäkerhet om vilket spänningsfall man får i släpvagnskontakten.
Det kan dock vara problem i moderna bilar att dra egna kraftiga kablar till släpvagnskontakten då dagens bilelsystem är komplicerade och ibland övervakade av bilens styrdator!
Man bör ha ett skiljerelä som bryter strömmen från bilen när inte generatorn laddar, så man inte riskerar ladda ur bilens startbatteri, som inte heller tål lite djupare urladdning. Även för att det inte är riktigt bra att ha två olika blybatterier sammankopplad när de inte laddas, då de kan vara av olika typ, olika ålder samt ha olika kapacitet. Under laddning spela det inte någon direkt roll förutom att GEL-batterier vill ha lite lägre laddspänning än vad bilens generatorn brukar ge. Den batterityp som avviker är GEL-batterier som vill ha något lägre laddspänning och då inte är så lämpligt att kopplas ihop med startbatteriet.
2010-07-06, Uppdaterad 2018-01-27
Finns intelligenta VSR (Voltage Sensing Relay) skiljerelä på marknaden, som själv via spänningsmätning avgör när bodelsbatteriet (husvagnsbatteriet) ska kopplas ifrån/till startbatteriet / bilens generatorladdning! VSR-reläet ser till att startbatteriet först laddas till 80-90% innan bodelsbatteriet kopplas in och får laddning. VSR-reläet ser även till att ingen startström förbrukas från bodelsbatteriet under motorstart. VSR-skiljerelät ser naturligtvis även till så att startbatteriet inte laddas ur av strömförbrukning från bodelsbatteriet.
VSR skiljereläer bruka prioritera startbatteriets laddning från generator och kopplar in bodelsbatterierna först när startbatteriet är laddat 80-90%, samt en del har dubbel sensor (t.ex. BEP DVSR), vilket innebär att det även känner av laddning från t.ex. bodelens solpanel och ser då till att bodelsbatterit först laddas till 80-90% av solelen, sedan kopplas solladdningen även in till startbatteriet.
VSR-skiljereläet är främst tänkt för när man kopplar in laddningen av bodelsbatteriet direkt via grova kablar från bilen (husbilsgeneratorn, båtmotorns generator), och inte via en laddbooster.
VSR-reläet säljas av AWIMEX, båttillbörsfirmor som Hjertmans, Biltema, m.fl. sök Skiljerelä.
Finns även CTEK SMARTPASS 120, elektroniskt smart skiljerä ≤120A laddström.
Samt CTEK SMARTPASS, elektroniskt skiljerä ≤80A, lite enklare.
Fördelen med dessa två smarta elektroniska reläer är att där får man en väldefinierad max ström att dimensionera elsystemet för!
2009-10-14, Uppdaterad 2018-01-27
OBS! Laddning via skiljediod / diod ger en dålig laddning pga diodens spänningsfall på 0,7 - 1V, vilket är mycket i sammanhanget vid laddning av 12V blybatterier, samt förhindrar inte urladdning av startbatteriet! Skiljediod skall egentligen kopplas in två direkt vid generatorn och då ge två skilda strömvägar ut från den, där laddningsreläet i generatorn då ska känna av laddspänningen efter dioden på batterisidan. Men kan vara svårt att göra på ett fordon idag. 2022-06-29
Dock har moderna diodisolatorer typ Victron Argofet batteriisolatorer minimalt spänningsfall med sina MOSFET-effekttransistorer arbetandes som ideala dioder!
2018-01-28
Fördelar med VSR:
Automatisk skiljereläfunktion.
Enkel elektrisk systemutformning.
Kanske billigare än booster, men grova kopparkablar är dyrt.
Nackdelar med VSR:
Odefinerad laddström att dimensionera för kräver grova kablar.
Gäller dock ej CTEK´s Smartpass (≤80A) samt Smartpass 120 (≤120A).
Ingen skonsam laddning av bodelsbatterierna, ger sämre livslängd.
Ej lämpligt med GEL-blybatterier som bodelsbatteri.
Rumsvarma bodelsbatterier överladdas i kallt vinterväder, så de försämras.
Vid +25°C ska startbatteriet laddas med ca 14,4V, vid -20°C med ca 15,4V.
Om bodelsbatterierna har för liten kapacitet (Ah) så kan de lätt få för stor laddström.
Kraftigt urladdade bodelsbatterier drar all laddström från generatorn efter att VSR slått till.
För att få helt fullt laddat startbatteri måste bodelsbatterina också vara fullt laddade.
Det finns två olika huvudtyper av solpanel;
1. Kristallin kisel solpanel - kännetecknas av dess uppbyggnad av (oftast) 36st separata kiselplattor. Är den absolut vanligaste typen idag (2009). (Typ: Monokristallin & Polykristallin)
2. Tunnfilmssolpanel av typ CIS / CIGS - kännetecknas av en eller flera större mörka ytor utan separata små plattor. Men kan även vara uppbyggd av mindre tunnfilmsmoduler ihopkopllad, så svårt att säkert avgöra.
Tunnfilmssolpaneler är billigare och miljövänligare att tillverka då dess materialförbrukning är låg.
Kristallin kiselsolpanel har högre verkningsgrad och tar därmed upp mindre yta för samma effekt.
Under 2012 sjönk priserna drastiskt på kiselsolceller och fortsatte så under 2013, då man effektiviserat tillverkningsprocessen och det startades riktigt storskalig produktion, bl.a. i Kina! Det har gjort att tunnfilmssolceller har haft svårt att hänga med i prisutvecklingen och fått en sjunkande marknadsandel. / 2013-10-28
Om man använder solpanel där det ofta blir skugga på en del av solpanel, av typ träd, så är en tunnfilmssolpanel av CIS- / CIGS-typ överlägsen de mer vanliga kristallina kisel solpanelerna!
Blir en enda kiselplatta på en kristallin solpanel skuggad så minskar strömproduktionen som om hela solpanelen var skuggad, då alla kiselplattorna är seriekopplade och den maximala strömmen som kan gå igenom bestäms av den kiselplatta som är svagast belyst!
En tunnfilmssolpanel av CIS- / CIGS-typ tappar bara i effekt motsvarande den skuggade ytan av solpanelen.
Skillnaden i effekt beskrivs väldig bra i de två diagramen nedan! Här visas att en CIS solpanel tappar ca 6% effekt vid partiell (delvis) skuggning av ett stort lönnlöv på panelen medan en motsvarande kristallin kisel solpanel tappar mellan 46 - 65% vid samma skuggning! 2009-10-14
2009-11-20 (de två diagrammen nedan)
Förlust i effekt vid partiell skuggning av tunnfilm CIS / CIGS solpanel.
Bild lånad med tillstånd från EcoKraft
Förlust i effekt vid partiell skuggning av Si-monokristallin solpanel.
Bild lånad med tillstånd från EcoKraft
Tunnfilmspanelen ger dessutom något bättre med ström under något sämre ljusförhållande som lätt mulet, morgon / kväll eller då vid skuggade förhållande, vilket beskrivs på EcoKrafts webbsida:
"CIS-cellerna har en förmåga att ta emot ett brett spektrum av solljusets olika våglängder och de förmår därför ta emot solenergi även under sämre väderförhållanden och genom diffus (reflekterad) strålning." (Diffus ljusstrålning = molnigt väder eller i skugga.)
2023-03-09 / 2023-03-11 Solpaneler - serie- eller parallell-koppling
Grundregeln med flera solpaneler till en gemensam MPPT-regulator är:
Förutsättning: Solpaneler monterad åt samma riktning med likartad solinstrålning:
1. Ungefär lika spänning Vmp men olika effekt/ström => parallellkoppling.
2. Ungefär lika ström Imp men olika spänning/effekt => seriekoppling ofta bra.
3. Precis lika dana solpaneler => seriekoppling.
OBS! Seriekoppling bara om MPPT-regulator tål spänningen!
Förutsättning: Solpaneler monterad åt olika riktning och därmed med skild solinstrålning:
Parallellkoppling funkar i regel bäst, om ungefär lika spänning Vmp.
Då strömmen direkt beror på solinstrålningen fungerar seriekopplade solpaneler med olika solinstrålning pga olika motageläge dåligt ihop!
Solpaneler med både signifikant olika Vmp och Imp fungerar inte bra ihop oavsett inkoppling!
Seriekoppling: lika ström Imp och likartad solinstrålning (och därmed ström)
Parallellkoppling: lika spänning Vmp
Har man flera parallellkopplade solpaneler bör man överväga att säkra varje enskild solpanel, så att om en sådan solpanel kortsluter det inte rusar in mycket ström från de övriga i den och risk för brand kan uppstå!
Även bör man ha någon form av huvudbrytare / lastbrytare mellan solpaneler och solladdregulator och har sett folk som rekommenderat säkringslastbrytare med 10x38 gPV säkringar till det.
Seriekoppling innebär rent elektriskt att det går samma ström genom alla solpanelerna, så den solpanel som levererar lägst ström avgör och stryper övrigas ström när alla är jämnt solbelysta.
Även med samma angiven Imp kan det skilja märkbart i ström vid svagare solinstrålning, exempelvis mellan äldra och nyare kiselsolpaneler samt sannolikt kopplat till kvalitet också. Nyare producerar signifikant mer ström i svagt ljus, vilket man riskerar att missa i serie med äldre!
Parallellkoppling innebär rent elektrisk att solpanelerna kommer att arbeta med samma spänning, så den solpanel som ger lägst spänning kommer belasta ned de övrigas spänning så MPPT-drift fås när alla är jämnt solbelysta.
Hos nyare kiselsolpaneler minskar inte spänningen lika mycket med minskad solinstrålnings effekt som hos äldre, så även med samma Vmp kan det skilja märkbart vid svag solinstrålning!
Men spänningen Vmp varierar ändå normalt inte mer än att det går bra parallellkopplat.
Seriekoppling drar fördel av bypassdioderna för effektivare hantering av partiell skuggning.
Samt man får lägre ström och kan använda klenare kabel mellan solpanelerna och regulatorn.
Med moderna monokristallina solpaneler varierar spänningen Vmp extremt lite med solinstrålningen (se diagram nedan), så flera sådana monterade i olika riktning och med olika skuggning samarbetar ändå fint parallellkopplade med varandra.
Jag har 7st 36 cellers monokristallina solpaneler monterade i helt olika orientering och vinkling samt med helt olika trädskugga i olika tider under dagen men som ändå samverkar väldigt bra parallellkopplade till en gemensam solladdregulator! Har provat både med PWM-regulator och Victron MPPT SmartSolar 75/15 och båda ger stabil fin drift i den installationen. Samt Victron SmartSolar har aktiv MPPT-reglering från tidig morgon till sen eftermiddag trots att MPPTstart är Voc = Vbatt + 5V. Förklaras av den obetydliga inverkan solinstrålningen har på Vmp / Voc solpanelspänningarna, se diagrammet!
Debunking att seriekoppling skulle ge mycket mer strömmängd över dagen vid solcellsregulator som har MPPTstart Voc = Vbatt + 5V:
Finns en populär myt att då seriekopplade 36-cells solpaneler når Vbatt + 5V tidigare på dagen än parallellkopplade, som en del MPPT-regulator kräver för start, så skulle man får märkbart mer strömmängd än från 36-cellers parallellkopplade i samma drift. Det kan möjligen ha en viss sanning med äldre monokristallina solpaneler medan nya når den spänningen vid väldigt låg solpaneleffekt redan.
Ser vi i diagrammet når en modern 36-cells monokristallin solpanel Vbatt + 5V redan vid ca 1% solpaneleffekt! Vid seriekopplade solpaneler blir det vid än lägre effekt så någon extra timmes drift vid så låg effekt ger normalt försumbar extra strömmängd för dagsproduktionen, speciellt med tanke på att en aktiv MPPT-reglering drar extra ström. Så finns t.o.m. en risk att solpanelerna inte täcker upp den extra strömförbrukningen och man får mindra strömmängd än hos parallellkopplade.
Längre aktiv MPPT-drift/dygn är inte lika med signifikant mer strömmängd/dygn!
I aktiv drift har normalt 12V blybatterier en spänning på <12,6V efter en natts urladdning, så Voc = Vbatt + 5V är då <17,6V. I diagrammet ser vi att 17,6Voc motsvarar en väldigt låg solpaneleffekt på ca 1% eller mindre!
Liknande gäller på seneftermiddagen för en MPPT-reglering som stänger av sig för Vmp = Vbatt + 1V, att redan för en 36-cells monokristallin solpanel sker det vid väldigt låg solpaneleffekt, så seriekoppling bidrar försumbart där också!
Sedan finns andra fördelar för seriekoppling, som bättre hantering av partiell skuggning via bypassdioder som kan ge mer strömmängd, se nästa avsnitt nedan.
PV: I-V-P graph vs insolation 36 cells
Solpanel: Ström, Spänning & Effekt vs solinstrålning
2018-02-17, uppdaterad 2022-07-26 Mer om partiell skuggning, bypass dioder samt seriekoppling solpanel
Vanliga "12V" 36 cellers solpaneler brukar vara indelade i två sektioner med bypass-dioder över dem och 60-72 cellers i tre sektioner, så vid partiell skuggning på en sådan sektion är det bara effekten / strömmen från den sektion man tappar, när man har flera sådan "12V" solpaneler seriekopplade anslutna till en MPPT-regulator.
Strömmen passerar då via bypass-dioden förbi den skuggade sektionen av solpanelen, se bilden, men krävs MPPT-funktion.
Dock ger ju den skuggade solcellssektion för bypassdioden sin ström motsvarande instrålad soleffekt, så är bara skillnaden i ström mellan de oskuggade och skuggade solcellerna som går genom bypassdioden. Men spänningen blir då -0,6V Schottky-diodspänning över sektionen så blir ingen effekt från den.
Vid en enda "12V" solpanel hjälper inte bypassdioderna att bibehålla effekten från den oskuggade sektionen vid hård skuggning, då spänningen blir för låg från bara en sådan sektion (1/2 solpanel) för att ladda 12V batteriet. Men vid lite ljusare skuggning får man fortfarande bra spänning från solpanelen och kan då få den ström som motsvar den ljusa skuggningen.
Vid seriekopplade solpaneler får man tillräcklig spänning vid hårt skuggad sektion och tappar bara effekten från skuggad sektion, dock vid ljusare skuggning av en sektion som bara ger lite lägre ström så leds en del ström förbi den sektionen via bypassdioden och därmed tappar sektionen all sin effektproduktion då spänningen över den blir ca -0,6V Schottky-diodspänning.
Så bör finnas en gråzone i hur mörk skuggningen är om man får mest effekt från parallellkopplade eller seriekopplade solpaneler i mindre anläggningar, men troligen ger oftast seriekopplade mest effekt. I större anläggningar ger seriekoppling så många andra stora fördelar och en skuggad sektion blir så liten del av en större seriekopplad solpanelsträng!
Bypassdiodernas funktion och den destruktiva effekten av hot-spots beskrivs av PVeducation.
Se även: Solar Bypass Diode Guide: This Is What You Should Know About Solar Bypass Diodes PV Module Bypass Diodes – What are they and what do they do?
Solpaneler för villatak har vanligen 60 eller 72 solceller och är då indelade i tre sektioner med bypassdiod över. För mindre skuggkänslighet finns även halfcut-solpaneler med 120 / 144 solceller och då med 6 solcellssektioner och 6 bypassdioder.
Bypassdioderna är även till för att skydda de enskilda solcellerna för överhettning vid partiell skuggning, s.k. hot-spots. Kan då även förhindra brand i vissa fall. De flesta solpaneler har idag bypass diod och man bör inte köpa utan. Dock kan kvaliteten på dessa dioder variera.
Alla seriösa solpaneler har bypassdioder, för annars riskerade de gå sönder av hotspots! "Solar bypass diodes are required in all solar PV panels that are certified for use in the U.S."
Så det rätt vanliga falska påstående om att en skuggad solcell på en solpanel blockerar strömmen för en hel sträng med seriekopplade solpaneler stämmer inte alls utan är en ren myt! Tråkigt den fått sådant genomslag och håller sig kvar! Är ren fakta och inget att diskutera!
Bengts Villablogg skriver även om bypassdioders funktion: Bondfångeri när det gäller effekten av skuggning av solceller. Bengt Stridh är lite av Sveriges solcellsnestor!
Är så egendomligt vanligt med falska påståenden som "Om en cell skuggas vid seriekoppling så slutar all laddning från de seriekopplade solpanelerna.", vilket bara är så fel för seriekopplade solpaneler! Om nu inte min förklaring duger så kanske Bengt Stridh´s bloggpost kan göra lite mer intryck, då Bengt Stridh är en av auktoriteterna på det här området i Sverige, enligt tidningen NyTeknik!
I bloggposten är han uppenbart upprörd över att Vattenfall påstår samma i ett reklamutskick och kallar det för "rent bondfångeri" och "falsarier"! Bengt anser att skuggning är ett lite knepigt och missförstått ämne, så han rekommenderar även att alla borde läsa Skuggningshandboken från Energiforsk för att förstå bypassdiodernas funktion bättre.
(Bengt Stridh länkar förövrigt till den avancerade Kalkylator för bra sund dimensionering av off-grid solcellssystem som jag har utvecklat.)
Bypassdioder kan gå sönder av åsköverspänningar, vilket jag råkat ut för.
Jag har då köpt dessa 15SQ045 - Schottky-diod 15A 45V som ersättare till min solpanel.
Jag monterade även in en Transientskyddsdiod (TVS) BZW50-39B för skydd av bypassdioderna i mina 36-cellers solpaneler med data: 39V, 5kW, 43V/1mA, 69V/72A, 90V/667A-8/20µs, Pulsström <500A/10ms, <<1ns responstid. Samt byggde eget åsköverspänningsskydd.
Här kan man läsa lite mer om hur det fungerar vid partiell skuggning: Partiell Skuggning i solpaneler (SolarLab)
2012-07-05 En liten beskrivning av varför det skiljet i känslighet för partiell skuggning:
Polykristallina och Monokristallina kisel-solceller är lika känsliga för partiell skuggning, då det är samma teknik men tillverkade på lite olika sätt bara. Tunnfilmssolceller är mer okänsliga.
"Tunnfilmssolpanel av typ CIS / CIGS" är en helt annan teknik som man lite förenklat kan säga byggs upp av massor av små "mikro-12Volt-solpaneler" på solpanelytan, som parallellkopplade bildar en hel stor solpanel (med 15-19Volts driftspänning, beroende på hur tillverkar dimensionerat panelen). För ögat ser det dock ut som en enda hel solpanel i uppbyggnaden.
Då varje sådan "mikro-12Volt-solpanel" fungerar som en egen lite 12Volt-solpanel, så tappar man bara i effekt motsvarande hur många sådana "mikro-12Volt-solpaneler" som skuggas på den stora solpanelytan, när det gäller Tunnfilmssolpaneler. Dvs man tappar bara i effekt precis i proportion till hur mycket yta som är skuggad!
De Polykristallina och Monokristallina kisel-solceller byggs upp av oftast 36st stora kristallina kiselsolceller som seriekopplas till en 12Volts solpanel (med spänningen 17-18V), och då alla ligger i serie samt strömmen genom varje kisel-solcell styrs av ljuset på den så är det den av dessa 36 kisel-solceller som har lägst ljus som styr hur mycket ström som hela solpanelen kan leverera. Det blir som en flaskhals i systemet, när en individuell sådan kiselsolcell skuggas.
På marknaden har det nu börjat komma kisel-solcellspaneler som är uppbyggda av två mindre 12Volts solpaneler med då 2x36 kiselsolceller som bildar två parallellkopplade 12Volts solpaneler intill varandra, ihopbyggda så det bildar en enhetlig solpanel som en solpanelmodul.
Skuggas då en kiselsolcellsplatta bara på den ena, så är det då "bara" 50% av hela den sammansatta solpanelens effekten som påverkas av det... Se även om bypassdiod här ovan.
Det som gäller för bra effekt från solpanel är dock direkt solbestrålning!
Exempelvis kan min 50W CIS tunnfilmssolpanel ge ca 2,5A som absolut max en klar solig sommardag med hela solpanelen belyst mitt på dagen (utan MPPT-funktion).
Vid lätt mulet väder kan jag få upp till 0,2A - 0,5A laddström om inget skymmer / skuggar i riktning mot solen bakom molnen.
Vid lätt skuggning i lövskog en i övrig solklar dag kan jag också få upp till 0,2A - 0,5A laddström, men i mer mörkt skuggad lövskog blir det ingen ström alls ens en solklar dag.
I barrskog där den direkta solinstrålningen skuggas av barrträd men jag i övrigt upplever att husvagnen / solpanelen står fritt och riktigt ljust får jag ändå i princip 0A i ström från panelen, enligt mina erfarenheter.
Barrskog är uppenbarligen effektiv på att absorbera solljuset!
OBS! Detta gäller under de tre sommarmånaderna.
Jag upplever att jag kan få hyfsat med ström från solpanelen under 6 - 8 månaderna över sommarhalvåret, om jag ej står i skuggigt läge.
Ju mer det närmar sig midvinter / vintersolståndet ju kortare blir dagen med dagsljus och kanske än mer avgörande så står solen så lågt på himmeln mitt på dagen, att den mer och mer lyser längs en horisontellt placerad solpanel på ett husvagnstak och därmed ger väldigt svag belysning av solpanelens yta.
Det är den mängd sol som fångas upp av solpanelen sett vinkelrätt mot solstrålningen, som genererar ström. Är solpanelen riktad vinkelrätt mot solen motsvarar det 100% av dess yta, lyser solen längs med panelen (som när solen står lågt vid horisonten) så blir det 0% solpanelsyta sett vinkelrätt mot solen som ger ström från den direkta solstrålningen. Och all solriktning däremellan ger ökande strömgenerering ju närmre solen lyser vinkelrätt mot solpanelens yta.
Den låga solhöjden på vinterhalvåret gör också att även avlägsna träd, kullar, berg eller byggnader lätt skuggar solpanelen.
Solpanel ger ju väldigt mycket mer ström dagar med helt klart solljus och utan skugga för solpanelen.
Så man måste lagra / buffra ström i batterier för dagar med sämre solljus.
Ju mer batterikapacitet man har ju fler dagar klarar man med riktigt dåligt solljus dvs ju fler dagar kan man slå ut solpanelens medelströmgenerering över i förhållande till vädret.
Men stor batterikapacitet tar mycket från husvagnens lastvikt samt kostar pengar.
Men även de dagar solpanelen kanske bara ger 50% av ens strömförbrukning så har man ju dubblat tiden som strömmen i batteriet räcker.
Det viktiga för att klara sig bra med störmförsörjning från solpanel är att hålla nere strömförbrukningen och där är LED-belysning en väldigt viktig faktor!
En annan stor fördel med solpanel är, om man som jag ej har tillgång till 230V för batteriladdning där jag parkerar min husvagn mellan turerna, att solpanelen laddar upp och håller husvagnsbatteriet fulladdat mellan husvagnsturerna!
Så varje tur med vagnen startar jag med 100% fulladdat batteri.
På senhösten / tidig vår gör jag bara kortare turer med min husvagn och då behöver inte solpanelen klara av all min strömförbrukning, men drygar ändå ut strömmen så den räcker längre i batteriet.
Sedan hemma igen så laddar solpanelen upp det jag lånat ur batteriet.
Under de mörkaste vintermånaderna klarar solpanel bara precis att underhållsladda batteriet om man bor i Skåne, och här i Norrköpingstrakten har jag ca 2 vintermånader då det inte ens riktigt räcker till underhållsladdning (men är så kallt att ett fulladdat batteri klarar sig bra ändå den tiden).
Detta gäller min horisontellt placerade solpanel - på vintern är detta en väldigt dålig placering!
Jag är inne på min tredje säsong nu (2009) där jag klarar alla 12V strömförsörjning från bara solpanelen!
Jag har inte kopplat så jag får laddning från bilen (tyvärr).
Och jag ligger i princip aldrig med 230V anslutning på någon campingplats, då jag klarar mig bra med min solpanel.
Och jag har under dessa år aldrig kört tomt batteriet på ström!
Nu har jag en liten husvagn, numera med nästan bara LED-belysning, men använder t.ex. laptop en del (för Internet & TV) och kör Trumaticens Trumavent en hel del (men på lägsta fart).
Jag laddar även mobiltelefonen och digitalkamerans batterier via 12V-matade laddare.
Ibland kan man se lågpris solpaneler med lägre maximal utspänning än 15V vid max ström, men det blir för låg spänning då för att ladda ett 12V blybatteri pga att utspänningen är angiven vid 25°C paneltemperatur men solpanelen blir mycket varmare vid full solstrålning på sommaren, och utspänningen sjunker märkbart med solpanelens högre temperatur!
På kvalitetssolpaneler verkar det vara en minsta maximal utspänning på ca 16,6V som gäller, vad jag sett.
Min Tunnfilms CIS 50W solpanel har 19,0V utspänning vid maximal last ström, vilket på ett sätt är bra men samtidigt gör att jag inte får ut full effekt då jag inte har en "maximum power point tracking" (MPPT) solladdregulator. Jag kan då från min 50W solpanel bara få ut 14,4V / 19,0V x 50W = 38W, se diagram 2 nedan.
För lite mer detaljerad info om MPPT, se: Maximum Power Point Tracker (dk) / MPPT (en)
Med en MPPT-laddregulator hade jag istället som max kunnat få ut (19,0V - 1,1V) / 14,4V = 1,24 dvs 24% mer (1,1V är spänningsfall över frigångsdiod) eller maximala 3,1A istället för nuvarande 2,5A! Se i diagram 1 här nedan.
Vid underhållsladdningsspänning 13,6V hade skillnaden varit (19V - 1,1V) / 13,6V = 1,32 dvs 33% mer ( maximalt 3,3A istället för nuvarande 2,5A).
Vid uppladdning av halvurladdat blybatteri blir det än större skillnad med (19V - 1,1V) / 12,5V = 1,43 dvs hela +43% mer laddning om jag haft en MPPT-laddregulator (maximalet 3,6A istället för nuvarande maximala 2,5A)!
Vintertid skulle effekten bli än större med en MPPT-regulator, då solpanelens utspänning ökar vid lägre temperaturer.
2009-10-15
Jag skulle gärna ha en MPPT-solladdregulator till min solpanel. Men dels kostar de oftast ganska mycket och dels har jag inte hittat någon med en tydligt specificerad temperatur-kompenserad underhålls-laddspänning (float charging voltage) på ca 13,6V vid 25°C, -24mV/°C. 2010-07-06
(Har hittat en bra MPPT-regulator nu, se mina tips om bl.a. Steca Solar charge controllers!)
T.ex. den ganska populära MaxPower MPPT laddaren har en angiven float charging voltage at 25°C på 14,1V, vilket enligt nedan redovisad batterikunskap är så högt att den långsamt elektrokemiskt korroderar sönder blyet i batteriet och förkortar blybatteriets livslängd!
Här finns lite mer läsning om man skall välja en mer avancerad (dyrare) MPPT-regulator eller en lite enklare PWM-regulator, med sina för och nackdelar: Att välja MPPT- eller PWM-solladdregulator / 2013-10-28
Se mer om batterikunskap och laddningsfaser här nedan. 2009-10-15 Diagram 1, MPPT laddningseffektivitet vs linjär solladdregulator - kan variera något beroende på MPPT elektronikens verkningsgrad
2009-10-17 Diagram 2, Max laddningseffekt från 50W solpanel, utan MPPT laddning - kan variera något beroende på solpanelens kortslutningsström
Som summering tycker jag att tekniken med solpanel till husvagnen är helt fantastisk bra, speciellt för oss som fricampar en del. Men även för att hålla husvagnsbatteriet fulladdat mellan husvagnsturerna! Gör även att jag kan använda ström från 12V blybatteriet när jag är och fixar med vagnen (både direkt och som 230V via inverter), då jag inte har tillgång till 230V ström där jag har min husvagn parkerad. Jag är helnöjd med min investring i min tunnfilms CIS solpanel!
2009-10-12
Fortfarande nu i mitten av Oktober ger min horisontellt placerad 50W tunnfilms CIS solpanel drygt 1A i klart solsken mitt på dagen utan MPPT-laddning, som referns till de som vill bilda sig en uppfattning! 2010-07-06
Lite mer referenser för solladdning under vinterhalvåret (från min FotoDagbok):
2010:02:22, Solpanelen på min husvagn laddar batteriet lite nu när solen börja komma lite högre på himlen. Laddar 0,2A trots ett ca 1cm tjock snö och islager över solpanelen samt lite av soldis.
2010:03:09, Idag laddade vårsolen 1,1A via min 50W CIS tunnfilms solpanel mitt på dagen! Solpanelen är horisontellt placerad på taket.
Maximalt ger min solpanel mitt på dagen en klar solig sommardag ca 2,5A, som jämförelse.
Dimensionering av solelanläggning 2010-08-31
Nu finns FrittLiv´s egen avancerade men lättanvända solelkalkylator för beräkning, dimensionering och analys av off-grid solelsystem avseende behovet av solpaneleffekt och batterikapacitet för husvagn, husbil och fritidshus: FrittLiv´s Kalkylator små Solelsystem / 2013-06-08
Tips om man skall välja en mer avancerad (dyrare) MPPT-regulator eller en lite enklare PWM-regulator, med sina olika för och nackdelar: Att välja MPPT- eller PWM-solladdregulator / 2013-10-28
Victron Energy har en fri bok "El ombord - fristående elkraft (2012)" som väldigt utförligt behandlar 12V off-grid elsystem i en 74-sidig pdf-bok fullspäckad med deras fakta. / 2019-06-25
Victron Energy´s 69-sidiga pdf-bok Wiring-Unlimited med bra kunskap. / 2020-08-12
Tidigare har jag hittat en bra webbsida hos SolarLab där man kan beräkna hur mycket solpanelseffekt samt batterikapacitet (batteribank) man behöver: Beräkna och dimensionera ditt solcellbehov - Solpaneleffekt & Batterikapacitet
Webbsidan ger även dimensionering för årets olika månader samt hur många dagar i sträck man använder ström (campar) samt för horisontell och 45° lutande solpanel.
Den kalkylator hos SolarLab tar lite hänsyn till vädervariationer genom att räknar med en säkerhetsmarginal på ca 1,4ggr mot den statistiska väderdatans medelströmutbyte från solpanelerna, utifrån flera års väderstatistik, vilket ger en hyfsat rimligt trygg solelförsörjning. I mitt tycke är det dock lite lågt samt kalkylatorn ger även lite lågt rekommenderad batterikapacitet enligt mina erfarenheter.
FrittLiv har nu (2013-02-06) tagit fram en egen dimensioneringsmodell för solelsystem baserat på EU-soldata som ger en mer verklighetsanpassad dimensionering för en rimligt trygg solelförsörjning. Denna finns nu implementerad i FrittLiv´s SolelKalkylator / 2013-06-08!
Så här kan man i SolarLabs kalkylator beräkna för lång sommartur (= 7 dagar i veckan) samt kanske bara helgcampande på hösten (varje helg = 2 dagar i veckan, varannan helg = 1 dag i veckan), genom att ändra antal dagar i beräkningen!
På så sätt kan man se om det är sommarcampandet eller höstcampandet som styr den effekt man behöver på solpanelen samt vilken batterikapacitet som är rekommenderad!
Jag provade att beräkna med lampeffekt 6W 5h, Laptop 38W 2h samt Trumavent 2.5W 24h per dygn, 2 dygn i veckan (= helgcampande) och får som resultat att min 50W solpanel ska klara det under Mars t.o.m. en bit in i Oktober, vilket stämmer bra med mina erfarenheter från min husvagn!
Rekommenderad batterikapacitet blev då 75Ah, vilket också är vad jag har.
Så resultatet känns verklighetsförankrat!
Hade jag helgcampat 2ggr/mån under hela vinterhalvåret och haft solpanelen vinklad 45°C mot söder, så hade min kombination av 50W solpanel och 75Ah batteri också i stort klarat det!
Men sedan är det ju ändå lite av en chansning, då vädret varierar och därmed hur mycket man får ut ur solpanelen under sitt campande.
Antingen får man köpa en hel del extra solpanelseffekt och/eller batterikapacitet eller så får man vara beredd att anpassa sin elförbrukning lite efter vilken strömtillgång man har.
Och där tycker jag en Ah-mätare är ovärderlig, för att veta hur man ligger till med strömmen i batterierna.
Vill man få sin ström från solpanel så innebär det samtidigt att man måste försöka ställa sin husvagn väl solbelyst och undvika svalkande skugga, för att verkligen få sol på solpanelen!
2010-09-21, Uppdaterat: 2018-02-18 Genomsnittlig elproduktion från 36 cellers 12V 100W monokristallin solpanel per dag:
(En CIS / CIGS tunnfilms solpanel med samma effekt bör ger något mer i genomsnitt per dygn.)
Elproduktion
(månad)
45 grader mot söder
(Ah/dygn)
horisontellt
(Ah/dygn)
Januari
4,4
1,6
Februari
11
5,5
Mars
18
12
April
26
22
Maj
33
32
Juni
30
32
Juli
30
31
Augusti
26
24
September
21
15
Oktober
13
7,3
November
7,2
2,6
December
3,6
1,0
Anm.
Tabellen ovan visar genomsnittlig elproduktion per dag för en 100W solpanel monterad med 45° vinkel mot söder respektive horisontellt monterad, ansluten via en MPPT-regulator. Notera att dessa är genomsnittliga värden baserade på solelstatistik från PV potential estimation utility (EU-kommissionen). Dessa värden gäller för Norrköping Sverige. För övriga delar av landet kan man få fram siffrorna från FrittLiv´s Kalkylator små Solelsystem.
Dessa siffror är just genomsnittliga värden, en bra solig dag genererar solcellen mycket mer och en mörk regning dag mycket mindre än dessa värden.
Vill du ha möjlighet att spara goda dagars skörd till sämre dagar behöver du mer batterikapacitet. OBS! Tabellen gäller för solpanel som inte skuggas något alls under dagen!
Den låga solhöjden på dagen vintertid gör det svårt att undvika skuggning delar av dagen då.
Där följer jag upp med en mer grundlig faktabaserad webbsida om bara el från solpaneler.
Jag visar på den webbsidan bl.a. diagram baserade på tekniska beräkningar utifrån vetenskap och solstatistik över Sverige och olika placering / lutning av solpanelen, vilket presenteras i diagram för översikt vad en solpanel kan förväntas ge olika årstider.
Jag kommer även ta fram vad man i snitt kan få ur en solpanel i olika delar av landet under de olika årstiderna, är min tanke idag. Kommer även så småning lägga in en egenskapad solelkalkylator för dimensionering av solpaneler, men det dröjer ett tag till...
FrittLiv´s Kalkylator små Solelsystem finns sedan 2013 och nya versionen Kalkylator små Solelsystem II släpptes Maj 2021.
2012-07-06 Kabelberäkning, spänningsfall / dimensionering:
En bra sida där man kan beräkna vilken kabeldimension man behöver, eller vilket spänningsfall man får med de kablar man har. (Planerar en än bättre egen här på FrittLiv.)
För beräkningssidan gäller att med "Kabellängd" menas längden för en parkabel från batteriet till förbrukaren (och alltså inte längden fram och tillbaka för varje ledare): Kabelarea- och spänningsfallskalkylator (24volt.eu), online-kalkylator. Ohms lag (24volt.eu), för beräkning av spänning, ström, effekt och resistans online.
2010-06-29 FrittLiv (Bosse) Tipsar... Några olika fabrikat av solcellsregulatorer som verkar bra:2018-02-02 / 2022-06-29 Finns en oändlig massa regulatorer, men dessa fabrikat har många goda erfarenheter av:
- Victron Energy, både MPPT & PWM regulatorer. Ett kvalitetsmärke. Hos bl.a. 24volt.eu.
- EPSOLAR EPEVER Tracer A (MPPT) / ViewStar (PWM), hos: Fritidsfynd, Solenergibutiken
- CTEK, typ D250S(A) Dual (MPPT), för kombinerad laddning från solceller & bilgenerator.
- MASTERVOLT (MPPT & PWM) är det flera som tipsar om. MASTERVOLT Sverige.
- Steca (MPPT & PWM). De har bra spec etc., men jag köpte en MPPT som hade fel på laddspänningen vintertid i kyla, men annars var jättebra, se nedan. Hos bl.a. 24volt.eu.
- MidNiteSolar ≤60A, ≤600VDC, 12/24/36/48V, absorb charge every few days or when the state of charge falls below a certain point.
- Renogy charge controllers, ser intressant ut, med ett helt ekosystem omkring.
- Se även större listan över olika fabrikat av utrustning till off-grid solcellssystem! Finns säkert fler fabrikat som är bra också, men de har inte jag koll på.
För att själv avgöra om en solcellsladdregulator har bra specifikation för sina laddparameterar kan man jämför med FrittLiv´s tabell Batteriladdningsparametrar.
Men är nästan omöjligt att avgöra hur bra och effektivt de växlar mellan de olika laddfaserna. De flesta tillverkare redovisar inte hur laddaren arbetar med laddfaserna, fast det har stor betydelse för hur effektiv laddningen blir samt hur skonsamt blybatterierna hanteras.
Den Steca SOLARIX MPPT jag hade arbetade effektivt och bra med laddfaserna vid fricamping, samt hade en väldigt bra MPPT-följare, även i mulet väder där effekten skiftar snabbt!
Läs mer om:Att välja MPPT- eller PWM-solladdregulator. 2018-02-02 OBS! Valet mellan PWM- och MPPT-regulator är inte självklart, och jag går mot strömmen där med mitt val av PWM, efter att provat båda typerna. Gör det för batterilivslängdens skull.
Men kan ju ibland sakna MPPT-funktionen att ta ut max effekt ur solpanelerna. 2022-06-29
Dock har mer kunskap från vetenskapliga rapporter samt egna mätningar visat att PWM-regulatorns strömpulsande ger blybatterierna en bättre batteriverkningsgrad samt bättre laddmottagning, speciellt inom intervallet 75-100% SOC laddnivå där ett solcellssystem ofta arbetar! I praktiskt off-grid solcellsdrift kompenserar det i stort för MPPT-regulatorns förmåga till max effekt från solpanelerna! Man ska ju få in strömmen i blybatterierna också!
När jag provat fram och tillbaka mellan PWM och MPPT upplever jag att med PWM blir blybatterierna lite oftare 100% SOC fulladdade så som driften är i mitt off-grid solcellssystem! Samt batterispänningen håller sig högre under urladdning. Dessutom fanns det ingen märkbar effekt av sulfatering i mina två Tudor TR350 80Ah fritidsbatterier strax innan en cell havererade efter 9års driftstid med PWM, vilket är extremt bra! Strömpulsladdning till blybatterier rockar fett!
16 månaders erfarenhet av Steca SOLARIX MPPT 2010 = byter:
Jag stryker ovan tips efter 16 månaders erfarenhet av min Steca SOLARIX MPPT 2010 som jag köpte och monterad in 2012-07-07! Steca SOLARIX MPPT 2010 har en jättebra MPPT-funktion som ger mellan +10% till +30% extra med ström i perioder, ibland ända upp till +40% extra vid molnkantförstärkning, vanligast runt +15% till +25% extra i min husvagn vid god strömtillgång! Det är verkligen jättebra, men är sämre vid dålig strömtillgång i mulet väder samt sett över dygnet vs PWM! Under aktiv sommarcamping har den även en jätteeffektiv hantering i att växla mellan laddfaserna Bulk-Absorption-Float för att hålla batteriet fulladdat med kortast möjlig tid i Absorption-laddfasen (för skonsam laddning)! Och den har Equalization-laddfasen, men jag har inte sett hur den hanteras riktigt, men det lilla jag uppfattat verkar den aktiv lite för ofta...
Och jag som var så glad för denna regulatorn med sin fina MPPT-laddteknik! MEN dess float laddspänning ligger på 13,9V, vilket är något högt (borde vara 13,7V), men det stora problemt är att dessa 13,9V temperaturkompenseras inte alls (i mitt exemplar i alla fall), fast den i databladet sägs ha temperaturkompensering (dock ej specificerad i siffror)!
Det medför att batteriet överladdas i sommarvärme, men framförallt att batteriet laddas på tok för dåligt i vinterkyla då laddspänningen blir alldeles för låg för att batteriet ska ta emot laddningen bra i kyla! Jag hade också väldigt svårt att få batteriet fulladdat under vintern 2012/2013, men antog då att det mest berodde på att jag behövde mer solpaneleffekt till mitt då nya 12V kylskåp (kollade nog ej om laddningen var temperatur-kompenserad, då Steca SOLARIX MPPT 2010 skulle vara det och -0,024V/°C är standard för 12V blybatterier).
Har nu under sommaren och hösten fram till idag 2013-11-06 hållt noga koll på float-laddspänningen och den ligger fast på 13,9V oavsett temp inom intervallet +30°C - 0°C som varit under denna tid, dvs ingen temperaturkompensering alls!
Så tydligen kan man inte ens lita på en så erkänd tillverkare som Steca (men har en förfrågan ute om detta, så kanske kommer mer fakta kring saken)!
Jag tycker inte heller Steca-regulator skött laddningen riktigt bra nu på hösten när jag bara lite glest helgcampar 2-3 dygn i sträck i skuggig skogsmiljö som ger en lite djupare urladdning ur batterierna, som sedan ska laddas tillbaka på parkeringen i soligt läge hemmavid.
Större delen av återladdningen har då skett vid den låga float-laddspänningen som begränsat strömmen och då har ju inte MPPT-tekniken gjort någon nytta större delen av tiden.
Så jag ersätter den nu med en Solara SR340CX (20A)! Jag hade tidigare en Solara SR170CX (10A) mellan 2007 och 2012 och den skötte laddningen mycket bra! Hade rätt temperaturkompensering, de fyra viktiga laddfaserna Bulk-Absorption-Float samt Equalization och hanterade dessa laddfaser väldigt bra och effektivt! Men är en regulator med PWM-laddteknik och ger därmed inte den extra laddström som en MPPT-laddteknik ger.
Dessutom stängde djupurladdningsskyddet i mitt Steca SOLARIX MPPT 2010 exemplar ibland av strömmen vid redan runt 50% SOC (ska vara 30% SOC enligt databladet)! Hos Solara SR170CX / SR340CX kan man välja olika känslig funktion hos djupurladdningsskyddet, samt en del annat via dess programmeringsmeny.
Mitt nyaste marina Tudor 75Ah fritidsbatteri har ett "magiskt statusöga" som indikerar batteriets status med grönt = OK, svart = behöver laddas samt vitt = testa / service. Det visade svart idag när jag bytte regulator, trots att batterierna enligt min batterimonitor är fulladdade sedan någon vecka. Antar det betyder att batteriet är allvarligt sulfaterat :-(
Ska bli intressant att se om den enklare Solara SR340CX regulatorn med sin PWM-laddteknik som ger en "pulse conditioning" av batteriet kommer få batteriet att indikera grönt igen efter en tid, dvs åtgärda sulfateringen (ihop med batteriaktivatorn jag haft sedan 2007).
2013-11-06
Uppföljning av den nyinstallerade Solara SR340CX PWM-laddregulatorn:
Jag bytte ju solladdregulator 2013-11-06 seneftermiddag till en Solara SR340CX med PWM-laddteknik pga erfarenheten ovan, så sent på eftermiddagen att solpanelerna inte gav mer ström för dagen då. Körde gasolvärme och belysning under bytet och förbrukad runt 1Ah ström.
Bild: Ladd-data dagen efter installationen av Solara SR340CX PWM-laddregulator.
Dagen efter, den 2013-11-07 vid 13:30-tiden, var jag och kollade upp hur det fungerade i det gråmulna vädret.
SR340CX laddade då med float-laddspänningen 14,2V, en medelladdström på 0,3A samt med PWM-laddpulser på 1,4A (= max ström solpanelerna gav i det mulna vädret då) samt under förmiddagen hade 2Ah laddats in i batterierna.
Min batteriaktivator PB500 aktiverade batterierna med urladdningsströmpulser på 101A var 20:e sekund och mitt nyaste Tudor fritidsbatteri markerade redan grönt = OK igen i sitt magiska öga!
Se bilden ovan för refererad data.
Så tycks redan efter bara en förmiddags inkoppling se positiva effekter av den PWM-laddteknikens pulsladdning under float-laddfasen! Att fritidsbatteriets magiska öga redan visade grönt = OK beror sannolikt på att den låg väldigt nära det tillståndet, men ändå en snabb förändring med tanke på att bara 2Ah laddats in i de 2x75Ah blybatterierna.
När jag installerade SR340CX igår så kom batteriaktivatorn PB500 bara upp i urladdninngspulser på 88A, och att de ökat till 101A idag visar på att batteriet under denna korta tid blivit aktivare!
Dessa strömpulser har under sommaren legat på runt 95A som högst.
En float-laddspänning på 14,2V visar också på en korrekt fin temperaturkompensering från dess värde på 13,7V vid 25°C!
Blir 14,2V - 13,7V = 0,5V , 0,5V / -0,024V/°C = -21°C, vilket ju stämmer bra med termometerns +4°C innetemperatur (25°C - 21°C = 4°C)!
Så här långt känns detta väldigt lovande :-)
Är bara den extra strömmen som MPPT-laddtekniken gav under sommarens campingturer jag kommer sakna lite...
---------- Mer uppföljning 2013-11-08 :
Kollade åter 2013-11-08 vid 9:30-tiden i solsken hur laddningen i husvagnen arbetade. Float-underhållsladdade vid 14,2V med 0,2A medelström via 3,7A PWM-laddpulser från solpanelen.
Så på ett sätt kan man säga att den PWM-laddtekniken drar nytta av hur stor ström solpanelerna kan ge trots den låga floatladdströmen, då full solpanelström pulsas in i batteriet som korta strömpulser som håller batterierna aktiva och motverkar sulfatering.
Jag har inte riktigt tänkt på det så förut...
Men jag vill ju även ha den extra strömmen som MPPT-laddtekniken ger, så har börjat fundera på att man skulle kunna ha en MPPT-enhet mellan solpanelerna och den PWM-laddregulatorn, med ett kondensatorpaket som ändå bibehåller de stora PWM-laddpulserna under den spänningsreglerade laddningen då den arbetar med PWM-laddpulser.
Läs mer om Pulsladdning.
---------- Ytterligare uppföljning 2013-12-11 :
Var ut och fricampade över helgen 16-19/11 2013 i den Östgötska bergiga skogsnaturen, lördag - tisdag. Fint soligt väder på lördagen sedan mulet ruggigt kyligt höstväder med vinterkänning.
Campade då i skogsskugga så den mesta strömmen lånades ur batterierna, vilket blev -71Ah ur den sammanlagda 150Ah batterikapacitet jag har.
Hade hunnit få 10 dygns pulsad float-underhållsladdningen via den nya SR340CX PWM-regulatorn innan denna campingturen och det gjorde stor skillnad redan med runt +0,4V högre urladdningsspänning från batterierna. Blev samma urladdningspänning som under lite längre sommarfricampingtur där batterierna blir använt aktivt då kylskåpet laddar ur 10-15Ah varje natt, vilket i stort återladdas varje dag på sommaren!
Så helt klart håller pulsladdning ("pulse conditioning") batteriet aktivare (i alla fall ihop med min batteriaktivator) - konstigt att jag aldrig läst något om den inverkan på blybatterier av "pulse conditioning" trots att jag läst mycket om blybatteriladdning sedan 30 år tillbaka.
Dock vad jag förstått så kräver det nog några månaders pulsladdning för full effekt i att göra blybatterierna fräschare.
När jag köpte min husvagn i februari 2007 satt det ett gammalt slitet husvagnsbatteri i med väldigt dålig kapacitet kvar, vilket dock med min PWM-laddregulator till solpanelerna med sin pulsladdning och en batteriaktivator ständigt blev bättre (ganska snabbt i början) och återfick mer kapacitet ända fram till att jag köpte ett nytt batteri 2009-05-07. Bytte batteriet efter att jag fått det gamla belastningstestat hos batteriverkstad och utdömt som helt slut, men nu vet jag att sådana belastningstester är inte relevanta för de låga strömföbrukningar man har i en husvagn ur batterierna där.
Under 16 månader med MPPT-regulatorladdning (som inte har pulsladdning) tyckte jag (subjektivt) att batterierna hela tiden blev mindre aktiva och gav intryck av åldrande. Men då hade ju inte heller den MPPT-regulatorn korrekt temperaturkompensering av laddspänningen, så är lite osäkert att dra någon helt säker slutsats. Men känslan jag upplevde var väldigt tydligt sådan (och då följer jag ganska aktivt urladdningspänningen vs urladdad kapacitet ur batteriet ganska noga i min husvagn under campande och kunde se att urladdningsspänningen blev runt -0,4V lägre efter några veckor utan längre aktivt campande, vilket indikerar en minskad fräschhet "åldrande" hos batterierna).
Läs mer om Att välja MPPT- eller PWM-solladdregulator.
Som "budgetvariant" är Solaras SR170CX (10A) / SR340CX (20A) PWM-laddteknik regulatorer väldigt bra med rätt laddspänningar för de olika laddfaserna samt korrekt temperaturkompensering. Jag har haft Solara SR170CX i min husvagn 2007 - 2012. Jag tyckte dock Steca verkar än bättre och bytte våren 2012 till en Steca Solarix 2010 MPPT-regulator! Dock har Steca en float-voltage på 13,9V, vilket är lite högt, samt de har inte definierat hur de temperaturkompenserar laddspänningarna! OBS! Se erfarenheten av Steca i stycket ovan!
Solaras SR170CX / SR340CX kan köpas från Kama Fritid, via någon husvagnsåterförsäljare.
OBS! De ovan tipsade Steca och Solara solladdregulatorerna måste väljas utifrån både max ström från solpanelen och max ström ut till förbrukarna i husvagnen! Detta då all förbrukningsström till husvagnen också går genom regulatorn och där blir elektroniskt avsäkrad. Dessa regulatorer övervakar både solladdström och förbrukningsström för att på allra bästa sätt ladda batteriet effektivt och skonsamt på lång sikt, samt för att kunna skydda batteriet.
Innebär att en solladdregulator på 10A tillåter även bara 10A förbrukningsström ut till husvagnen.
Men finns en uppsjö av solladdregulatorer på marknaden och många är säkert bra. De jag tipsar om här är utifrån egna erfarenheter (Solara SR170CX) respektive läst dataspecifikation (Steca), teoretiskt utvärderad mot min kunskap som jag även redovisar på den här webbsidan.
Problemet är att de flesta solladdregulatorer jag sett på marknaden säljs utan någon tydligt angiven dataspecifikation, datablad eller teknisk funktionsbeskrivning, så man kan inte avgöra om dess funktion verkar bra! Där är den ovan tipsade Steca ett tydligt undantag, vilket inger förtroende!
Jag är lite tveksam till elverk ihop med husvagn / husbil, då även de tysta bullrar / stör.
Men bor man så man även kan behöva det som reservkraft hemma vid strömavbrott kan det vara motiverat, eller om man fricampar som barnfamilj så kan det vara svårt att klara sig på bara solceller om barnen ska kunna spela datorspel, använda dator och titta på TV och DVD-filmer etc. Tycker då man ska satsa på ett bränslesnålt och tyst elverk med god strömkvalitet.
Naturligtvis använder man inte elverket på campingplatser utan bara vid fricamping!
De moderna inverterelverken med varvtalsstyrning efter effektbehov verkar då vara den överlägsna tekniken på marknaden idag. Låg bränsleförbrukning och ren högkvalitativ ström för drift av känslig elektronisk utrustning såsom LCD TV och LapTop / PC, DVD-spelare, etc.
Kipor har en serie inverter elverk med "Smart Throttle" som styr elverkets varvtal efter uttagen eleffekt. Vid lågt elbehov, som t.ex. vid 12V batteriladdning, går Kipor på lågt varvtal och sparar därmed upp till 40% i bränsleförbrukning. Blir även tystare samt mer miljövänligt.
Kipor fokuserar sin utveckling på tysta, miljövänliga och bränslesnåla elverk med god strömkvalitet för dagens lite känsliga elektronik i husvagn / husbil. Se FrittLiv´s länksida...
Kipor IG-1000 1kW digitalt sinemaster inverterelverk kostar runt 4.000kr idag (2008).
Honda säljer också en serie små tysta och driftsäkra elverk för fritidsbruk.
Hondas serie "Honda EU 10i" respektive "Honda EU 20i" är också elverk av invertertyp med varvtalsstyrning efter last samt ljuddämpade "super silent".
Finns säkert liknande inverter elverk från fler leverantörer.
Nu är inte jag så kunnig på (eller intresserad av) elverk, så finns säkert andra bra fabrikat på marknaden också av olika reservelverk! Så sök på forum eller på Internet kan rekommenderas.
Tänk på att elverk för laddning av husvagnens / husbilens 12V fritidsbatteri kräver långa driftstider, då laddning av blybatteriet inte kan skyndas på och tar många timmar!
De billiga elverken baserade på tvåtaktsmotor med oljeosande avgaser, hög bullernivå, hög bränsleförbrukning och ofta dålig strömkvalitet borde inte få säljas i vår miljömedvetna tid, annser jag. Jag tycker dessa är ett mycket dåligt köp!
En del av dessa billiga elverk kan nog även vara farliga vid fuktigt väder!
En bränslecell omvandlar direkt den kemiska energin i ett bränsle (vätgas-innehållet) till elektrisk energi. Bränslecellen behöver därmed inte gå omvägen via förbränning i en motor och får på så sätt mycket högre verkningsgrad än t.ex. ett förbränningsmotordrivet elverk.
Bränslecellen utnyttjat bara vätet (H) i bränslet dvs kolinnehållet (C) i t.ex. Metanol (CH3OH) eller i Gasol / LPG (C3H8) omvandlas bara till CO2, utan att ge någon elström (men värme istället).
Då Kol (C) har 2,75ggr mer förbränningsenergi per atom än Väte (H) så förloras en del av bränslets energinnehåll där, beroende på Väte/Kol-kvoten i bränslet. Men blir ändå mycket ström ur bränslet med bränslecell då dels bränslecellen har hög verkningsgrad i sig själv, dels då bränslecellen bara förbrukar bränsle när el förbrukas.
Dagens (2008) små mobila 12V bränsleceller använder metanol som bränsle, vilket är både brandfarligt och giftigt och därför levereras i speciella kasseter till t.ex. EFOY bränsleceller.
Under utveckling finns bränsleceller för drift på gasol, campingvärldens universalbränsle.
En annan stor fördel med små bränsleceller för mobilt bruk är den mycket låga ljudnivån (näst intill ljudlösa) och att de bara släpper ut vattenånga, värme och koldioxid som sina "avgaser"! 2021-09-19
Dock blir driften jättedyr, 50-100kr/kwh 12V, samt livslängden på bränslecellen för metanol är ganska kort som för typ Efoy! Enligt flera olika uppgifter på Internet, så tveksam investering. Men monterad inomhus kanske man kan dra nytta av överskottsvärmen från processen.
EFOY Metanolbränsle behållare 10L innehåller ca 925Ah (12V) för 765kr, så det blir 0,83kr/Ah, för min förbrukning 37Ah/dygn då ca 30kr/dygn. Motsvarar runt 64kr/kWh 12V. Samt EFOY 80 Bränslecell (<80Ah/dygn) kostar runt 27000kr (Sept 2021).
2010-09-01 Ny typ av bränslecell för bränslet Hydronit (NaBH4):
År 2009 kom en ny typ av bränslecell ut på marknaden, vilken använder sig av det ogiftiga och obrännbara bränslet Hydronit (NaBH4), en vatten-salt-lösning. Fördelen är just det ofarliga bränslet, både för användaren och för försäljningsleden. Företaget Morphic i Karlskoga tillverkar bränslecellen Max-E-3600, vilken premiärvisades på ELMIA mässan Husvagn / Husbil 2009.
Så för mobil fritid finns nu på marknaden bränsleceller för Metanol, Gasol och Hydronit.
Jag hade önska en TEG (Thermo Electric Generator) inbyggd i gasolkaminen, som då utnyttjar att förbränningens höga temperatur ändå ska sänkas till rumstemperatur vid uppvärmning, så den dåliga verkningsgraden gör inget alls i det fallet. TEG drar då bara nytta av den temperatursänkningen som ändå ska till. Hade gett ett bra strömtillskott vid camping i off-grid husvagnen under vinterhalvåret då solcellerna ger extremt lite ström.
Lär finnas TEG med runt 10-12% verkningsgrad nu! Men vanligen runt 4-5% verkningsgrad.
Och ska finnas än bättre TEG i laboratoriemiljö, men de verkar aldrig nå kommersiell status.
Är samma princip som driver självgående fläktar för vedkamin från kaminens värme. Rabbit Ears Thermoelectric Generator 100Watt, 12% verkningsgrad PbTe/TAGS 400°C to 600°C 12% to 14% efficiency at 425°C to 550°C on chips PbTe/TAGS 400°C to 600°C 12% to 14% efficiency at 425°C to 550°C on chips datasheet TEG12VDC -24AIR cooled has a peak rating of 30 watt Examensarbete Högskoleingenjör Utvärdering av kommersiell TEG-enhet på en värmeplatta 2022-09-10
En bra summering från Internet om förutsättningarna för TEG via vedkamin off-grid:
"Jag har läst rätt mycket om TEG inklusive forskningsartiklar från NASA och liknande. Tyvärr är det inte praktiskt att använda för offgrid bruk. Verkningsgraden är för låg. De bästa som NASA använder är på 10% och kostar fantasipriser. Man kan kanske få tag på med 5% som går att köpa men vi pratar många tusenlappar. De billiga från Kina har 1-2%. Och det krävs att värme och kalla sidan på elementen är rätt temperaturer i ett ganska smalt intervall. För höga temperaturer förstör elementen. Även om du kan få 5% verkningsgrad så är det inte praktiskt. Om du ska få ut 100W behöver du tillföra 2000W värme. Du kan inte få 100% av värmen från din kamin in i elementen utan du behöver antagligen minst 5-6kW. För att få en kWh behöver du elda i 10 timmar. Du har bastu i stugan långt innan dess."
Snabbfakta om våta öppna blybatterier / fritidsbatterier / husvagnsbatterier
Uppdaterad 2009-01-13
Blybatterier är i dagsläget enda möjligheten för lagring av ström vid mobil 12V elförsörjning!
För mobilt liv (husvagn, husbil, båt) är det som förbrukningsbatteri blybatteri typ fritidsbatter eller de bättre AGM som man ska använda för bodelens strömförsörjning och för fritidshus blybatteri av typ AGM-djupcykelsbatteri.
Fritidsbatterier är konstruerade för lägre strömuttag under lång tid och tål djupare urladdning och mer cykling än startbatterier.
AGM-djupurladdningsbatterier (källa 1 || källa 2 || källa 3 || källa 4) är speciellt lämpade för solcellsanläggningar, med sin robusta slutna konstruktion för lång livslängd. Den långlivade robusta konstruktionen gör dem både tyngre och dyrare, och just tyngden gör att de ofta inte passar för mobila tillämpningar som typ husvagn. Dock tål AGM-batterier djupare urladdning än Fritidsbatterier, så man kan spara in lite på deras vikt genom att välja en lägre kapacitet för ett AGM-batteri.
AGM-batterier är även ofta motståndskraftiga mot frysskador, samt är spillsäkra.
Startbatteri är tillverkade för stort strömuttag under kort tid och tål djupurladdning dåligt och bör inte djupurladdas mer än futtiga 15% - 20%.
Mina tips nedan om Att välja batterityp.
En grundläggande batteriegenskap som är bra att känna till: 2022-08-09
En egenhet hos blybatterier är att de behöver cyklas ett tag för få sin fulla kapacitet. Finns källor som anger att "lead-acid batteries require up to 50 full charging cycles to reach peak capacity", men andra som indikerar lite färre cykler. Har sett detta påtalas på flertalet ställen men ofta anges inte antalet cyklingar som behövs, men hör nog till baskunskapen kring blybatterier. Kan vara bra att känna till så man inte dömmer ut batterier direkt för lite låg kapacitet!
Är flera andra batterityper det är så för också, men verkar som LiFePO4 är lite av ett udda undantag där.
Öppna Marin Dual Blybatterier, "Fritidsbatteri":2019-10-09 Tudor Dual TR350 80Ah 12V är ett klassiskt exempel ofta använt inom fritidsbåtar för enklare mer lågpresterande batteribank. Men kan ge bra livstidskostnad ändå pga sitt låga pris.
Öppna "Flooded" djupurladdnings blybatteri & OPzS:2022-10-27
Är ofta blybatterier som ger lång livslängd typ ≤20år och på så sätt är högpresterande och ligger på en prisnivå därefter. Kräver skötsel med påfyllning av batterivatten / koll av elektrolytnivå samt ventilerar ut korrosiva gaser.
Batteritypen har ofta en hög självurladding typ 5%-10% per månad vid 25°C. Samt vid grund cykling typ 10-20% DOD i off-grid solcellssystem kan ge rätt dålig batteriverkningsgrad. A Study of Lead-Acid Battery Efficiency Near Top-of-Charge and the Impact on PV System Design (80% - 100% SOC) där batteriverkningsgraden för inkrementell cyklisk drift inom det övre 20% kapacitetsområdet blev riktigt dålig för de testade öppna flooded djupurladdnings blybatterierna (Trojan 30XHS battery 100Ah) vid kontinuerlig jämn laddström (typ MPPT-regulator) med bara runt 55% verkningsgrad i snitt för strömmar vanliga i off-grid solcellssystem (C/30). Strömpulsladdning ger då en signifikant högre batteriverkningsgrad, som från PWM-regulator ihop med Battery Reconditioner! Typ att batteriverkningsgraden kan öka till ca 85% från ca 55% vid sådan cykling vad jag sett i mitt off-grid system!
Där PowerSafe® OPzS Batteries är ett exempel på OPzS. Trojan 30XHS Deep-Cycle Flooded 12V 130Ah är ett annat exempel. Rolls premium deep cycle batteries är ett välkänt exempel med hög kvalitet på dessa!
Rolls förespråkar även pulsladdning: "Pulse charging may be chosen as a preventative measure to reduce a long-term buildup of sulfation. When used from the initial installation, pulse charging may be effective in reducing sulfation buildup in cells that are properly charged and maintained." (källa)
Som deras Rolls Battery S12 27 12V 105Ah för renewable energy: Förklaring till diagrammen finns längre ned.
Rolls Battery S12 27 105Ah 12VRolls Battery S12 27 105Ah 12V, cyklad kapacitet vs DOD, 2022-10-27
Om denna livslängdskurvan för urladdning stämmer är de inte så bra för off-grid solcellssystem.
Ser ut att vara optimerade för lite glesare djupurladdande cykling!
Kan med sina 20års livslängd fungera bra för off-grid solcellssystem i lågcyklat fritidsboende.
Annars är AGM-blykol helt överlägsna för medelcyklingsdjup på ca 20-25% DOD som blir där!
AGM Blybatterier:2019-10-09, uppdaterad: 2023-06-05 Comparison of Sun Xtender® AGM and flooded deep cycle batteries:
Characteristics
Sun Xtender® AGM Battery
Flooded Deep Cycle Battery
Self Discharge
1-3% per month - remains stable over time
5-10% per month when new - increases drastically with age due to antimony contamination of the negative plate
Water Addition
Never
Frequent - increases dramatically with age due to antimony contamination of the negative plate
Hydrogen Gas Emissions
Negligible unless severely overcharged
Significant volume is generated and must be ventilated to prevent explosion
Electrolyte Spillage
Non-spillable in all orientations - electrolyte is retained in AGM separator
Spills when tilted, inverted or cracked
Electrolyte Stratification
No stratification occurs
Stratification occurs when operated at low charging voltages or in taller batteries
Tolerance to freezing
No damage when frozen
Battery is destroyed when frozen
Generellt AGM deep cycle av normal kvalitet, traditionellt 12V (2023-06-05)
Generellt AGM deep cycle av lite lägre kvalitet, traditionellt 12VAGM Deep Cycle, cyklad kapacitet vs DOD, 2022-10-29
Data för generellt traditionellt djupurladdnings AGM-blybatteri av lite lägre kvalitet.
Vid större DOD-urladdningar krävs nog direkt återladdning till 100% SOC för giltigt diagram!
Eller PWM-strömpulsladdade blybatterier ihop med Battery Reconditioner, vilket fungerar OK hos mig!
Här ser inte lite djupare DOD katastrofalt ut för livslängdsprestandan, så som det brukar framhållas!
Vilket även är mina 14 års erfarenhet av fritidsblybatteri PWM-strömpulsade plus Battery Reconditioner.
Ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem har ett genomsnittligt cyklingsdjup på ca 20-25% DOD.
Ovan diagram med uträknad total cyklad livslängdskapacitet i kAh per 100Ah C20-batterikapacitet.
AGM-blybatterier som kan ses som lite mer generell kvalitet och mer allmängiltig data:
AGM-blybatterier med mer generell kvalitet och mer allmängiltigt, traditionellt 12VAGM Deep Cycle, cyklad kapacitet vs DOD, 2022-10-29
Data för traditionellt djupurladdnings AGM-blybatteri av mer generell allmängiltig kvalitet.
Vid större DOD-urladdningar krävs nog direkt återladdning till 100% SOC för giltigt diagram!
Eller PWM-strömpulsladdade blybatterier ihop med Battery Reconditioner, vilket fungerar OK hos mig!
Här ser inte lite djupare DOD katastrofalt ut för livslängdsprestandan, så som det brukar framhållas!
Vilket även är mina 14 års erfarenhet av fritidsblybatteri PWM-strömpulsade plus Battery Reconditioner.
Ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem har ett genomsnittligt cyklingsdjup på ca 20-25% DOD.
Ovan diagram med uträknad total cyklad livslängdskapacitet i kAh per 100Ah C20-batterikapacitet.
GEL Blybatterier:2019-10-09 Concorde Sun Xtender skriver om sina erfarenheter som tillverkare av både AGM och GEL blybatterier och lyfter fram lite olika svagheter hos GEL-batterier.
"GEL batteries have been commercially available since the early 1970´s and are still offered by some manufacturers although they have been superseded in many industries. Concorde manufactured GEL batteries for many years before developing the AGM lead acid technology and, therefore, is aware of inherent deficiencies associated with gel batteries."
AGM Xtender vs GEL blybatteri
Min bedömning är att GEL-blybatteri i många fall är en föråldrad teknik, som dessutom motverkar en del av de prestandafördelar som blykol-batterikemin ger som nu är på stor frammarsch.
AGM BlyKol, "Lead Carbon" / "Lead-Zinc Carbon" Blybatteri typ:2019-07-28 2022-05-28
Blykol-batterikemin är ett paradigmskifte och nytt kapitel inom blybatterikemin!
AGM blykol-batterierna (lead carbon) är moderna kraftfulla robusta blybatterier, som är en vidareutveckling av de traditionella AGM-blybatterierna där kolet dels minimerar de klassiska svagheterna hos vanliga blybatterier, dels bildar en superkondensator i batteriet som avlastar batterikemin från korta kraftiga strömpulser som vid motorstart typ kylkompressor. Ger ett hybridbatteri på så sätt. Blykol-batterier har betydligt kraftfullare egenskaper i det mesta som ger signifikant bättre prestanda och livslängd, utan att tillföra några nya svagheter!
Utmärkande är deras förmåga till PSOC-drift (behöver inte bli 100% SOC fulladdade så ofta), tålighet mot djupurladdning, höga batteriverkningsgrad samt stora cyklingslivslängd! I regel även bättre funktion i vinterkyla. Dvs blybatteriers klassiska svagheter minimeras med blykol!
Kvalitetstillverkaren Rolls Battery skriver att blykol-batterikemin är extra bra för off-grid solcellssystem då den samverkar fint med driften där för längre batterilivslängd!
"The addition of Advanced NAM carbon additive in Rolls premium heavy-duty negative plate structure increases overall charge acceptance, offering improvements of 10-15% in charge efficiency, requiring shorter charge times and improved performance in conditions of partial state of charge (PSOC) common experienced in off-grid solar applications."
Är ett alternativ mellan AGM-blybatteri och LiFePO4, vad det gäller cyklingstålighet, djupurladdning, pris samt snabb laddning, med kanske bäst livstidskostnad. Enligt min bedömning når de 2/3-dels väg mellan vanliga AGM blybatterier och LiFePO4 sammanvägt. Får för många snarlik prestanda förutom i vikt / volym. Blybatterier är robusta med sina självbalanserande celler!
Blykol-batterier baserade på grafen-kol får superegenskaper som t.o.m. kan överstiga nuvarande LiFePO4-batterier. Grafen-blykol-batterier börjar komma ut på marknaden så smått men är ännu en lite ovanlig nischprodukt, men ser ut att öka snabbt.
När jag driftar mina AGM-blykolbatterier med strömpulsad laddning via PWM-regulator och kontinuerligt strömpulsade av Battery Reconditioner får jag en LiFePO4-liknande prestanda, fast med cyklingsegenskaper bättre anpassade till off-grid solcellssystem i fritidsboende!
2023-06-08
Är man på väg att byta från lågpresterande fritidsblybatterier (typ Tudor TR350, etc) så blir det extremt att byta till den andra ytterligheten högpresterande LiFePO4 och då kan AGM-blykol vara ett bra val med en mer lagom prestandaökning att hamna på för de allra flesta, om inte vikt/volym är väldigt avgörande! Men även vid byte från konventionella AGM-blybatterier blir det en signifikant bättre prestanda men i övrigt samma handhavande och drift för dem, direkt utbytbara i stort. Bara att välja GEL-laddprogrammet så funkar de perfekt.
Samt AGM-blykol är hyfsat okänsliga för att bli 100% SOC fulladdade lite glesare och tål djupare urladdning, så mindre risk att i okunskap förstöra dem än fritidsblybatterier eller konventionella AGM-blybatterier.
2023-05-31
Stabil driftsspänning: I databladet för Narada´s 12REXC120 12V 120Ah lead-carbon blybatteri finns ett intressant diagram som visar att de blykol-batterierna är väldigt spänningsstyva även vid inkoppling av en större last. Egenskaper som man normalt bara brukar tillskriva LiFePO4 och som traditionella AGM-blybatterier är sämre på.
Sedan kommer inverkan av Peukert´s law / polarisering in så man kan vid höga strömmar inte i ett svep få ut hela kapaciteten.
Men det intressanta är att man kan köra en stor last en stund med bibehållen normal batterispänning utan att det tydliga spänningsdroppet man normalt förknippar med blybatterier uppstår.
Och fördelen med AGM-blykol är även än större mot traditionella AGM-blybatterier vid lite djupare urladdning som även syns i diagrammet, då kolet bibehåller den höga elektrisk ledningsförmågan i den negativa elektroden!
Spänningsstyvhet är en väldigt viktig egenskap hos en batteribank när man kör med en växelriktare på hög effekt under en kortare tid och kanske belastar batteriet med 1500 - 3000W.
Dessa Narada 12REXC120 uppfattar jag som riktiga kvalitetsblybatterier.
Om även Victron lead-carbon AGM-blykol är lika spänningsstyva vet jag inte då det inte framgår av dess datablad, men från egna erfarenheter är de i vart fall märkbart mer spänningsstyva för högre last än mina tidigare Tudor TR350 fritidsblybatterier var.
Är en av flera trevliga egenskaper utmärkande för AGM-blykol!
Narada 12REXC120 Lead Carbon 12V 120Ah - Discharge curves vs Current loads
Hittade även ett intressant informationsblad där Narada beskriver sin Lead-carbon technology, The principle of lead-carbon.
Med beskrivningar hur kolet påverkar blybatterikemin på flera olika sätt, med en del nytt jag inte sett beskrivet någon annan stans. Ger ökad förståelse för varför blykol-batterier får så mycket bättre prestanda! 2023-06-08
Man ser i figuren ovan att hos konventionella blybatterier sker laddning / urladdning huvudsakligen på elektrodernas yta vid högre strömmar som sedan successivt diffunderar in på djupet, medan hos blykol sker den mer på djupet direkt tvärsigenom elektrodmaterialet. Då batterispänningen mycket beror på laddstatusen på blybatteriets elektrodytor så varierar därmed spänningen mer hos konventionella blybatterier än hos blykol, samt därför tar även blykol emot laddström bra högre upp i SOC mot fulladdat.
Då blysulfat (PbSO4) som bildas under urladdning leder ström dålig ökar det blybatteriets interna motstånd märkbart när den huvudsakligen bildas på elektrodytan som en tät beläggning hos konventionella blybatterier under kraftig urladdning, så blykol-batterier klarar bättre att leverera hög ström även lite djupare urladdade då blysulfatet bildas mer jämt spritt genom elektrodmaterialet så det låga interna motståndet behålls bättre under urladdning.
Gissningsvis bidrar det även till den signifikant bättre cykellivslängden hos blykol då dess elektrodmaterial blir mer jämnt cyklat tvärsigenom och får bättre struktur, samt gör att blykol hanterar höga strömmar bättre ihop med att kolet också leder ström.
"The lead-carbon battery is a perfect combination, which contains advantages of high energy capacity and density
from lead-acid battery, as well as high power rate, fast charging and long cyclic lifespan from ultra capacitor."
Förutom det motverkar kolet tillväxten av blysulfat-kristaller samt underlättar blysulfatens återgång till bly i negativa elektroden under laddning. "The sulfation can be successfully restrained, as a result,
the charging acceptance and lifespan can be improved."
Conductivity Improvement: Carbon fibers enhances the charge acceptance of Pb negative electrodes and increasse the conductivity.
Steric Hindrance: Enhance the specific surface area (SSA) of NAM (Negative Active Material), which contributes to higher HRPSoC (High current PSoC) cycling stability. Utan kol har den positiva elektroden ca 8ggr större aktiv yta i kontakt med batterisyran, där kolet då skapar bättre balans mellan elektroderna med riktigt stor aktiv yta hos den negativa elektroden!
2024-03-15
Googlade lite igen på Lead-carbon battery LCB (blykol-batteri) och det finns en enorm mängd forskarrapporter och tekniska rapporter kring dem och annan info nu på Internet!
Tyder på att de är intressanta samt drar till sig stort utvecklingsintresse och att det verkligen är en aktuell modern batterikemi som aktivt vidareutvecklas!
Så är inte slutstationen med dagens blykol-batterier utan deras prestanda fortsätter att utvecklas i flera olika intressanta aspekter.
Här ett ytterligare dokument som beskriver dem bra, lite mer lagom grundligt som lyfter fram intressanta egenskaper i jämförelse med andra batterikemier (från August 10, 2023). Kompletterar det dokumentet ovan bra.
3.2 Role of Carbon
Carbon´s addition modifies the electrochemical dynamics of the battery:
Double-layer Capacitance: The carbon, acting similar to a supercapacitor, stores charges at the boundary between the electrolyte and the carbon surface. This double-layer capacitance contributes to the battery´s rapid charge capability.
Improved Conductivity: Carbon enhances the conductivity of the battery plates, allowing for faster electron movement. This translates to better overall battery performance.
Reduced Sulfation: Carbon´s inclusion mitigates the risk of sulfation. As the battery operates, lead sulfate can accumulate on the plates. Carbon aids in preventing this accumulation, thereby extending battery life.
3.3 Synergy between Lead and Carbon
While both lead and carbon have their individual strengths, their combination in a Lead Carbon Battery offers a synergy that neither could achieve on its own. Lead provides the robust, time-tested energy storage capability, while carbon lends its rapid charging and discharging attributes. Together, they create a battery that is both durable and efficient.
Benefits of Using Lead Carbon Batteries:
As energy storage becomes an integral part of modern infrastructure, especially with the surge in renewable energy adoption, the need for reliable and efficient batteries has never been greater. Lead Carbon Batteries (LCBs), emerging as a frontrunner in this race, present a myriad of advantages over traditional battery types.
4.1 Extended Life Cycle
LCBs consistently showcase a longer life cycle compared to traditional lead-acid batteries. This is primarily due to the carbon´s inclusion, which reduces the negative impacts of frequent charge-discharge cycles on the battery´s health.
4.2 Superior Partial State of Charge (PSoC) Tolerance
A common downfall of many battery types is their susceptibility to degradation when frequently operated in a partial state of charge. LCBs, however, excel in this domain, displaying minimal wear even with regular PSoC use. This makes them ideal for solar applications, where batteries might not always achieve full charge during cloudy or rainy days.
4.3 Enhanced Charge Acceptance
The carbon component of LCBs promotes faster electron movement, translating to rapid charge capabilities. This means that these batteries can be replenished more quickly than their non-carbon counterparts, a trait particularly valuable in scenarios demanding quick turnaround times, such as backup power systems.
4.4 Reduced Sulfation Risk
Sulfation, the formation of lead sulfate crystals, is a primary cause of failure in lead-acid batteries. The carbon in LCBs significantly reduces sulfation, ensuring longevity and consistent performance.
In conclusion:
Lead Carbon Batteries (LCB) offer an amalgamation of traditional robustness with modern efficiencies. Their advantages, spanning from extended lifecycles to environmental resilience, position them as a compelling choice for a range of applications, from renewable energy storage to uninterruptible power supplies.
Fått berättat från kunnigt initierat håll:
Bly-Kol togs fram av Tudor i Nol under 80-talet för användning i Ubåtsbatterier. Tillsammans med Chalmers försökte man ta fram elektroder med bättre egenskaper än dåtidens blybatterier. Så Bly-Kol tekniken har använts i Sverige i över 30 år så det finns lång erfarenhet av dem.
2023-05-17
I examensarbetet Superkondensatorer kombinerat med blybatterier som energilager för hybriddrift i gaffeltruckar beskrivs en del intressant, bl.a:
"VTT har gjort en utredning på hybridisering av gaffeltruckar med en kombination av blysyrabatterier och superkondensatorer, där de kommit fram till att vid höga cyklingsbelastningar kan man spara ca 40% energi jämfört med att bara använda blysyrabatterier, och vid lite mildare belastning ca 10-30%."
Samt: "En enhet med en superkondensatorgrupp med en viktandel på 22,7% kan öka effekttätheten både volym- och viktmässigt med 3 gånger jämfört med att ha 100% batterivikt, vid 30s-urladdningar. Vid korta urladdningar (1s) ökar effekt/vikt med 5 gånger och effekt/volym med faktor 7."
Visar tydligt att en hybriddrift med superkondensator och blybatteri klarar betydligt hårdare tuffare drift, vilket annars brukar vara ett av argumenten att byta till LiFePO4-batterier!
Sannolikt klara bra AGM-blykol höga motorstartströmmar lika bra som LiFePO4 vid samma Ah-kapacitet, troligen även lite bättre! Blykol-batterikemins superkondensator slits inte heller av sådana höga startströmmar så som traditionella AGM-blybatterier slits i sin kemi av det samt troligen även LiFePO4.
Riktig vad det hamnar på med med blykol-batteriernas i batterikemin integrerade superkondensator har jag inte sett data på, men jag märker i min AGM-blykol drift att superkondensatorn är bra på att leverera typ startström till 12V kylskåpskompressorn. Samt är då troligen opåverkad av kyla för den funktionen hos superkondensatorn.
2022-05-28 BatterX The carbon battery Hemsida för BatterX blybatteri med info:
"The technology: In a further development of a Japanese technology, carbon additives are used for the negative electrode in the LC+ battery, which guarantees considerably lower sulphation and thus by far the best number of cycles for lead-based batteries: At 70% depth of discharge 3000 cycles are achieved, at 50% depth of discharge over 4500. Batteries of this type have been in use in Japan for about 15 years, so that there is extensive experience over entire life cycles. For this reason, carbon batteries are currently used in military installations and in transportation." Lead Carbon Batter-X (pdf) datablad:
"Despite its heavier weight and bigger volume per kilowatt hour the lead carbon battery is more cost effective than the lithium battery." Partial Charge Carbon Solar Battery PCC-230 med lite mer data kring blykol-batteriets funktion. Anger "Round Trip Efficiency" (Wh) 98%, samma som för LiFePO4. Samt "The batteries recover their efficiency after being heavily used and undercharged for the first 1700 cycles." där det visas i diagram "Energy Input / Energy Output vs. Cycles" dvs sulfatering är inte något direkt problem hos blykol. Applications of carbon in lead-acid batteries: a review, på djupet om blykol-batterier och hur den förbättrade funktionen uppnås: "This [carbon] additive works mainly in the following three ways: (1) increasing the portion of the active mass where electrochemical reactions of lead can proceed, (2) storing the energy in the electrical double layer as a [super]capacitor, and (3) physically restricting the growth of the large and hard to reduce lead sulfate crystals." (13 A4 sidor)
"Partial state of charge (PSoC) performance is also much improved [for lead carbon battery in active operation], with almost no sulphation between 30% and 70% SoC. Sulphation is one of the primary causes of failure of traditional lead acid batteries and is generally caused by partial charging and ageing." källa Leoch 12v 100AH Pure AGM Lead Carbon PLH+ C100 Deep Cycle Leisure Battery NCC Class A är nog bra blykol-batterier, som jag sett någon beställt med frakt runt 3000kr/st från England (före Brexit). Leoch Lead Reinforced Carbon LRC, 2V & 12V, räknar upp en mängd positiva egenskaper med sina uppgraderade blykol-batterier. Bl.a.:
- Long Life design (=12 years) classified according to Eurobat for 12V models.
- Super carbon technology for increased cyclic performance (=3200 cycles at 60%DOD) for 12V blocks.
- Compound lead carbon negative plate increases charging acceptance ability, reduces sulphation and improves PSOC cycle life.
- Superior cycle performance in PSOC applications.
- Wide operating temperature range (-40 - +65°C). RITAR 12V 100AH AGM LEAD CARBON ULTRA DEEP CYCLE BATTERY (DC12-100C) är väldigt intressant, då det har båda Kol och Grafen i den negativa elektroden. Bildar där då även en superkondensator som kan avge hög ström en kort stund (10C, 1000A/100Ah 5s)! NorthStar NSB BLUE+ Battery AGM (lead carbon) ser ut att vara mycket bra blykol-batterier! NorthStar NSB BLUE+ Battery Brochure - The NSB BLUE+ Lead Carbon Battery® delivers ultra fast recharge and exceptional PSoC cycling performance. NorthStar NSB Blue+ Battery® Application Manual - utförligt beskrivning av egenskaper. NorthStar NSB 100FT BLUE+ (100Ah): Exceptional PSoC cyclic performance, Design life 12+ years, Ultra fast recharge (no charge max current limit), Operating temperature range -40°C to +65°C, Impedance (1Khz) 2.6 mΩ, 34kg, har en coulomb-verkningsgrad på 94% - 99,5% angivet, varierande med temperatur och hur djup urladdningen varit - "The higher the DOD and the higher the temperature is the higher this overcharge need to be to fully charge the battery.", etc. NorthStar BLUE+ AGM thin plate lead carbon batteries are now providing Springfield with reliable and sustainable energy storage, använt i batterilager för stötta elnät med 1,140 batterier, 2,5MWh som regelbundet cyclas 1MWh med en beräknad livslängd på 7-10 år. Victron 106Ah Lead-Carbon, Solenergibutiken Victron Blykol, Voltpower.se Victron Blykol, Offgridlagret (bra pris i Sverige) Datasheet Lead Carbon battery (Victron, pdf)
Victron Energy skriver om Lead Carbon batterierna: "Tester har visat att våra blykolbatterier klarar av minst femhundra cykler med 100% urladdningsdjup.
Testerna består av en daglig urladdning till 10,8 V med I = 0,2C20, följt av ca två timmars vila i urladdat tillstånd och därefter en uppladdning med I = 0,2C20 (= mycket tuffare än off-grid).
(Flera tillverkare av blykolsbatterier hävdar en cykellivslängd på upp till tvåtusen cykler med 90% urladdningsdjup. Vi har ännu inte kunnat bekräfta dessa påståenden)." Laddning av Victron lead-carbon AGM blybatterier:
För Victron lead-carbon AGM-batterier 106Ah / 160Ah skulle jag använda 14,2V absorption-laddspänning och 13,6V float-laddspänning.
Om de cyklas varje dag kan dock 13,8V float-laddspänning nog vara bra är min bedömning, då den lite aktivare balanserar battericellerna samt motverka sulfatering.
Är en delikat balansgång mellan desulfatering och cellbalansering respektive elektrokemisk korrosion av blyet och gasning / uttorkning.
Om man kan ställa in två olika float-laddspänningar hade jag valt 13,8V respektive 13,4V för typ längre passiv standby-drift (med regelbunden absorption-laddning var 7:e till var 14:e dygn).
Alla spänningar angivna för +25°C och sedan temperaturkompenserade med -24mV/°C / 12V eller om man kan ställa in två olika -24mV/°C för aktiv cykling och -18mV/°C för float- / standby-drift vid 12V blykol-batteri. Optimum float-charging voltage - 13,5V / 12V lead-acid battery.
The diagram illustrates so clearly the problem of the delicate balance of float charging voltage for healthy lead-acid batteries that get good service life. The knowledge of this phenomenon is well known for a long time, described in words in several different places. Is a bit of the basic knowledge for those interested in lead battery charging.
Referens Victron lead-carbon 106Ah in use in a narrowboat: "We have a 3kW Victron inverter / charger fitted and we have had no problems what so ever with the output voltage. I can run 240v power tools, microwave, washing machine etc. with no problems.
Our boat is 12volt with 240volt inverter when required.
The lowest I can recall running the batteries was down to 27% and we were still getting 11.6volts of power."
"The reason we chose them [lead carbon] was because they were recommended to us by a Chandlers here in the UK who told us that if he was setting up a liveaboard boat he wouldn´t consider any other batteries. We then did some research and found the only people using them were wind farms and solar farms for power storage. Everyone we contacted swore by them and told us that the only real downside against Lithium was the weight of the batteries 45kg v 10kg."
BatterX Lead-Zinc Carbon battery, cyklingstålighet vs DOD
Lead Carbon Battery, cyklingstålighet vs DOD (källa)
Nog ett bra generellt diagrammet över detta att jämföra med för bra 12V AGM BlyKol-batteri!
Tror detta ger en realistiskt bild för vad man kan förvänta sig i ett sunt off-grid solcellssystem!12V AGM Lead Carbon Battery, cyklad kapacitet vs DOD, 2022-10-26
BlyKol har en flack cyklad-kapacitets kurva, tvärt emot vad som brukar sägas om blybatterier!
Man ser att BlyKol-batterier gillar cykling upp mot 100% SOC (0% DOD), bra i off-grid solcellssystem.
Ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem har ett genomsnittligt cyklingsdjup på ca 25% DOD.
Ovan diagram med uträknad total cyklad livslängdskapacitet i kAh per 100Ah C20-batterikapacitet.Lead Carbon Battery, cyklingstålighet vs DOD (källa)
Nog ett bra generellt diagrammet över detta att jämföra med för kvalitets 2V AGM BlyKol-batteri!
Tror detta ger en realistiskt bild för vad man kan förvänta sig i ett sunt off-grid solcellssystem!2V AGM Lead Carbon Battery, cyklad kapacitet vs DOD, 2022-10-26
BlyKol har en flack cyklad-kapacitets kurva, tvärt emot vad som brukar sägas om blybatterier!
Man ser att BlyKol-batterier gillar cykling upp mot 100% SOC (0% DOD), bra i off-grid solcellssystem.
Ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem har ett genomsnittligt cyklingsdjup på ca 25% DOD.
Ovan diagram med uträknad total cyklad livslängdskapacitet i kAh per 100Ah C20-batterikapacitet.
2022-10-26
För att kunna jämföra lägger jag även in diagram här för LiFePO4, för Winston LiFeYPO4 från GWL.eu. Jag blev rejält förvånad över det dessa kurvor för cyklad livslängdskapacitet visar!
AGM BlyKol-batterierna har en förhållandevis flack livslängdskapacitetskurva när man varierar cyklingen inom 10-100% DOD, medan LiFePO4´s kurva varierar mycket mer! För BlyKol varierar kurvan 1,5ggr och för LiFePO4 3,2ggr för max/min-värdena. Samt vid 100% DOD cykling så får AGM-BlyKol och LiFePO4 ungefär samma totala cyklade livslängdskapacitet!
Max cyklad livslängdskapacitet (cyklad kapacitet) = mest ekonomisk batteridrift.
Det här går ju totalt emot den bild som allmänt ges för LiFePO4 vs vanliga AGM-blybatterier!
Men gäller då för AGM-BlyKol av hög kvalitet, vilket dock även Winston LiFePO4 räknas som.
Samt visar att lite glesare djup DOD cykling absolut inte är något problem för AGM-BlyKols livslängdskapacitet och därmed ekonomi. Dessa resultat kom som en total överraskning för mig, för var inte alls det jag tänkte visa med framtagning av dessa diagram.
Man ser även att LiFePO4 trivs bäst vid cykling kring 50% SOC medan AGM-BlyKol trivs bäst med cykling upp mot 100% SOC, och är ju upp mot 100% SOC man vill hålla batteribanken laddad så mycket som möjligt för bra dåligt-väder-reserv vid off-grid solcellsdrift!
Att kurvan för cyklad livslängdskapacitet för AGM-BlyKol viker av något nedåt över 70% SOC (<30% DOD) har ingen praktisk betydelse, då en kalendertidslivslängd på 15år motsvara ca 5500 dagliga cykler så där blir det nog kalendertidsåldrandet som sätter gränsen!
Vid sunt dimensionerat off-grid solcellssystem med 5dygns dåligt-väder-reserv som får ladda ur AGM-BlyKol batterierna till 90% DOD blir den regelbundna dygnscyklingen inom ca 12-38% DOD, där AGM-BlyKol batterier har sin optimala ekonomiska drift!
En dygnscykling på 12-38% DOD blir i snitt 25% DOD som ligger nära mest ekonomisk drift för AGM-BlyKol men blir långt ifrån mest ekonomisk drift för LiFePO4, enligt dessa diagram.
Börjar komma blykol-batterier med grafen-kol som får superegenskaper som troligen kan överstiga nuvarande LiFePO4-batteriers prestanda. Grafen-blykol-batterier börjar komma ut på marknaden så smått men är ännu en lite ovanlig nischprodukt, men ser ut att öka snabbt. Baserat på diagrammen här över cyklad kapacitet verkar Grafen-blykol-batterier ge en intressant framtid för batterisystem i off-grid solcellsdrift!
Lägger även in kurvor i diagrammen för det antal cykler som 15år/12år med 1 cykel/dygn (5475/4380) resp. 124 dygn/år (4 veckor + (52-4)*2 dagar) (1860/1488) motsvarar i livslängdscykler för kalendertidsåldrande som referens. För off-grid heltidsboende / fritidsboende.
En del LiFePO4 BMS verkar summera total cyklad urladdad strömmängd (∑ Ah) och delar med C20-batterikapaciteten och presenterar som antal battericykler (∑ 100% DOD battericykler), men dess kraftigt krökta kurva för cyklad livslängdskapacitet visar att den siffran får sämre giltighet men kan ändå vara ett sätt att tydliggöra ungefärlig förbrukad battericykling!
Stämmer så ifall bättre för AGM-BlyKol med dess flackare kurva.
Naturligtvis blir detta lite teoretisk då så många olika faktorer kan påverka batterilivslängden, men bör ändå ge en bra bild för att kunna jämföra olika batterityper med varande för ett off-grid solcellssystem anser jag.
Diagrammen får väl anses gälla för renodlad off-grid solcellsdrift och inte för typ drift i fritidsbåt med huvudsaklig laddning från båtmotorns generator med ofta brutala strömmar samt utan dåligt-väder-reserv för solcellsdrift, där är nog LiFePO4 överlägsna för den driften.
Samt bygger inte på omfattande forskningsdata så få tas med en nypa salt och ses som en indikation. Men är konstigt att inte även den cyklade livslängdskapaciteten används allmänt!
Båda kurvorna är dock intressanta då antal cykler vid 1 cykel/dygn visar på antal års livslängd (om kortare än kalenderlivslängden) samt cyklad livslängdskapacitet vs DOD visar för vilket cyklat urladdningsdjup man får mest ekonomisk drift och hur det varierar med DOD.
Cyklad livslängdskapacitet kAh/100Ah C20-batterikapacitet: 100Ah * DOD * Cycles / 1000.
Winston LiFeYPO4, 0.5C, cyklingstålighet vs DOD (källa), 2022-10-26
Nog ett bra generellt diagrammet över detta att jämföra med för kvalitets LiFePO4-batteri!
Man ser att LiFePO4 inte gillar cykling upp nära 100% SOC (0% DOD), då kurvan böjer av där!
Tror detta ger en realistiskt bild för vad man kan förvänta sig i ett sunt off-grid solcellssystem!Winston LiFeYPO4 Battery, cyklad kapacitet vs DOD, 2022-10-26
Man ser att LiFePO4 inte gillar cykling upp nära 100% SOC (0% DOD), utan trivs bäst kring 50% SOC!
Samt att cyklad-kapacitets kurvan för LiFePO4 påverkas mycket av cyklad DOD!
Ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem har ett genomsnittligt cyklingsdjup på ca 25% DOD.
Ovan diagram med uträknad total cyklad livslängdskapacitet i kAh per 100Ah C20-batterikapacitet.
Victron Energy skriver om sina bly-kol-batterier: "Blykol: bättre prestanda vid partiell laddning, fler cykler och högre effektivitet. Genom att byta ut det aktiva materialet på den negativa plattan till ett blykolkomposit kan man potentiellt minska sulfateringen och förbättra laddningsacceptansen på den negativa plattan. Fördelarna med blykol är därmed: 1.Mindre sulfatering vid drift med partiell laddning. 2.Lägre laddningsspänning och därmed högre effektivitet och mindre korrosion på den positiva plattan. 3.Helhetsresultatet blir en förbättrad cykellivslängd."
Vilket även gör att de klarar högre laddström än AGM-blybatterier.
Furukawa Battery Technology har 2V lead-carbon battericeller på 500Ah och 1000Ah som har väldigt bra livscykelprestanda: Approximately 4500 cycles (25°C, DOD70%, 0.23C10A).
Där kommer den (felaktiga) ofta framförda 50% DOD urladdningsgränsen för AGM helt på skam. Jag har dimensionerat mina lead-carbon för 90% DOD urladdning när hela dåligt-väder-reserven utnyttjas! Vilket ger helt OK batterilivslängd i ett renodlat off-grid solcellssystem.
Furukawa´s 2V lead-carbon celler har i stort samma prestanda som LiFePO4, bortsett från vikt/volym! Även LiFePO4 rekommenderas ofta att bara cyklas 90% av dess kapacitet för bra livslängd, så blir samma som för lead-carbon i renodlat off-grid solcellssystem! BatteryGuro beskriver Furukawa Batteries:
"Lead Carbon Batteries with Furukawa Technology for Flawless Performance!", "Lead carbon batteries with Furukawa technology offer nearly 15 years of design life with different load storage capacities.", etc.
Provide reaction centers: new reactive centers are formed on the surface of these carbon particles. Handles larger current, improves battery efficiency and cycle life, and reduces internal resistance and the electrochemical corrosion of the positive electrode.
Form a conductive network to reduce polarization, which reduces the voltage difference between charge and discharge that increases the battery efficiency.
Form a smaller and uniform mass transfer network to promote the uniform progress of the electrochemical reaction on the surface and inside of the electrode, thereby reducing the concentrated precipitation effect of PbSO4 on the surface. Results in higher current-rate, stable voltage and ultra low gassing.
As a heterogeneous material, it hinders the growth of PbSO4 (lead sulfate) particles and makes them evenly distributed. Less hard sulfation and easier to convert the PbSO4 particles back into active electrode material at charging.
Improve the capacity and power characteristics of the battery through the capacitive effect of carbon, as a supercapacitor. Handels short high current pulses, as motor start current from refrigerator compressor, wood splitter, etc., which relieves and spares the battery chemistry.
Based on the above network structure, the lead-carbon battery advantages are to effectively suppress the sulfation trend of the negative electrode and reduce the electrochemical corrosion of the positive electrode, which significantly improves the battery service life.
Moreover, carbon itself has good electrical and thermal conductivity and capacitance characteristics, so that lead-carbon battery has better low-temperature start-up capabilities, charge acceptance capabilities, and high-current charge-discharge performance than traditional lead-acid batteries.
When working with high current: The capacitive carbon material plays a "buffer" role as supercapacitor. When the lead-carbon battery is charged and discharged with frequent instantaneous high-current, the current is mainly released or received by the carbon material with capacitive characteristics. At this time, the impact of the large current received by the lead metal negative electrode is small, so it is not like the traditional lead acid batteries, "negative sulfation" occurs rapidly under high current, which effectively prolongs the service life of the battery.
When working at low current: It is mainly worked by the negative electrode of the sponge lead to continuously provide energy. The energy stored in the carbon supercapacitor by the capacitance energy due to the impact of the large current will also react with the nearby lead, and the reaction is gradually homogenized.
Lead-carbon battery is a mixture of asymmetric supercapacitors and lead-acid batteries using internal parallel connection. As a new type of super battery, a lead-carbon battery is a combination of lead-acid batteries and supercapacitors, which is also a kind of hybrid dual-function energy storage battery with both capacitive and battery characteristics (HESS, hybrid energy storage system).
2022-03-26
Har dykt upp fler och fler artiklar och rapporter under 2021 kring HESS (Hybrid Energy Storage System) hybrider mellan superkondensator och batteri. Både för litium-batterier inkl. LiFePO4 samt för blybatterier, där blykol (lead carbon) är en integrerad spännande lösning där kolet blandas in i övriga batterikemin och då även minimerar blybatteriers övriga svagheter.
När kol blandas in i batterikemin benämns det: Battery-Supercapacitor Hybrid device (BSH).
För litium-batterier verkar det vanligaste idag vara att man kombinerar separata superkondensator- och litium-batterier till ett hybridsystem, men det förutspås komma mer blandade litium-superkondensator-batterikemier även där i framtiden. One of the key issues is non-monotonic consumption of energy accompanied by frequent changes during the battery discharging process. This is very harmful to the electrochemical process of the battery. A practical solution is to couple the battery with a supercapacitor, which is basically an electrochemical cell with a similar architecture, but with a higher current rate capability and better cyclability. In this design, the supercapacitor can provide the excess energy required while the battery fails to do so.källa Utvecklingen med grafen-kol för superkondensator-funktionen ökar snabbt, där grafen ger lite av en turbo-effekt för superkondensatorn och blykol-batterier baserade på grafen skulle få rätt extrema prestanda och egenskaper. Grafen är 200 gånger starkare än stål, är det lättaste material vi känner till, leder elektricitet bättre än koppar och är en väldigt bra värmeledare. Samt kan ge en väldigt stor yta i liten volym, vilket ger volymeffektiva superkondensatorer! Ihop superegenskaper för ett blykol-batteri där det bl.a. pratas om "Cycled at 2.5C current-rate" och 4C kortvarigt! Så blykol-batterier är i teknikfronten för batteriutvecklingen och ej utdaterade!
Sedan jag bytte till AGM blykol-batteri märker jag att min 12V kylkompressor har en mer harmonisk start som låter skonsammare för den, vad jag kan förstå pga att superkondensatorn levererar den höga kortvariga startströmmen fint och motverkar den spänningsdipp mina tidigare fritidsblybatterier gav upphov till vid kylkompressorns start. Är en tydligt signifikant skillnad! Chalmers har utvecklat en metod för att masstillverka superkondensatorer i miniatyrskala. Ihop med batterier kan små superkondensatorer ge energilager med lång livslängd och sekundsnabb laddning.
Superkondensatorer kan laddas mycket snabbare än ett batteri. Dessutom kan de laddas upp och ur tusentals gånger utan att tappa prestanda.
Genom att kombinera superkondensatorer med batterier kan flera fördelar nås. Batteriet kan få längre livslängd, upp till fyra gånger längre i till exempel elfordon enligt forskaren på Chalmers.
Svenska Bright Day Graphene får över 800.000 kronor av EU för utveckling av sin grafen från skogsbrukets restprodukt lignin. De utvecklar grafen-superkondensatorer för energilagring, samt har även idéer kring sin grafen i batterier. Så kanske får vi se superbatterier med svensk grön grafen framöver. Ett sådan blykol-batteri hade varit häftigt!
DuckDuckGo-sökning: "Graphene" "lead carbon" battery
Hos konsortiet Battery Innovation kan man även läsa om planerna för blybatteriers prestandautveckling framöver. Roadmap 2021
Så blybatterier är under modern utveckling och inte på något sätt utdaterade!
Battery Innovation - Key Performance Indicators for ESS batteries (källa)
ESS: Energy Storage SystemBattery Innovation 2021 - "The need for energy storage for utility services continues to soar as energy grids require increased levels of flexibility and the integration of renewables into the grid. Similarly, the technoeconomic drivers continue to become more and more significant. The previous roadmap set specific 2022 targets for ESS applications."
Min erfarenhet av mina AGM blykol-batterier är att det är en väldigt bekväm drift där de sköter sig helt själva efter installation, oavsett drift i sommarvärme eller vinterkyla, samt oavsett drift vid aktivt boende eller längre standby-drift i fritidsboende.
Behöver inte fundera på vilken laddnivå de ska hållas på i aktiv drift respektive standby-drift då de trivs bra vid 100% SOC oavsett men ändå klarar PSOC-drift bra, samt behöver inte fundera på hur de cyklas då dess ideala cykling stämmer med hur det normalt blir i ett off-grid solcellssystem, och det råder en bra konsensus kring detta. Bara en så smidig okomplicerad drift!
Till skillnad mot dessa oändliga diskussioner och åsikter kring hur LiFePO4-batterier bör driftas vid off-grid fritidsboende, då dess ideala drift inte stämmer med hur det naturligt blir där!
PSOC = Partial State of Charge.
2023-09-25
AGM-blykol (Lead-Carbon Battery, LCB) är på stark frammarsch samt dess bra batteriprestanda är fortfarande under utveckling mot än bättre prestanda. De används även en hel del i stora batterilager för att balansera elnäts drift:
Performance study of large capacity industrial lead-carbon battery for energy storage:
"The upgraded lead-carbon battery has a cycle life of 7680 times, which is 93.5 % longer than the unimproved lead-carbon battery under the same conditions. The large-capacity (200 Ah) industrial lead-carbon batteries manufactured in this paper is a dependable and cost-effective energy storage option." (1 November 2022)
Recent progress in the development of carbon-based materials in lead–carbon batteries:
"The widespread use of LCB in energy storage has attracted a great deal of attention in recent years. In the near future, LCBs are expected to play a key role in energy storage due to recent advances in the field." (18 July 2023)
Lead-Carbon Batteries toward Future Energy Storage:
"LCBs are undergoing rapid development in research, engineering, and commercialization activities."
"LCBs outperform LIBs (Lithium-Ion Battery) in renewable energy storage and power management due to their cost-effectiveness, safety, and environmental impacts." (27 July 2022)
Lead-carbon vanliga i UK på off-grid Narrowboats: 2022-02-20
Exempel från en kanalbåt / narrowboat med elektrisk framdrivning, där Paul Sumpner owner of Old Nick narrowboat and chief technology officer at Digital Yacht skriver intressant i sin blogg The Sumpners Afloat om sin utvärdering av olika batterityper inför anskaffning, om sitt elektriska framdrivningssystem samt om en säsongs driftserfarenheter från sin blykol-batteribank: Living with Lead Carbons - 48v 800Ah and solar 12 x 160Wp, on narrowboat "Old Nick" we have 24 x LC2-800 Lead Carbon batteries from Leoch.
"With an AC output generator (the type we will have on "Old Nick"), the generator creates 230v AC (mains) power and this goes to the Victron Quattro adaptive, 4 stage battery charger."
"Armed with this information about the best way to maintain and look after our Lead Carbons, Ortomarine will help make the whole process easier by programming their innovative colour touch screen controller to automatically start the generator when the SOC drops down to 55% and then switch the generator off when the SOC gets back up to 88." Choosing the right batteries for electric propulsion on a narrowboat - there were really only two options: Lead Carbon or Lithium (LiFePO4), and there really was no doubt in my mind that Lead Carbons were the best choice for "Old Nick".
"I can see why Lead Carbons are not attracting the attention that Lithiums do, as they do not excel in any particular area. They are, however, strong in pretty much all areas and are used extensively in the renewable energy storage market (solar and wind). As battery technology for electric propulsion on a narrowboat, I think they deserve more attention than they currently get. I will be doing my best over the coming months (and years) to provide real-life data on their performance and confirm their suitability for this application." Electric Dreams – power management on an electric narrowboat, We typically run our Lead Carbons, within a range of 60% to 90% SOC (State of Charge). Golden Year(s) – a 2021 retrospective, "We found we could cruise for two or three days without having to top the batteries up. On the many sunny days, with no trees to obscure the sun, we ran on solar energy alone, which was a joy. The choice of lead carbon batteries was definitely right for us." Why I chose serial electric hybrid propulsion with lead carbon batteries for my narrow boat Leoch supply lead carbon batteries for narrowboat hybrid drivetrain, "However, whilst investigating the batteries for Old Nick, it became clear that the combination of cycle life, depth of discharge, safe and flexible installation, cost and most importantly ability to accept regular partial state of charge, make them a really good choice for electric propulsion on a narrowboat."
Tudors nya Carbon Boost laddas snabbt Nyckelorden här om man tänker på Lead-Carbon tekniken för bodelsbatteri i husvagn är:
"Exide upptäckte att om vissa koltillsatser tillförs, så ökas den aktiva laddningsytan och därmed ledningsförmågan. Detta leder till att sulfatet löses upp så laddningen går snabbare." Dvs förbättrad förmåga att vid laddning omvandla blysulfaten mer fullständigt och därmed undvika sulfatering som är det vanligaste problemet hos vanliga blybatterier för husvagn / off-grid solel.
I min minisolcellsanläggning här hemma i lägenheten har jag mitt gamla Tudor High Tech 45Ah Carbon Boost startbatteri från Feb 2012 från bilen, vilket jag bytte ut vid drygt 4 års ålder pga det blivit misshandlat två vintrar på rad med långvarig urladdning ända ned till 60% DOD då jag körde för lite de vintrarna. Samt det blev inte så väl omhändertaget första tiden borttaget ur bilen heller. Men bytte ut det utifrån kunskap från vanliga startblybatterier, vilket nog var onödig med detta Bly-Kol batteri. (En cell kortslöt Dec 2020, troligen pga att solladdregulatorn absorptionsladdade varje dag. Så byter till mitt High Tech Jan 2016 från bilen i Mars 2021 och köper nytt där.)
Men nu i Juli 2019 efter några månaders strömpulsunderhållsladdning i min minisolcellsanläggning hemma indikerar vilospänningsnivåer, urladdningsspänningsnivåer samt uppmätt inre resistans värden som för ett fabriksnytt batteri, vilket överraskar mig stort. Vid urladdningstest Maj 2020 med ca 5,5A till ca 40% SOC indikerade det 90-95% kapacitet kvar, samt vid test med en batteritestare enligt konduktansmetoden så visade den 91% SOH (State Of Health). Det tillskriver jag dess blykolteknik. Låter det arbeta med att ladda min mobil.
Samt strömpulsladdning under absorptions- och float-laddfasen verkar vara väldigt bra för blykolbatteriet nu.
Exide Marathon PowerCycle AGM Carbon Boost®:2022-07-08
Även Exide har nu kraftfulla AGM blykol-batterier i sin batteriserie Marathon PowerCycle, för cyklisk off-grid drift! Kom tydligen ut på marknaden 31 Mars 2022!
Med bl.a. dessa egenskaper:
- 20 års konstruktionslivslängd (!)
- 1500 cycles at 60% depth of discharge (C10) at 20°C, OBS C10!
- Wide operating temperature range: -40°C to +55°C
- Unique Carbon Boost®: for efficient charging
- MICROCAT® Catalyst: reduces float current and minimizes water loss
- High-compression AGM technology
- Low self-discharge rate: extended storage capacity
- Combines high cyclic performance with long life at high temperatures
- Customers benefit from low total cost of ownership
- Manufactured in Europe
- Etc.
"The high cycle stability and optimal behavior in partial-state-of-charge (PSoC) operation makes it an ideal storage solution for ”hybrid“ operation in combination with renewable energy and/or diesel generators."
Jag upplever att prestandaskillnaden mellan bra AGM-blykolbatterier och LiFePO4 bara minskar hela tiden nu!
För fritids off-grid solcellssystem tycker jag bra AGM blykol djupurladdnings-batterier har en fördel, om man inte har en drift med extrema ladd- eller urladdnings-strömmar.
Som typ för fritidsbåtar där man laddar med brutala strömmar från båtmotorns generator.
För off-grid solcellsdrift stämmer blykols optimala cyklingsdrift som utgår ifrån 100% SOC bra med dess normala verkliga cykling i sådant system, medans LiFePO4's optimala cyklingsdrift sker symmetriskt kring 50% SOC som avviker från off-grid solcellsdrift.
Sedan finns det en väldigt bra konsensus kring hur blybatterier inkl. blykol laddas och driftas, medan det spretar mer med den kunskapen kring LiFePO4, så kräver mer kunskap att använda LiFePO4 är min slutsats. Att alla blybatterityper även har robust självbalanserande celler är också en stor fördel, upplever jag!
Och mina egna dryga årets erfarenheter av AGM blykol djupurladdningsbatterier är väldigt positiv så långt!
Några beskrivna fördelar hos BlyKol-batterier (källa):2020-03-06
(Finns några fler punkter på den webbsidan som inte gäller generellt.)
• Lead Carbon batteries can be charged faster than AGM & GEL.
• Lead Carbon batteries can be discharged deeper (even to 100% DOD !).
• Lead Carbon batteries can be cycled more often (≈2400 @ 80% DOD).
• Lead Carbon batteries can be used in a partial state of charge (PSOC).
• Lead Carbon batteries have ultra low gassing (only if over-charged).
• Lead Carbon batteries have high gas recombination efficiency (>99%).
• Lead Carbon batteries reduces corrosion on the positive electrode.
• Lead Carbon batteries inhibits sulphation for the negative electrode.
• Lead Carbon batteries have Ultra High Charge vs Discharge Efficiency Level.
• Lead carbon batteries have faster charge / discharge rates.
• Lead Carbonl batteries have much higher electrical conductivity, heat resistant and acid resistant abilities.
• Lead Carbon batteries have up to a 20 year max design life, or around 10 years daily real world life.
• Lead Carbon batteries can be stored for 6 months (1.5 years?) without top-up charging.
• Lead carbon batteries are setting a high standard of efficiency, safety, and long-life.
• Lead Carbon batteries are one of the most ABUSE TOLERANT / RESISTANT batteries available today.
• Lead Carbon batteries are the most sulphation resistant lead acid batteries available today.
• Lead Carbon batteries require no special ventilation or cooling.
• PbC-B do not release any harmful, dangerous or poisonious gasses during normal charging / discharging usage.
• Lead Carbon batteries will not leak any harmful or dangerous acid during normal charging / discharging usage.
• Lead Carbon batteries do not require an active BMS system to protect & balance them (unlike lithium batteries do).
• PbC batteries do NOT suffer from Liquid / GEL drying out inside the battery like normal AGM and GEL batteries do.
De sju viktigaste fördelarna hos BlyKol batterier jfr vanliga AGM / GEL: Nytt: 2020-03-07, uppdaterat: 2021-06-23
De tål att laddas ur djupare vid lite längre dåligt väder med brist på solcellsström utan att sulfateras, då man rätt glest utnyttjar hela sin dåligt-väder-reserv.
Inre resistansen ökar även mindre då pga kolets ledningsförmåga, så hanterar ström bättre djupt urladdade med stabilare spänning.
Tål att cyklas partiellt laddade (PSOC), så behöver inte laddas 100% SOC fulla lika ofta och kan därmed ta längre tid på sig att återladdas i sämre väder utan risk för sulfatering.
Troligen är 3-4 månader OK ibland så hanterar vinterperioden bra vid off-grid, även om de mår bäst av att bli fulladdade varje månad. Skulle de skadas lite vid långvarig drift partiellt laddade så återhämtar de sig efter några upprepade fulladdningar till 100% SOC (källa). Dock förvarade frånkopplade passiva bör de hållas 100% SOC fulladdade för bäst livslängd! AGM / GEL ska helst laddas till 100% SOC efter varje större urladdning, och minst 1ggr/vecka i aktiv drift.
De har markant längre cykellivslängd, troligen 2-4ggr längre (eller mer?).
BlyKol har 95-98% energiverkningsgrad vid laddning, jfr 80-85% för AGM / GEL.
Så runt 15% mer av den lagrade strömmen / energin från solcellerna kommer till nytta!
Innebär även att batterispänningen varierar mindre mellan uppladdning och urladdning.
Blybatteriverkningsgraden för grund cyklisk drift inom det övre 20% kapacitetsområdet 80-100% SOC blev riktigt dålig för testade djupurladdnings blybatterierna (Trojan 30XHS battery 100Ah) vid kontinuerlig laddström (typ MPPT-regulator) med bara runt 55% verkningsgrad för strömmar vanliga i off-grid solcellssystem. Så som ett off-grid solcellssystem cyklar batteribanken stor del av tiden! Mina blykol-batterier har jag mätt upp till 99% coulomb-verkningsgrad vid sådan drift, ca 97% batteriverkningsgrad men då strömpulsladdade! Så ända upp till +75% mer inlagrad tillgänglig strömmängd i blykol-batteribanken vid sådan vanlig drift, i värsta fall!
Och det har jag märkt av med signifikant mer strömtillgång med blykol-batterierna, med samma solpaneleffekt och drift i övrigt i mitt off-grid solcellssystem.
Kan laddas med högre ström samt har bättre laddningsmottaglighet, så kan bättre utnyttja solcellernas toppeffekt eller en generatoreffekt. Ihop med 2. kan vid behov vintertid en generator utnyttjas effektivare, då PbC-batterierna bara behöver laddas upp till 80-85% SOC.
De laddas därmed även snabbare under de sista 20% av kapaciteten inom 80-100% SOC.
Tål vanligen både värme och kyla bättre samt är effektivare i kyla än vanliga AGM / GEL.
(Dock får man läsa i respektive tillverkares datablad om det.)
Flera källor anger att kolet även fungerar som en superkondensator så man får en sorts hybridbatteri. Det gör att superkondensatorn kan ge väldigt hög ström en kortare stund som hanterar typ startström för en kylkompressor väldigt bra! Ger lägre slitage på batteriet för sådana korta stora strömbehov då den vanliga batterikemin avlastas, samtidigt som spänningsdroppet minskas signifikant. Några ställen anger att superkondensatorn kan hantera upp till runt 5-20 sekunders ström. Superkondensatorn i sig är väldigt cyklingstålig samt har extremt hög batteriverkningsgrad!
Är den uppfattning jag fått när jag nu läst hyfsat mycket om BlyKol-batterier, både hos en del olika tillverkar, i olika artiklar samt några vetenskapliga papper. Men är inget jag kan garantera.
BlyKol-batteri med grafen-kol (Lead-Carbon with Graphene), ett exempel: Nytt: 2024-03-26
Börjar komma BlyKol / Lead-Carbon blybatterier med grafen-kol mer och mer nu, från att varit mer av en nischprodukt. Och grafen-kol ökar dess prestanda ytterligare en hel del!
Blir intressant när det blir den dominerande AGM-blybatterikemin på marknaden så småningom. Skulle gärna testa det någon gång. Men de AGM-blykol jag har nu fungerar också väldigt fint :-)
Här ett exempel: CSPOWER HLC Lead Carbon Battery:
• Fast Charge • Lead Carbon
HLC series lead-carbon batteries use functional activated carbon and graphene as carbon materials, which are added to the negative plate of the battery to make lead carbon batteries have the advantages of both lead-acid batteries and super capacitors.
It not only improves the ability of rapid charge and discharge, but also greatly prolongs the battery life, more than 2000 cycles at 80%DOD. And even If the batteries are not charged fully during daily use, the battery life span won’t be affected.
Advantages For Long Life Fast Charge Lead-Carbon Graphene Battery:
Less sulfation in case of partial state-of-charge operation (PSoC).
Lower charge voltage and therefore higher efficiency and less corrosion of the positive plate.
And the overall result is improved cycle life.
Tests have shown that our lead carbon batteries do withstand at least five hundred 100% DoD cycles.
The tests consist of a daily discharge to 10,8V with I = 0,2C20, followed by approximately two hours rest in discharged condition, and then a recharge with I = 0,2C20.
≥1800 cycles @ 90% DoD (discharge to 10,8V with I = 0,2C20, followed by approximately two hours rest in discharged condition, and then a recharge with I = 0,2C20).
≥2500 cycles @ 60% DoD (discharge during three hours with I = 0,2C20, immediately followed by recharge at I = 0,2C20).
≥3800 cycles @ 40% DoD (discharge during two hours with I = 0,2C20, immediately followed by recharge at I = 0,2C20).
Här stod lite mer om dem:
HLC 12V Series Fast Charge Long Life Lead Carbon battery, own 18-20years long life, your best partner for solar market and hot area.
CSPower HLC series of 12V sealed fast charge long life lead carbon batteries are recognized as the most reliable and high quality battery system in the industry.
They are designed with advanced patented AGM technology, Long service life designed with 18-20 years, 80% DOD 2000 Cycles, the batteries comply to the most popular international standards, such as IEC60896-21/22, BS6290-4, Eurobat Guide.
Fast Charge Long Life Lead Carbon battery 12V100Ah, 150Ah, 200Ah most popular models Advanced Features:
Environmentally friendly
Completely Maintenance-Free
Non-Spillable construction design
Wide Operating Temperature Range, Discharge / Charge / Storage (-30°C~+60°C)
Longer Life (15years designed life)
Explosion Proof
Valve Regulated & High Discharge Rate Capability
Low Self Discharge (<3%/month)
Independent of Position
Ease of Shipment
No need of balanced charge or boost
No Memory effect
Internal Resistance, Full Charged 12V 100Ah Battery@ 25°C: ≤6.0mΩ
Electrolyte: nano GEL electrolyte (jag föredrar dock AGM)
Mitt första års erfarenhet av mina 2x 106Ah Victron lead carbon blykol-batterier: Nytt: 2022-06-28
Jag har ett småskaligt off-grid solcellssystem på 250Wp + 95Wp solpaneleffekt samt 212Ah 12V blykol-batteribank installerade 11 Maj 2021. Med genomsnittlig strömförbrukning på ca 37Ah/dygn (470Wh/dygn) vid aktivt fritidsboende där. Ett 12V kompressorkylskåp är den stora strömförbrukaren sedan ca 12år, ihop med LED-belysning, Trumatics varmluftsfläkt, laddning av mobil-, kamera- & verktygs-batterier samt lite TV-tittande på min laptop via USB-TV-stick.
Har 250Wp på husvagnstaket samt en extra vertikalt placerad 95Wp solpanel mot söder där husvagnen parkeras mellan turerna, för bra laddning även vid snövinter där.
Är så här långt väldigt nöjd med blykol-batterier, som fungerar extremt bra för min drift med moderata strömmar och strömpulsad laddning via PWM-solladdregulator.
Nasa BM1 batterimonitor
Blykol har bra laddmottagning högt upp i SOC!
Var i mitten Maj ute 6 dagar i min off-grid husvagn med dessa och kunde flera gånger igen konstatera hur fint de tar emot laddström.
Med 15,9A laddström från solcellerna och 21Ah kvar att ladda i 212Ah batteribanken (=90% SOC) så är ändå batterispänningen bara låga 13,5V! När en lite större molntuss kom in en stund och sänkte laddströmmen till 2,7A så sjönk batterispänningen till 13,2V.
Är inte förrän vid 96-97% SOC laddnivå som batterispänningen når 13,8V float-laddspänning vid 8-12A laddström vid min solcellsdrift dimensionerad för sommarhalvåret.
Är då sådana här soliga dagar då batteribanken laddas ur drygt 15% DOD under kvällen / natten, så inte vid så djup urladdning. Samt med strömpulsladdning via PWM-regulatorn och även inkopplad Battery Conditioner.
Så jag upplever aldrig den där sega långsamma trögheten i laddning som många motiverar sitt byte från vanliga AGM-blybatterier till LiFePO4 med!
Även batteriverkningsgraden är väldigt hög med med lite grovt manuellt från NASA BM1 uppmätt coulomb-verkningsgrad på ca 98% vid flera tillfällen, som ger ca 93% batteriverkningsgrad vid denna typ av drift. Extremt bra för blybatterier och i nivå med LiFePO4.
Ihop gör det att jag får tillgång till mer av strömmen från solpanelerna till nyttig användning för mig, vilket har märkts tydligt jämfört med tidigare Tudor TR350 fritidsbatterier. Känns som att jag hade byggt ut med mer solpaneleffekt!
Speciellt nu under detta vinterhalvår har jag aldrig nått någon riktigt djup urladdning som tidigare vintrar, då solpanelerna kunnat hålla batteribanken bättre laddad, så aldrig varit i närheten av slut på ström under hela detta året med mina blykol-batterier.
Den djupaste urladdning jag noterat en gång hittills var 55% DOD i senhöstas på en veckas campingtur i skogsnatur, och batteribanken får laddas ur till 90% DOD, så har haft stora marginaler. 2022-06-24 hade PWM-regulatorn registrerat 1880Ah ström levererat från solcellerna till elsystemet sedan blykol-batteriernas installation 2021-05-11, med då har jag använt det aktivt mindre än vanligt under detta året.
Min PWM-solladdregulator har en re-bulk spänning på 12,3V där den avbryter float-laddningen och startar om en ny laddcykel bulk-absorption-float laddning igen, men under dessa dagar med växlande solsken var den lägsta batterispänningen 12,5V, så arbetade i float-laddning hela tiden. Har då ändå ett 12V kompressorkylskåp i drift, haft Laptop igång med USB-TV-stick ovanligt mycket, drivit Trumatics varmluftsfläkt och laddat kamera-, mobil-, och verktygs-batterier.
Tyvärr går re-bulk spänningen inte att justera i denna regulator, annars hade jag satt den till 12,5V för dessa blykol-batterier. För mina tidigare Tudor fritidsbatterier var 12,3V re-bulk spänning perfekt. Men trots konstant float-laddfas i soligt väder pga av 12,3V rebulk blir min blykol-batteribank fulladdade varje dygn i aktiv drift! Beror både på bra laddmottagning högt upp i SOC och excellent batteriverkningsgrad hos lead-carbon!
Hade jag haft så PWM-regulatorn startade en ny laddcykel via rebulk efter kvällen och nattens aktiva strömförbrukning även dessa soliga dagar, så kan jag tänka mig att med absorptions-laddningens högre spänning hade jag nått 98-99% SOC innan PWM-regulatorn började strypa strömmen från solcellerna i sin laddreglering, vilket är riktigt häftigt och effektivt!
Kommer bli så med min egenutvecklade PWM-solladdregulator när den är i drift så småningom!
Har byggt en grön LED-indikator som tänds så fort PWM-regulatorn börjar strömpulsa och reglera strömmen, så jag ser det väldigt tydligt. Visar där då även medelspänningen från solpanelerna som då på bilden här är 19,8V vid aktiv float-laddreglering med strömpulsande när batterierna nådde över 96-97% SOC laddnivå och laddströmmen började regleras. 2022-08-26
Mina 2st AGM Blykol-batterier Victron lead carbon 106Ah (212Ah totalt) i 12V batteribank laddas till 100% enbart med ström från solpanelerna året runt helt off-grid.
Bor över weekend då och då även vintertid, så solpanelerna laddar tillbaka den lånade strömmen från helgen i nedkylda batterier i kallställt fritidsboende de närmsta veckorna därefter då vintertid. Och det hanterar blykol-batterierna utmärkt bra även nedkylda till -20°C!
Skulle jag ladda ur lite djupare under helgboendet tål Victron lead-carbon att frysa utan att skadas om det blir en kall period efter, samt är OK att laddas även frysta (men får ej laddas ur frysta). Batterisyran fryser till slasksörja och ej kärnis, så leder ström! Laddning ökar syradensiteten vilket tinar fryst batterisyra.
Då blykol-batterier tål längre tids cykling partiellt laddade, s.k. PSOC-drift, behöver jag inte heller hålla koll på vädret att de hunnit bli 100% SOC fulladdade sedan senaste boendet (i motsats till vanliga blybatterier), vilket är extra bra vintertid. Gör att jag kan utnyttja mitt off-grid boende mer flexibelt utanför sommarmånaderna som det är dimensionerat för!
Samt i och med fritidsboende är batteribanken längre tider i standby-drift utan någon egentlig strömförbrukning och då trivs blykol-batterierna perfekt med att hållas 100% SOC fulladdade från solcellerna i float-laddning, så jag kan göra spontanbesök och komma till fulladdad batteribank.
Får därmed en drift som sköter sig helt själv utan att jag behöver fundera på eller styra hur fulladdad batteribanken ska hållas i aktiv drift respektive i längre standby-drift, då 100% SOC float-laddat är bäst för livslängden oavsett drift (i motsats till LiFePO4).
Samt solcellerna kan därmed också alltid leverera sin ström ut till förbrukare så långt solcellsströmmen räcker till för det innan ström behöver lånas ur blybatteribanken, då solcells float-laddningen kan vara kontinuerligt aktiv.
Även smidigt med dess robusta självbalansering av cellerna som inte heller kräver något engagemang från min sida. Så blykol-batteribanken sköter sig helt själv bekymmersfritt.
Det enda jag behöver hålla koll på är att inte ladda ur dem helt och hållet för att inte stå utan ström i längre dåligt solväder (gäller samma för alla batterityper), men jag har även ett smart strömkännande djupurladdningsskydd som automatiskt skyddar batteribanken från för djup skadlig urladdning.
Blykol-batterier tål att laddas ur till 100% DOD (0% SOC) enstaka gånger utan att skadas av det, till skillnad mot vanliga blybatterier. Brukar kunna tåla det 800-1000ggr, så några enstaka gånger påverkar livslängden försumbart.
Men det har hittills bara hänt 1ggr under min tid med mitt off-grid solcellssystem sedan driftsstart våren 2007, orsakat en natt av att jag installerade mitt 12V kompressorkylskåp innan jag byggde ut med mer solpaneleffekt för dess drift för 10-12 år sedan. 2022-10-23
Under fyra dagars campingtur 2022-10-19 - 22 laddades det ur 127Ah ur blykol-batteribanken till 40% SOC (räknat mot C20-kapaciteten 212Ah), det djupaste hittills. Då låg batterispänningen på 11,9V vid ca 0,6A urladdningsström, men påverkades inte märkbart när kylkompressorn drog sina ca 4,5A. Så väldigt stabil drift spänningsmässigt även så vid 40% SOC, vilket är en typisk egenskap för blykol-batterier.
Fick då ca 1A ström från 250Wp solcellerna i det riktigt molniga vädret, och ca 7A under några solglimtar andra dagen.
Batteristatusen med 11,9V / 40% SOC stämmer bra med SOC-Volt-tabellen för blykol.
Solcellerna har då levererat 2,56kAh in i elsystemet sedan installationen 11 Maj 2021 av blykol-batterierna, vilket då är den strömmängd som har förbrukats i systemet. 2023-09-12 AGM-blykol (lead-carbon) uppmätt 97,8%(Ah) / 92,4%(Wh) batteriverkningsgrad:
Jag hade väldig nytta av min ESP32-batterimonitors 24h driftsstatistik när jag var ute och fricampade inne längs småvägar i Östgötsk skogsnatur under 7 dygn i början av September. Kom då aldrig under 14 dygns kvarvarande driftstid för 24h Time-To-Go prognosen, och låg flera av dagarna på 3-4 veckors kvarvarande driftstid i det hyfsat soliga vädret. Med bl.a. 12V kompressorkylskåp i off-grid solcellsdrift med 250Wp solcellseffekt och 212Ah AGM-blykol.
Samt kunde fint se mätvärden på senaste 24 timmarnas förändring i Ah / Wh laddnivå i batteribanken (24hr ΔCHARGE) så jag såg tendensen för laddnivåns utveckling, dvs hur många Ah / Wh man gått plus eller minus senaste 24h.
Laddnivån i batteribanken pendlade mellan ca 70% och 93% SoC där mina AGM-blykol batterier hela tiden tog emot full laddström från solpanelerna under hela den turen, dvs en PSoC-drift under de 7 dygnen som AGM-blykol tål så bra (PSoC: Partial State of Charge).
Min Ultra-precise Battery System Monitor ger riktigt bra nytta under sådan off-grid solcellsdrift! ESP32-batterimonitor driftsdata under off-grid fricamping (från test tidigare hösten 2023)
Hämtat driftsdata från ESP32-batterimonitorn i mitt off-grid solcellssystem från sju dygns fricampande i husvagnen 5-11 September 2023.
Under turen blev batteribanken aldrig helt fulladdad så fick sju dygns PSoC-cyklande mellan ca 95% och 70% SoC laddnivå, vilket är jättebra för utvärdering av batteriverkningsgraden med hög precision! Och detta då i verklig cyklisk solcellsdrift med 12V kompressorkylskåp m.m.! Mina 2x106Ah Victron lead-carbon AGM-blykol i 12V parallelldrift jobbade då med en batteriverkningsgrad på hela 97,8%(Ah) / 92,4%(Wh), vilket är jättebra för blybatterier! Speciellt vid så pass grund cykling som max 29% DoD (71% SoC)!
Lägst laddnivå var 71% SoC / -61,5Ah samt totalt cyklad urladdning var -213,1Ah under veckan.
Batterimonitorn summerar totalt urladdade Ah så när batterierna cyklas fram och tillbaka under flera dygn i PSoC-drift innan de tillslut blir fulladdade igen.
Nu är mina AGM-blykol strömpulsladdade via en PWM-regulator, vilket ger bättre batteriverkningsgrad och bättre laddmottagning högre upp i SoC mot fulladdat. För enkla öppna fritidsblybatterier gör det signifikant skillnad men jag vet inte hur mycket blykol påverkas av det.
Var en hyfsat solig vecka med många stunder med helt klart solsken samt en del soldis och lite lätt molnigt kortare stunder i vacker skogsbygd med den skugga det ger.
AGM-blykol batterierna tog emot full laddström som kom från mina 250Wp + 40Wp solpaneler utan att PWM-solladdregulatorn behövde strypa strömmen någon enda gång under veckan!
Det innebär att mina AGM-blykol ger samma effektivitet som LiFePO4 hade gjort i min drift, men i mitt tycke med en enklare mer bekymmersfri drift! Så riktig skoj att få mätt det via min ESP32-batterimonitor!
Den uppmätta Batteriverkningsgraden används i batterimonitorn för att kunna få riktigt bra precision på mätt laddstatus!
Idag blev även den s.k. "coup-de-fouet" effektens initiala spänningsdipp vid urladdning väldigt tydlig då batterispänningen snabbt sjönk ned till 12,15V initialt, för att sedan hämta sig igen efter lite mer urladdning. En djup "coup-de-fouet" effekt innebär dels att blybatterierna är riktigt 100% SoC fulladdade, samt dels att blybatterierna är i riktigt bra kondition!
Så en bra signal från min AGM-blykolbatteribank, kanske något jag även borde logga i min ESP32-batterimonitor? Kan användas som ett värde på SoH (State of Health) för blybatterier: Battery state of health estimation through coup de fouet, så kunde kanske ge en bild av batteribankens hälsa över tid?
LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate, LFP) Litiumbatteri:2019-10-09, uppdaterad: 2021-06-25
Numera (Okt 2019) kan vi även räkna med Litiumjon-batterier (Li-ion), vilka skulle vara mycket effektivare och bättre, bl.a. genom att tåla 100% urladdning i var cykel även om runt 80% rekommenders för bättre livslängd. För förbrukningsström i båt / husvagn / husbil / fritidshus är det då LiFePO4 som gäller, för sin stabilitet och säkra funktion i sin kemiska uppbyggnad.
Wikipediaartikeln "LiFePO4 (LFP)" beskriver batteritypen.
Dock kräver LiFePO4 batterier ett BMS (BatteriHanteringsSystem) för att arbeta inom säkert driftsområde:
"LiFePO4 batteries are generally rugged but may suffer damage or are ruined if totally discharged. To preclude this they are protected by an associated battery management system. Charging voltage too is critical: the upper safety limit of a LiFePO4 cell is about 4.2 volts. Another risk is that if an unbalanced cell is totally discharged, remaining cells may reverse that cell´s polarity. Subsequently attempting to recharge (warns EV Australia) ´carries a significant risk of catastrophic failure´. In practice, the obligatory cell management system safeguards against all this. Control of charging and discharging voltage and current is also essential. This may be done by the battery management system (BMS) or by the battery charger. LiFePO4 cell management is essential - but not necessarily supplied."
Den ideala cyklingen för LiFePO4 är symmetriskt kring 50% SOC medan den idealt utgår från 100% SOC fulladdad hos bly- och blykol-batterier. Samt LiFePO4 bör inte hållas 100% SOC fulladdade vid längre passiv standby-drift och får absolut inte då konstant float-laddas, medan bly- och blykol-batterier mår allra bäst vid 100% SOC fulladdat med float-laddning oavsett aktiv drift eller passiv standby-drift. Är en skillnad i egenskaper som påverkar batterival, speciellt för drift i off-grid solcells fritidsboende!
Ovan finns diagram över LiFePO4´s cyklad livslängdskapacitet vs DOD där man även kan jämföra med AGM-BlyKol batteriers cyklade kapacitet vs DOD.
"Usable lifespan: Extensive LiFePO4 usage began in 2012. Claimed lifespan is based on speeded-up cycling. There can be no real-life data until 2022. Anecdotal evidence indicates it is probably 8-10 years." Källa
Även the Off-Grid Garage kom fram till 5-15 års kalendertidsåldrande livslängd för LiFePO4 i sina efterforskningar, där han även konstaterar att det är svårt att hitta bra information kring det! Beskriver det i sin video Why compression will not extend battery life (something else kills them before), där han även länkar till några datakällor kring det.
Så 25 års och t.o.m. 50 års livslängd som folk ibland räknar ut utifrån sitt battericyklande är högst osannolikt för LiFePO4, då rent kalenderåldrande avslutar livslängden före det! 2022-09-11 GWL.eu med sina kvalitets Winston LiFeYPO4 celler skriver en hel del intressant på sin webbsida "Important Information for Batteries", bl.a. om kalenderåldrande livslängd på 5-10år (som låter lågt tycker jag).
Samt om att vid urladdning vid -25°C blir urladdningsspänningen 0,5V till 1V lägre per cell än vid +25°C hos LiFePO4, dvs 2-4V lägre per 12V batteri! Det är mycket, samt signifikant mer än hos blybatterier, speciellt hos blykol-batterier!
Påverkar då även BMS-funktionen: "at a temperature of –25°C, it is necessary to change the setting of the protective BMS circuits so that the discharge of the cells will only stop once 2.0V is reached."
Sedan även hur ett LiFePO4-batteripack ska driftsättas, samt checkas av och skötas under drift (kräver rätt mycket engagemang):
"CHECKING ON BATTERY AND CELL STATUS
The cell and battery status and potential balancing of cells and batteries to the same voltage is carried out once cell/batteries in the series are charged, using a physical check at the installation site and further by connecting the charger/protective equipment to every single cell/battery. The cells/batteries status check and potential balancing to the same voltage must be carried out in the following intervals at least:
1) during the initial charge
2) after the first cycle
3) after the first 5 cycles or 7 days depending on what comes first
4) after the first 20 cycles or 30 days depending on what comes first
5) continuously once every 200 cycles or 12 months depending on what comes first
The Buyer is obligated to keep written records on the inspections carried out and to archive these records and present them when filing a warranty claim."
2023-07-05
Ett problem med LiFePO4 är att det finns så många åsikter och tankar om hur de ska driftas och hanteras så finns inget enhetligt att gå på! Man kan säga att LiFePO4 gjorde slut med konsensus-lösningar kring batteribanksdrift, vilket blir som en svaghet hos dem.
2021-06-25
LiFePO4 har en väldigt stabil kemi, väldigt mycket stabilare än många andra litium-batteri typer. LiFePO4 tillhör inte den litiumbatterityp som ibland får termisk rusning (thermal runaway) och börjar brinna av sig själv, det man ibland läser om hos elbilar eller mobiltelefoner!
Men brinner LiFePO4 t.ex. antända av yttre eld så avger även dessa väldigt giftiga livshotande brandgaser!
"LiFePO4 batteries can ignite but must exceed 1000º C to do so. They are close to fire-proof."
"Thermal runaway is nearly a chemical impossibility with LiFePO4 because the oxygen atoms share electrons in a very strong covalent bond. The bottom line: The harder it is to break the bond between oxygen atoms, the less likely it is the compound will become unstable, release energy in the form of heat, and catch fire.
What you need to know: LiFePO4 is the safest, most chemically stable battery on the consumer market. It would require extreme negligence or willful abuse to cause a fire in one of these batteries." källa
"In addition, it can be seen that LiFePO4 – LFP technology is is slightly subject to thermal runaway phenomena, with a temperature rise of barely 1.5°C per minute.
With this very low level of energy released, the thermal runaway of the Lithium Iron Phosphate technology [LiFePO4] is intrinsically impossible in normal operation, and even almost impossible to artificially trigger.
Combined with a BMS, Lithium Iron Phosphate (LifePO4 – LFP) is currently the most secure Lithium-Ion technology on the market." källa
Men läs även Nordkyn Designs´s Lithium Battery Banks – Fundamentals avsnitten där kring hur även LiFePO4 i sällsynta fall kan haverera med våldsam brand och giftiga gaser som resultat. Slutna AGM-blybatterier kan i extremt sällsynta fall explodera, men de innehåller inget i batterikemin som bidrar till en het våldsam brand eller giftiga gaser (men frätande syra)! 2024-03-22
En del väljer LiFePO4-batterier för de är oroliga över explosionsrisken med utläckande vätgas från blybatterier, men kan då vara bra att känna till att även LiFePO4 kan avge explosiv gas. Här ett exempel från Tyskland där ett 30kWh LiFePO4 energilager (ESS) i källaren sprängt sönder en villa. Artikeln beskriver en lågintensiv termisk händelse som släpper från sig explosiv gas i källaren på en villa.
Europa har tydligen ingen standard / regelverk för installation av ESS än. Den amerikanska standarden heter NFPA 855 2023, enligt vad någon skrev. Nästa revision av den kommer 2026.
Den NFPA 855 2023 kräver deflagrationsventiler, gasdetektorer och ventilation som håller gas från propagerande batterier under 25% LFL (Lowest Flammability Level) delgavs det.
En del hävdar att LiFePO4 inte gasar om de inte utsätts för brand, men som jag förstått det gasar visst LiFePO4 så om de laddas fel utanför säkert arbetsområde. Har sett flera bildexempel på kraftigt uppsvällda LiFePO4-battericeller pga det. Även läst det beskrivits tydligt på ett par ställen att de då avger både brandfarliga och ohälsosamma gaser.
Har sett video där brandkåren punkterat och internt kortslutit en LiFePO4-battericell och hur det då sprutar ut helt enorma mängder gas utan att börja brinna! Och alla Litium-jon kemier är mer benägna än blybatterier att bilda dendriter som kan kortsluta battericeller!
"Effects of lithium dendrites on thermal runaway and gassing of LiFePO4 batteries: Safety is the key requirement for large-scale applications of lithium-ion batteries, but lithium dendrites challenge the safe operation of lithium-ion batteries with graphite anodes."
"I verkligheten är ett litium-batteri en liten kemisk fabrik där det är både varmt och kaotiskt. Varje gång det laddas och laddas ur sker oönskade reaktioner som gradvis gör det lite sämre. Värst är det i gränsytorna mellan elektroderna och elektrolyten. Minsta orenhet kan få katastrofala följder. En av batterikemisternas värsta fiender stavas dendriter. Det är spetsiga beläggningar av litium som, om de får växa till sig, kan leda till kortslutning och att batteriet börjar brinna / gasa." Säger Kristina Edström, professor i kemi vid Uppsala universitet, auktoritet inom batteriforskning. "Batterikemi är komplicerat, sammanfattar Kristina Edström."
Dendriter är ett mindre nästan icke existerande problem i blybatterikemin, speciellt vid strömpulsad laddning via PWM-regulator. Intressant nog har man börjat titta på att även strömpulsa Litium-jon batterikemierna, bl.a. för att motverka dendriter.
Även sett några olika som beskrivit hur de då kunnat känna en obehaglig stickande doft komma från sina LiFePO4-batterier! Har sett tillräckligt mycket olika info om detta för att det ska kännas övertygande att det faktiskt är så att LiFePO4 kan släppa ut brännbar gas i extrema situationer.
Verkar som riskmedvetandet kring detta med LiFePO4 är låg!
Men har man en bra BMS så är sannolikt risken att LiFePO4 gasar väldigt låg.
Kan ändå vara bra att tänka på att installerar även sin LiFePO4-batteribank i ett tillräckligt väl ventilerat utrymme, precis som för AGM-blybatterier! För att förebygga något sådant otrevligt.
Vi med AGM-blykol är nog i regel mer medvetna om detta med låg risk för gasning.
Nu 2019 är LiFePO4 ett reellt alternativ och ett väldigt bra batteri som tål många och djupa urladdningar. Det man dock ska vara uppmärksam på är dess begränsade laddförmåga vid kallt batteri. Men de är fortfarande dyra att investera i, även om livstidskostnaden idag normalt hamnar på något plus gentemot AGM blybatterier men är högre än för BlyKol-batterier. Får nog vara främst den lägre vikten, den längre livslängden samt högre laddström och laddningsverkningsgrad som avgör valet ännu, men priserna går nog ned de närmsta tio åren.
Dock har BlyKol-batterierna i stort samma laddningsverkningsgrad, tål lika djup urladdning samt har nästan samma livslängd och ligger även närmre i strömhantering, så min uppskattning är att blykol-batterier når åtminstone 2/3-dels väg mot LiFePO4. Förutom vikt / volym för samma kapacitet. Sedan avgör vilka egenskaper som är viktigast för ens eget off-grid driftsfall!
Victron Energy LiFePO4 Smart: 2019-07-28 När man ser dessa data för LiFePO4 verkar det inte lika extremt bra som ofta framhävs.
Operating temperature: Discharge: -20°C to +50°C, Charge: +5°C to +50°C.
Samt de bör inte förvaras fulladdade under långa perioder, även om LiFePO4 klarar det betydligt bättre än LiCoO2 / Li-ion.
LiFePO4 Smart, capacity vs temperatur
Deep discharge ability, Depth of Discharge
LiFePO4 Smart, CYCLE LIFE (capacity ≥ 80% of nominal)
80% DOD1
2500 cycles
70% DOD
3000 cycles
50% DOD
5000 cycles
1. Dock bör LiFePO4´s DOD hållas inom 90%-10% SOC, vilket kräver speciell styrning vid solcellsdrift! Blybatterier älskar att bli 100% SOC fulladdade av solceller, vilket är enklare.
Vid långvarig standby, typ ett par månader, bör LiFePO4 förvaras vid 50% SOC (40-60% SOC).
2021-03-17
En väldigt utförligt artikel om LiFePO4-batterier hos Marine How To, som drivs av Rod "RC" Collins who is an independent ABYC Certified Marine Electrical Systems Specialist at Compass Marine Inc. Cumberland ME, tar upp väldigt mycket kring LiFePO4-batterier.
OBS! Är skriven för drift i fritidsbåtar där man ofta cyklar batterierna fullt med generatorladdning till fulladdat, vilket skiljer sig väldigt mycket från driften i ett off-grid solcellssystem där den vanliga cyklingen inte är så djup, ofta bara runt 10-30% DOD.
En passus där var intressant vid användning i fritidsboende med långa standbytider:
"STORAGE SOC EXPERIMENT: We recently ended a very expensive experiment regarding storage at 100% SOC. The test duration wound up being 12 1/2 months using four 100Ah CALB SE cells where they were charged to 100% SOC and then left to sit idle with no connections to a BMS or other parasitic loads. The low temp recorded over the 12 1/2 months was 46°F and the high temp was 87°F. This test was meant to be a representation of the real wold.
A min/max capture thermometer was used to record the peaks. The cells, prior to letting them sit at 100% SOC for 12 1/2 months, were regularly testing at 101.2 to 101.3 Ah’s of capacity (previous 6 Ah capacity tests) as a 12V nominal bank. After 12 1/2 months the cells were discharged to a cut off voltage of 2.9V for the lowest cell.
After 12 1/2 months of doing nothing but sitting there, at 100% SOC, the cells had lost 11.6% of their previous rigorously confirmed Ah capacity. Now imagine if you additionally stressed the cells by continually float charging them. Ouch!!!! The cells lost 11.6% of their confirmed capacity just sitting at 100% SOC!"
Men ett andra liknande test gav bättre resultat med mindre förlorad kapacitet.
Även Nordkyn Design: Lithium Battery Banks – Fundamentals är intressant.
BMS för LiFePO4-batterier:2021-08-29, uppdaterat 2023-02-12:
Ett BMS (Battery Management System) för LiFePO4-batterier ska dels balansera battericellerna, dels förhindra att någon battericell arbetar i skadligt / farligt driftsområde. Cellbalansering innebär att ensa laddstatus i alla cellerna för att öka driftstiden innan någon battericell riskerar att hamna i skadligt driftsområde, vilket kompensera för att de inte har någon egen självbalansering. Samt skyddet mot skadligt driftsområde bryter batteriströmmen så fort det detekteras.
BMS för LiFePO4 tar hand om att batterikemin i sig inte har så robusta driftsegenskaper med oförmåga till att själv balansera battericellerna, ser jag det som! Dvs BMS är till för att kompensera svagheter i LiFePO4-batterikemin, en form av "babysitting" för batterikemin!
Blybatteri-kemin kan robust självbalansera sina celler inom ett 12V-batteri, men LiFePO4-batterier kräver yttre cellbalansering via extern elektronik (BMS) för max batterilivslängd.
Är lätt att invaggas i en falsk trygghet av att kunna följa sina battericellers individuella spänning på mV-nivå via en LiFePO4-BMS och dess elektroniska cellbalansering, som kompenserar för att LiFePO4-batterikemin inte själv kan hålla cellerna balanserade.
Blybatteriers självbalansering av cellerna är ju en robustare och tryggare funktion då som är en del av deras batterikemi, vilket gör dem driftsäkra på egen hand hela deras livslängd!
Ofta har man ett djupurladdningsskydd för blybatterier, och det räcker bra för deras batterikemis egenskaper, och den elektroniken är lättare att bygga robust än en BMS i mV-området med mätning över varje individuell battericell.
Så driften med AGM-blykolbatterier (lead-carbon) som i mitt off-grid solcellssystem för fritidsboende ger verkligen fin enkelhet och smidig drift med robust självbalanserande funktion.
Flera seriekopplade 12V blybatterier rekommenderas av en del att ha en batteribalanserare, men med tillräcklig mycket float-laddning borde det gå bra utan, typ som det normalt blir i off-grid solcellssystem. BMS anses av de flesta som ett måste för LiFePO4-batterier! Men några har så låg balanseringsström som 30-40mA som ger tveksam funktion!
Här några exempel på BMS som verkar vanliga / intressanta: What is a Battery Management System (BMS)? Cell Balancing Techniques and How to Use Them, ena delen av BMS´s uppgift REC BMS, pratar med Victron utrustning via CAN-bus och GX-enhet, verkar dock finnas lite erfarenhet av dåligt kablage och kontakter som sitter löst, problem med firmware, support, etc. Men rekommenderas ändå då och då av folk som verkar hyfsat kunniga. Från Ungern. Batrium BMS, går att integrera med Victron. Chargery BMS Tiny BMS Electrodacus, en lite speciell udda BMS Daly BMS, lite enklare och billigare, cellbalanserar enbart under laddning 123\SmartBMS gen3, 123smart BMS 1A balansering, lite tveksamt rykte inom båtkretsar (pga dåligt skyddad mot fukt?)? Går att koppla upp mot Victron Cerbo. X2 BMS, introduces five new BMS technologies adopted for systems in yachts HLP data BMS, inkl tempkontroll av generator, utvecklad / tillverkad i Sverige för fritidsbåtar TAO BMS, Close integration with external equipment to command their operation (6 relays and CAN messages), Up to twenty ranges can be defined for cell voltage, cell temperature or battery state of charge, Dynamic cell balancing (4A) as soon as there is a voltage differential between cells TAO BMS - A complete Energy Management System TAO BMS Dashboard TAO BMS comparison chart, 4 olika BMS i jämförelse TAO BMS CANbus setup for Victron products TAO - About, "My wife and I have been living on our boat for over 10 years. It is by necessity that, 5 years ago, I started the development of what is now the TAO BMS as I could not find an appropriate solution to manage and protect my lithium battery bank." - tilltalar mig! Victron Batteribalanserare blybatterier Cell pre-balancing vid bygge av egna LiFePO4-batteripack. JK BMS, active balancing BMS huvudsakligen inriktade på 48V LiFePO4 & LTO batterier. JK BMS jk-b2a24s: ser intressant ut med en riktigt aktiv balanseringsfunktion!
"The equalizer uses a supercapacitor as a medium to achieve active energy transfer equalization. The equalizer is suitable for 2 to 24 strings of battery packs with voltage acquisition and equalization. The equalizer works for 2A. The equalized current is used for energy transfer, and the equalization current does not depend on the voltage difference of the series connected cells in the battery pack. Voltage acquisition range 1V ~ 5V, accuracy ± 3mV."
Samt med: "Equilibrium line resistance detection, abnormal contact failure is found in advance." A-BMS, Active Battery Management System for 48V cycle applications. Batteries may be any lead-acid type or Lithium LiFePO4, and capacity in the range of 500 – 2400 AH. Battery life extension beyond the typical service life limits stated by the manufacturer for the actual operating conditions (DOD and temperature). Off-grid Garage´s all settings for 48V LiFePO4, Victron SmartSolar MPPT, JK-BMS & Victron Smart Shunt. GitHub: dbus-serialbattery, This is a driver for VenusOS devices (any GX device sold by Victron or a Raspberry Pi running the VenusOS image). The driver will communicate with a Battery Management System (BMS) that support serial communication (RS232, RS485 or TTL UART) and publish this data to the VenusOS system. The main purpose is to act as a Battery Monitor in your GX and supply State Of Charge (SOC) and other values to the inverter. Off-Grid Garage: How to connect your BMS to Victron Venus OS. Easy setup (of dbus-serialbattery) and works with JK, JBP, DALY and Heltec.
Behövs BMS till LiFePO4? En del förordar enbankslösning utan BMS i fritidsbåtar:
"Detta sprukna LiFePO4-batteri satt i en båt och fungerade klanderfritt i fem år, sedan small det och luktade starkt av aceton eller lösningsmedel i båten. Sedan fungerade det inte alls. Det finns mao ett skäl till att standarder som ABYC E-13 och ISO/TS 23625 (bland mycket annat) säger att det skall finnas en BMS som ser till att batteriet hålls inom de ramar tillverkaren satt vad gäller spänning, ström och temperatur. Eller som Einstein lär ha sagt: make it as simple as possible, but not simpler."
"Smällen kom när generatorn laddade normalt. Installationen var sådan som förordas i enbankslösning utan BMS. Förmodligen tog det fem år att uppnå tillräcklig obalans för att en cell skulle få överspänning. I standardena är BMS inte relativt, de säger exakt vad en BMS skall göra: skydda spänning, ström och temperatur, och balansera är optionellt. Om man misstror elektronik skall man undvika laddregulatorer för generator och för solceller, undvika plotter, VHF, Volvos motorer, bränslemätare mm mm.
Jag väljer nog att följa standarden och ha en BMS, och även ha annan elektronik ombord."
Skrivit av en som utvecklat egen BMS och säljer.
Lite då och då ser man liknande märkliga uttalande kring LiFePO4+BMS vs blybatterier: "LiFePO4 med en bra BMS är det självklara valet om man vill ha koll på batterierna samt skydda batterierna om laddningen skulle paja eller om ett för stort uttag skulle ske. Många blybatteri-ägare är ganska blinda eftersom de bara ser den totala volten i batteri banken samt att de saknar ett system som skyddar batteriet mot felaktig laddning med mera."
Är ju lätt att invaggas i en falsk trygghet av att kunna följa sina battericellers individuella spänning på mV-nivå via en LiFePO4-BMS och dess elektroniska cellbalansering som kompenserar för att LiFePO4-batterikemin inte själv kan hålla cellerna balanserade.
BMS är inte någon övervakning av batteribankens SoH (State of Health)!
Blybatteriers självbalansering av cellerna är en robustare och tryggare funktion då som är en del av deras batterikemi, vilket gör dem stabilt driftsäkra på egen hand så ingen övervakning av battericellernas individuella spänningar behövs! Det vanligaste rätt sällsynta haveriet hos AGM-blybatterier är avbrott, vilket inte skadar andra parallellkopplade blybatterier till det eller orsakar extern skada, så finns inget behov av skyddskretsar (BMS) för sådant haveri heller.
Jag har under mina 45+ år med blybatterier och ett off-grid solcellssystem med blybatteribank i kontinuerlig drift året runt sedan 2007 ännu aldrig råkat ut för att ett laddsystem havererat och gett blybatterierna felaktig laddning som förstört dem (men blir bara anekdotisk indikering)!
Så frågan är om det i verkligheten ger bättre trygghet med typ BMS-övervakning av laddsystemet som kan bryta om felaktig laddning skulle inträffa, och hur många nivåer ger högst säkert så ifall i övervakning av de elektroniska systemen som hanterar laddningen?!
Skulle det bli ännu tryggare med även övervakning av BMS-systemet?
Även en BMS-elektronik kan haverera och ge problem för batteribanken! En aktiv LiFePO4-cellbalanserare som får fel info om cellspänning kan aktivt förstöra cellen istället för att skydda den!
Tryggast / driftsäkrast är att batterikemin själv på ett robust sätt tar hand om cellbalanseringen som hos blybatterier utan att behöva förlita sig på att en extern BMS-elektronik behövs för att fixa det som hos LiFePO4! Samt att det elektroniska laddningssystemet är robust välbyggt i sig och har en bra fail-safe funktion inbyggt som ger skydd mot skadlig laddning vid sällsynt haveri!
Som idiomet If It Ain´t Broke, Don´t Fix It säger så är cellbalanseringen i blybatterier "Ain´t Broke" och behöver därför ingen BMS på cellnivå som fixar / övervakar det!
Vid s.k. enbankslösning med LiFePO4 ihop med BMS (dvs inget separat blystartbatteri i fritidsbåt) så blir det en load-dump från generatorn när BMS abrupt stänger av laddströmmen istället för att styra ned generatorn. Innebär att man riskerar en farlig hög spänningsspik i elsystemet då generatorn inte momentant kan reglera ned sin ström!
Magnetiseringslindningen i generatorn utgör en stor strömtrög induktans, så även om laddreläet slår av magnetiseringsströmmen direkt så kommer dess induktans att hålla igång strömmen med sin lagrade energi och det tar en kort stund för magnetiseringen i generatorn att klinga av.
Det innebär att direkt efter att den sista BMS stängt av laddningen kommer generator ändå producera samma ström, och då LiFePO4-batteribanken inte längre tar emot den strömmen och inget annat batteri heller får man en spänningsspik i systemet för att generatorn ska bli av med sin strömproduktion tills magnetiseringens ström klingat av.
Många behåller därför ett blystartbatteri för att ta hand om den load-dump strömmen från generatorn för att undvika sådan spänningsspik. Ett alternativ är att använda en "Alternator Protection Module / Device" som omvandlar load-dump strömmen till värme, men handlar om ett väldigt kortvarigt förlopp så blir inte mycket värme. Men utan det skyddet kan man lätt få så höga korta spänningsspikar ut i elsystemet att elutrustning och generatordioder skadas.
Typ: Sterling Alternator Protection Device Balmar Alternator Protection Module Balmar Alternator Protection Module, Startmotor.se TAO Performance delar med sig mycket kring "Advanced Battery & Energy Management System". Som det även beskrivs här:
"If the alternator suddenly gets disconnected from the battery, the alternator has no route to deliver it´s current. If the alternator has no other way to deliver it´s current, the load dump will most likely burn the alternator diodes and destroy the alternator.
If the loads are still connected, there is also a high risk of these loads getting the load dump with extremely high voltage levels destroying all the loads. Imagine what would happen to your navigation equipment if they would get a load dump from the alternator of more than 80V."
Li2TiO3 (Lithium-titanate battery, LTO) Litiumbatteri:2019-10-17, uppdaterad: 2020-05-09
LTO, Lithium-titanate, batteri är (Okt 2019) nya på marknaden för konsumenter sedan några månader men har funnits inom energisektorn runt 8 år.
Har en väldigt hög stabilitet mot thermal runaway or overheating och därmed brand, kan laddas extremt snabbt, klarar arbeta i kyla ända ned till -30°C, -40 till -50°C säger vissa källor, bra djupurladdning samt har lång livslängd med stor cyklingstålighet. Men får väl i dagsläget betraktas som ett extremt batteri. Har dock sett en som valt det till sin lilla off-grid stuga här i Sverige.
Ska ha bra batteriverkningsgrad(?), extrem livslängd på runt 20.000 cykler, tål att arbeta ned till -30°C med bra effektivitet, tål hög urladdningsström 6C kontinuerligt 15C max, kan laddas på 6 min 80%, men verkar variera lite väl mycket i polspänning över hela sitt SOC-område, typ nominell spänning 2,3V, laddspänning 2,8V, urladdningsgräns 1,6V. Samt vid låga temperaturer typ -20°C faller cellspänningen snabbt vid lite djupare urladdning!
Laddspänning 2,8V blir 16,8V för 6 celler, vilket blir över den de facto standard på max 15,5V som gäller för komponenter i 12V elsystem! Så lite svårt arbetsområde för cellspänningen för off-grid solcellssystem.
Har sett uppgifter för konstruktionslivslängd (battery life) på 10 år upp till 30 år för LTO.
Verkar ursprungligen framtagna för EV, typ motorcykel, bil & buss, där snabbladdning, många laddcykler samt funktion i låg temperatur är viktiga parameterar. Är i mycket motsatta behov mot vid off-grid, så med nuvarande pris (2020) nog inte värt att betala för till off-grid.
Eftersom så nya på konsumentmarknaden saknas erfarenhet där, men lite att läsa:
Wikipedia: Lithium-titanate battery
Ev-power.eu: Lithium Titanate (LTO) Cells - Technical Advantages
TOSHIBA: The SCiB™ - the outstanding characteristics of Toshiba SCiB™.
NiMH-batterier:2020-10-04
Som svenska Nilar är världsledande på. Med sin nya teknik via syrgasunderhåll. Här kan man läsa mer om nya syrgastekniken vars nya metoden leder till en markant minskad kostnad per levererad kWh och ger den för närvarande lägsta totalkostnaden för energilager på den globala marknaden. Samt hela doktorsavhandlingen om syrgasmetoden, "Development of metal hydride surface structuresfor high power NiMH batteries".
Nilar Hydrid® batterier (NiMH) karaktäriseras av lång kalendarisk livslängd (20+ år), samt av att vara brandsäkra, robustare och mer miljövänliga än andra batterier. Med en driftstemperatur inom -20°C to +50°C.
Nilars produktsortimen börjar som lägst på 96V batterispänning, så lämpar sig bara för off-grid med renodlad 230V drift. Möjligen kombinerat med DC-laddning av laddbar bil.
Så tar inte med NiMH i min batterival sektion nedan, då de faller lite utanför mitt scope här.
Att välja batterityp för off-grid:2019-07-28, uppdaterad: 2020-05-16
Disclaimer: Jag har varit intresserad av blybatteriers laddning ända sedan 1980, så har kanske en dragning åt dem, men försöker vara så objektiv jag kan här ändå! OBS! Nedan kunskap är de bedömningar jag gjort utifrån ett stort info-underlag, men inget jag kan garantera! Är även väldigt beroende av vilken kvalitet man köper samt hur de används.
Är svårt att hitta riktig bra entydig info om batteriernas jämförbara egenskaper och plus/minus-sidor, så blir min sammanställning och tolkning här av det jag hittat och tagit del av från andra.
Det jag skriver om att välja batteri här nedan gäller för off-grid drift som försörjningsbatteri, företrädesvis i solcellssystem med ström huvudsakligen från solpaneler.
I styckena ovan kan man läsa lite mer beskrivande om de olika batterityperna.
Samt i stycket Batterival vs systemdesign off-grid längre ned kan man läsa ett bredare resonemang kring de olika batteritypernas egenskaper och hur de passar in för sin egna off-grid systemutformning.
Varierande förutsättningar:
Som alltid gäller det att fundera igenom vilka egenskaper man har behov av för sin egen off-grid applikation för att på ett bra sätt välja lämplig batterityp för en själv.
Har man t.ex. inte behov av att ladda sin batteribank på 6 min så är det ju ingen egenskap att betala extra för.
Behöver man kunna ladda dem i kyla är det en viktig egenskap.
Vill man kunna plocka ut höga strömmar för t.ex. en kraftig 12/24/48V-230V växelriktare är det en viktig egenskap, har man inte det behovet så behöver man inte betala för det heller.
Är det den primära investeringskostnaden eller är det livstidskostnaden som är viktigast för en.
Kommer man cykla batterierna extremt mycket eller bara använda dem ett par veckor per år?
Alla batterier har ett åldrande av kalendertid, så en liten cykling innebär inte att man kan få 20-30 års livslängd!
Med mera... Är inte en batterityp som är bäst, utan de är bra inom olika områden.
Kommer man bara använda batterierna några veckor på sommaren och de kommer stå underhålls-/float-laddade större delen av övriga året via solpaneler och man funderar på AGM, så bör man kanske överväga Stationära / UPS blybatterier, då de är konstruerade för väldigt långvarig underhållsladdning vid 100% SOC. Speciellt om man valt en MPPT-laddregulator. Ibland säljs begagnade UPS-blybatterier ut från datorserverhallar, ofta i bra kondition, vilka kan var prisvärda. Har några gånger sett begagnade EnerSys PowerSafe V UPS AGM-blybatterier så.
Som referens: Jag har kört med 2x80Ah Tudor Marin TR350 Dual öppna fritids blybatterier sedan 2007. De senaste köpta 2012-07-07 resp. 2015-05-21 och fortfarande fräscha i funktion hösten 2020. Har fungerat väldigt bra och visade sig i April 2021 att det äldsta blybatteriet nådde nästan 9 års livslängd innan det gav upp då, men kör då med strömpulsladdning under absoptions och float laddfaserna. Hade då ännu inte märkt av någon direkt sulfatering av batteriet! Belastar mitt elsystem glest som mest med 12V/230V växelriktare på 350W (0,2C), men som regel med <100W (0,05C) och regelbundet <60W (0,03C).
I linje med lämpliga max 0,05C urladdning för denna batterityp.
Blir billig livstidskostnad för de batterierna köpta för runt 850kr/st! Men är inget jag ändå direkt skulle rekommendera, men just då var det ett bra val för mig.
För 160Ah blybatterier rekommenderas högst 0,1C/16A laddström för bra livslängd, så tycker jag ligger bra till så med de drygt 12A laddström (0,08C) jag får som mest från solpanelerna samt med belastningen av batterierna, vilket även praktisk funktion visar!
Min användning är i en liten off-grid husvagn, där jag även helgcampar då och då året runt.
Idag skulle jag satsa på BlyKol-batterier!
Sedan 11 Maj 2021 har jag 2x106Ah blykol-batterier, vilket ger 5 dygns dåligt-väder-reserv urladdade till 90% DOD, vilket är OK urladdningsdjup så sällan för dem. Nu Februari 2022 är erfarenheten såhär långt väldigt positiv från dem. I Juni 2022 sammanfattade jag mitt första års erfarenhet av mina 2x 106Ah Victron lead carbon blykol-batterier.
Blybatteri startbatteri typ:
Dessa ska undvikas helt och fungerar inte alls för off-grid som försörjningsbatteri, då de inte tål djupare urladdningar! Renodlade startbatteri är gjorda för att kunna leverera stora strömmar, men tål då bara att laddas ur 15-20% regelbundet!
Men finns lastbilsstartbatterier som är av dual-typ (som fritidsbatteri) för att klara att driva alla hjälpsystem hos ett modernt tungt fordon, så de går även bra i off-grid om man kommer över.
Blybatteri Marin Dual typ, öppna Fritidsbatteri:
Lågt pris.
Låg vikt för att vara blybatteri.
För små strömbehov och låg cyklingstålighet samt inte så bra livslängd.
Laddström måste begränsas för att nå hyfsad livlängd.
När lågt pris och/eller lite lägre vikt önskas men behoven av ström och cyklingstålighet är låga.
Kan frysa sönder vid låg laddningsgrad vintertid.
Långsam laddning av sista 15-20% strömmängd.
Livslängd 3-4 år vid vanlig användning med bra laddning, men mina är nu (Okt 2020) över 8år via strömpulsladdning med bibehållen bra funktion.
Bäst livslängd vid strömpulsladdning under absorptions- och float-laddfaserna.
Bör bli helt fulladdade minst 1ggr/vecka i aktiv drift för bäst livslängd.
Vid standby bör de dock förvaras vid 100% SOC, helt fulladdade för bäst livslängd.
Kan ge något lägre livstidskostnad än AGM, pga sitt låga pris.
Dimensioneras normalt för max 50% urladdningsdjup (DOD) och regelbundet 30% DOD.
Energiverkningsgrad 75-80%, lägre vid högre strömmar. Högre vid off-grid drift ≈85%.1B
För enkla 12V batteribanker.
Kan behöva underhåll med påfyllning av batterivatten.
Gaser måste ventileras ut via slang samt kan läcka syra vid haveri eller vält läge.
Hög batterisäkerhet, dock läkagerisk för frätande syra samt avger små mängder explosiva gaser.
AGM blybatteri, typ djupurladdnings:
Halvlågt pris.
Hyfsad cyklingstålighet.
Moderat strömuttag.
Laddström bör begränsas för att få lång livslängd, dock ca 50% högre än GEL.
Klarar vintertemperaturer.
Många modeller tål att frysa utan att skadas - läs dess datablad.
Långsam laddning av sista 15-20% strömmängd.
Bör uppnå runt 10 års livslängd rätt dimensionerade, laddade och använda samt bra kvalitet.
Bäst livslängd vid strömpulsladdning under absorptions- och float-laddfaserna.
Bör bli helt fulladdade minst 1ggr/vecka i aktiv drift för bäst livslängd.
Vid standby ska de förvaras vid 100% SOC, helt fulladdade.
Dimensioneras normalt för max 70% urladdningsdjup (DOD) och regelbundet 50% DOD.
Energiverkningsgrad 80-85%, lägre vid högre strömmar. Högre vid off-grid drift ≈90%.1B
Seriekopplade till 24/48V bör Batteribalanserare användas för att hålla samma laddstatus på batterierna. Se dock om självbalansering längre ned!
Hög batterisäkerhet.
Läckagesäkra slutna utan behov av ventilering, dock ska utrymmet runt vara normalt ventilerat.
GEL blybatteri, typ djupurladdnings:
Mellanpris, lite dyrare än AGM.
Bra cyklingstålighet, något bättre än AGM.
Lågt strömuttag, fungera bäst med långsamma urladdningar.
Laddström bör begränsas för att få lång livslängd, lägre än för AGM.
Klarar vintertemperaturer hyfsat, men lägre ström då.
Tveksamt om de tål att frysa utan att skadas - läs dess datablad.
Långsam laddning av sista 15-20% strömmängd.
Bör uppnå 10-12 års livslängd rätt dimensionerade, laddade och använda samt bra kvalitet.
Bäst livslängd vid strömpulsladdning under absorptions- och float-laddfaserna.
Bör bli helt fulladdade minst 1ggr/vecka i aktiv drift för bäst livslängd.
Vid standby ska de förvaras vid 100% SOC, helt fulladdade.
Dimensioneras normalt för max 80% urladdningsdjup (DOD) och regelbundet 60% DOD.
Energiverkningsgrad 80-85%, lägre vid högre strömmar. Högre vid off-grid drift ≈90%.1B
Tål högre temperatur bättre (typ +30 - +40°C), med ca 50% längre livslängd än AGM då.
Extremt känsliga för gasning, då gasen fastnar i gelen, så höga krav på laddspänningsreglering.
Därför krävs alltid temp-givare för batteritemp, så temperaturanpassad laddning blir noga.
Då gasning måste helt undvikas laddas GEL med lägre spänning, vilket ger längre laddtider.
Utjämningsladdning (Equalization) är ej tillåten då det gasar batteriet.
Högre inre resistans än AGM, vilket begränsar strömmen.
Seriekopplade till 24/48V bör Batteribalanserare användas för att hålla samma laddstatus på batterierna. Se dock om självbalansering längre ned!
Hög batterisäkerhet.
Läckagesäkra slutna utan behov av ventilering, dock ska utrymmet runt vara normalt ventilerat.
GEL används bl.a. inom UPS och liknande driftsfall.
Känner mig dock lite osäker med kunskapen kring GEL-blybatteri!
På ett sätt känns GEL som lite föråldrad princip mot AGM som bruksbatteri för off-grid.
GEL tekniken utvecklades på 1950-talet och AGM tekniken på 1980-talet, så är faktiskt så.
Men samtidigt framhålls dess positiva egenskaper på flera ställen, men säljs mer AGM.
Batteritillverkaren Concorde Sun Xtender skriver om olika svagheter hos GEL-blybatterier. Gel Cell batteries still are being sold, but AGM batteries are replacing them in most applications.
AGM Bly-kol batteri, typ djupurladdnings:
Halvhögt pris.
Tunga som andra blybatterier, dock lite lättar när hänsyn tas till att de kan djupurladdas mer.
Bra cyklingstålighet, betydligt bättre än vanliga AGM.
Tål djupurladdningar bra samt att vara partiellt laddade längre perioder.
Hyfsat hög ström.
Laddström högre än AGM men lägre än LiFePO4, typ mitt emellan.
Laddström bör begränsas men klarar hyfsat hög ström.
Klarar vintertemperatur, och om AGM-utförande tål många modeller att frysa - läs datablad.
Men vissa tillverkar anger laddningstemperatur >0°C medan andra anger >-40°C!
Generellt bör dock blykol-batterier klara -30°C - +50°C både vid laddning och urladdning!
Bättre laddmottaglighet än övriga blybatterier, så den sista 15-20% strömmängden bör laddas snabbare hos blykol. Mycket pekar på att blykol bulkladdas inom 0%SOC till 90%SOC, så bara de sista 10% går lite långsammare. Se 1 års driftserfarenhet.
Bör uppnå 10-15 års livslängd rätt dimensionerade, laddade och använda samt bra kvalitet.
Bäst livslängd vid strömpulsladdning under absorptions- och float-laddfaserna.
Bör troligen bli helt fulladdade minst 1-2ggr/månad i aktiv drift för bäst livslängd.
Klarar drift partiellt laddade mellan de laddas fullt, troligen enstaka perioder på 3-4 månader.
PSOC-drift utmärker blykol-batterier, PSOC = Partiell State Of Charge.
Vid standby ska de förvaras vid 100% SOC, helt fulladdade. Dimensioneras normalt för max 90% urladdningsdjup (DOD) och 70% DOD regelbundet.
Energiverkningsgrad 95-98%, lägre vid högre strömmar. Troligen något högre vid off-grid drift.1B
Seriekopplade till 24/48V bör Batteribalanserare användas för att hålla samma laddstatus på batterierna. Se dock om självbalansering längre ned!
Hög batterisäkerhet.
Läckagesäkra slutna utan behov av ventilering, dock ska utrymmet runt vara normalt ventilerat.
Bly-Kol kan göras både i AGM eller GEL utförande, men är i AGM-utförande som beskrivs här.
Är (Okt 2019) ganska nya på marknaden, så lite ont om erfarenheter / info om dem ännu.
Jag har dock haft blykol startbatteri i min bil sedan Feb 2012, med väldigt positiva erfarenheter.
Har själv blykol-batterier sedan 11 Maj 2021, efter utvärdering vad som blev bäst i mitt off-grid.
Blykol-batterier har fått bra spridning i England (UK), bl.a. inom off-grid narrowboats.
LiFePO4 (LFP) litiumbatteri:
Högt pris.
Låg vikt.
Stor cyklingstålighet.
Tål djupurladdningar bra samt att vara partiellt laddade längre perioder.
Stora strömmar.
Bra laddmottaglihet, ända till fulladdat batteri.
Hög laddningsverkningsgrad.
Kan inte laddas i vintertemperaturer (lägsta gräns 0°C / +5°C, beroende på fabrikat).
Kräver bra BMS (Battery Management System) då laddningsförloppet är känsligt.
Bör uppnå 10-15 års livslängd rätt dimensionerade, laddade och använda samt bra kvalitet.
Jag har inte kunskap om hur de bör laddas för bäst livslängd. Dess ideala drift stämmer inte med hur det naturligt blir i off-grid solcells fritidsboende!
Stabil kemi (med BMS!) för att vara inom litiumbatterifamiljen.
Fråga: Kan BMS göra stabiliteten känslig för åsköverspänningar?
Dimensioneras normalt för max 90% urladdningsdjup (DOD) och 70-80% DOD regelbundet.
Dock ska de 80% DOD hanteras inom 90%-10% SOC, vilket kan vara lite småbesvärligt.
Vid långvarig standby, typ ett par månader, bör LiFePO4 förvaras vid 50% SOC (40-60% SOC).
Är känsliga att förvaras helt fulladdade 100% SOC någon tid, är direkt skadligt.
Energiverkningsgrad 95-98%, lägre vid högre strömmar. Vet ej hur off-grid drift påverkar.1B
Risken för förtida åldrande verkar lägre hos LiFePO4 än AGM/GEL blybatteri - BlyKol vet jag ej.
LiFeMnPO4? - Ska söka info!
LiFeYPO4? - Ska tåla laddning i kyla (-20°C?), Y = Yttrium?. Ska söka info!
Detta har dock börjat ifrågasättas under 2021, även av några tillverkare. GWL (leading lithium battery cell and solar component distributors in Europe) har numera tagit bort den datan om laddning i kalla vintertemperaturer från sina WINSTON LiFeYPO4 celler, vad jag sett! Ett exempel LiFeYPO4 i svensk webshop, Laddning -45 till +85°C, Urladdning -45 till +85°C.
Även hos Winston 40Ah 200Ah LiFeYPO4 (-25°C up to 80°C), en e-shop flera tipsat om.
Men Winston LiFeYPO4 3.2V 60Ah singelcell har angivet -45°C up to 85°C (discharging).
Li2TiO3 (Lithium-titanate battery, LTO) Litiumbatteri:
Så nya på konsumentmarknaden, så finns ännu inte kunskap / erfarenhet att kunna jämföra här, men läs lite ovan om LTO. Ska tåla laddning i kyla (-30°C?). Kostar väldigt mycket än.
LiFePO4 vs BlyKol i off-grid solcellssystem för fritidsboende:2022-10-15
Jag är fortfarande lite undrande över hur man driftar LiFePO4 optimalt i ett off-grid solcellssystem för fritidsbruk där man har längre tider i passiv standby-drift?! Det råder rätt bra konsensus kring att LiFePO4 inte bör float-laddas aktivt vid 100% SOC och en hel del pekar mot att de inte ens bör hållas laddade vid 100% SOC utan laddning längre tider.
Samtidigt verkar de flesta BMS toppbalansera vid fulladdade LiFePO4-batterier, men kanske är något som kan avvaras under standby-drift?
Samt det råder bra konsensus kring att LiFePO4 bör hållas inom ca 40-60% SOC vid längre tids passiv drift, för bäst livslängd.
Dessutom brukar det ofta poängteras att en av de stora fördelarna med LiFePO4 är att man kan utnyttja hela dess kapacitet vid cykling vs blybatterier, och då behöver ju LiFePO4 vara 100% SOC fulladdade även när man kommer spontant till sitt off-grid ställe efter längre tids standby-drift! Önskan är ju att alltid komma dit till 100% SOC fulladdad batteribank!
Så jag har svårt att komma fram till något annat än att det måste bli en del kompromisser för driften av LiFePO4 i off-grid solcellssystem för fritidsbruk, utifrån att LiFePO4 optimalt cyklas symmetriskt kring 50% SOC medan i både den naturliga och önskvärda driften i off-grid solcellssystem utgår cyklingen från 100% SOC fulladdad batteribank för max tillgång till dåligt-väder-reserven! Och troligen att LiFePO4-driften då måste styras olika både utifrån temperatur och utifrån om det är aktivt drift vid boende eller mer passiv standby-drift i perioder där emellan.
Hur det bör göras finns det verkligen ingen konsensus för kring LiFePO4!
Generellt kräver LiFePO4 därför mer kunskap och intresse för batteribankens drift, anser jag!
Men visst man behöver inte fokusera för mycket på cyklingslivslängden för LiFePO4 i fritidsdrift hos off-grid solcellssystem, då det är näst intill omöjligt att hinna utnyttja dess långa cykellivslängd där innan de når sin livslängd från kalendertidsåldrande, som verkar vara runt 10-12år kanske upp mot 15år (lite osäkra siffror ännu dock).
Bra AGM blykol-batterier har ju sin optimala drift med cykling utgående från 100% SOC samt trivs bäst vid 100% SOC aktiv float-laddning även vid längre standby-drift och tål även laddning i vinterkyla. Så oavsett drift vid aktivt boende, passiv standby-drift, sommarvärme eller vinterkyla så trivs de bäst att driftas på precis samma sätt med fokus på 100% SOC fulladdat! Och råder bra konsensus kring det! En väldigt enkel realiserbar bekymmersfri drift!
Att blykol-batterier kan aktivt float-laddas under längre passiv standby-drift innebär samtidigt att solcellsströmmen kan direkt driva strömförbrukningen så långt den räcker till för när man växlar till aktivt boende, så strömförbrukning ur batteribanken bara görs i den grad det verkligen krävs! På så sätt värnas alltid maximal laddningsgrad i batteribanken automatiskt utan krav på förändring i driften av solcellssystemet!
Så varje gång jag ser dessa lite bekymrade frågor kring hur LiFePO4 bör driftas olika årstider och säsonger så känner jag mig extra nöjd med hur enkelt, bekymmersfritt och rakt fram driftandet av mina AGM blykol-batterier är i mitt off-grid solcellssystem för fritidsbruk.
Samt vad jag ser får jag i min drift svårt att även med mina AGM blykol-batterier hinna utnyttja dess hyfsat stora cyklingsförmåga innan batterierna når sin livslängd av kalendertidsåldrande efter 12+ år.
Och min AGM blykolbatteribank är dimensionerad för att utnyttja 90% DOD av batterikapaciteten när hela dess 5dygns dåligt-väder-reserv utnyttjas rätt glesa gånger så i ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem!
Och verkar inte vara någon katastrof om bra AGM blykolbatterierna laddas ur till 100% DOD någon enstaka gång, då de normalt tål det 500-1000ggr.
Så ju mer frågor jag ser kring driften av LiFePO4 i off-grid solcellssystem samt ju mer jag läser kring LiFePO4 så blir jag bara mer nöjd med mitt val av AGM-blykolbatterier för min drift med rätt moderata strömmar, då den är så jäkla enkel och bekymmersfri och sköter sig helt själv året runt utan något engagemang från mig. Och utan behov av att styras för att driftas olika vid aktivt boende eller längre tids passiv standby-drift, vinter eller sommar.
Läs även mer beskrivning kring detta i avsnittet Batterival vs systemdesign off-grid.
Samt se även diagrammen över cyklad livslängdskapacitet högre upp.
Titta även på Total cyklad livslängdskapacitet vs DOD längre ned.
Inverkan av batterikvalitet, konstruktion samt skötsel:
Blybatterier är inte något enhetligt begrepp med en viss typisk prestanda, utan kvalitet, konstruktion samt skötsel / drift avgör mycket hur livslängden blir. Speciellt misskötsel eller feldimensionering påverkar blybatteriers livslängd väldigt mycket! Gäller även övriga batterityper.
Som en berättar om sin blybatterierfarenheter:
"Jag har haft 2 Concorde Sun Xtender (AGM) i stugan och varit mycket nöjd med dessa. De var dyra, men de har har betalat sig då jag innan dess hade "vanliga" AGM solcellsbatterier och de höll mindre än 5 år och de jag har nu har hållit mer än 15 år."
Hos Sun Xtender - About kan man läsa hur de jämför sig med några andra blybatterier.
Gäller samma för mina två enkla Tudor Dual fritidsblybatterier TR350 TUDOR DUAL 80Ah, som nu mars 2021 har en ålder på 6 resp. 8,5 år med fräsch funktion ännu men normalt räknas få en ålder runt 3 år. Mina är ändå cyklade rätt mycket, men får en bra vårdande strömpulsad laddning via en PWM-regulator. Samt mitt off-grid solcellssystem har en noga balanserad systemdesign som belastar blybatterierna rimligt vettigt, även om de ibland laddas ur till 70% DOD.
2020-06-22: 1B.) Vid ett robust väldimensionerat solcellsbaserat off-grid elsystem har man en dåligt-väder-reserv på ≥5dygn och laddar därmed aldrig ur sina batterier i ett svep, som flera egenskaper hos blybatterier definieras vid. Blir även med en låg medelström. En molnig Juni-dag då jag fick ganska precis den medelström jag förbrukar i min off-grid husvagn från solcellerna mätte jag upp energiladdningsverkningsgraden för mina marina öppna fritidsblybatterier, när 12V kylkompressorn går ca 15min och lånar 75% av strömmen ur batteriet, sedan står still ca 45min och strömmen då återladdas till blybatterierna. Detta vid ca 85% SOC laddnivå i dem. Då jobbar mina lite enklare blybatterier med >90% energiverkningsgrad (Wh η) vid den partiella cyklingen, mot generellt angivna 75-80% för dem vid hela urladdningscykler! Så normal off-grid cykling är generellt effektivare för blybatterierna.
Sommartid använder man i stort 50% av strömmen direkt från solcellerna på dygnsbasis vid drift av kylskåp m.m., vilken då inte alls påverkas av batteriverkningsgraden energimässigt!
En bra vetenskaplig rapport hos ett svenskt universitet med en meta-studie kring strömpulsad laddning visar även att strömpulsad laddning ger en högre coulomb verkningsgrad (Ah η) hos blybatterier, och min strömpulsladdning är då även gynnsamt för det. 2020-10-02: Analys av VictronConnect loggdata från en 40-dygns testperiod under September 2020 med en Victron SmartSolar 75/15 MPPT-regulator gav en energiladdningsverkningsgrad för mina 2st Tudor Fritidsblybatteri på omkring 90%! Så än säkrare nu att den är i den häraden vid sund drift i off-grid solcellssystem med strömpulsad laddning.
Bodde då 3st 2-dygns perioder där plus 1st dagsbesök, med gott om tid både före och efter att nå stabil standby drift för loggdatan.
Förbrukar runt 390Wh/dygn vid boende (ca 35Ah/dygn, 12V). Vid standby har jag en förbrukning på 56Wh/dygn (ca 5Ah/dygn) för mina två batteripulsande enheter som "motionerar" blybatterierna (vid PWM-regulator drift), för laddregulatorn samt för batteriernas självurladdning.
Har 2x80Ah Tudor marina fritidsblybatterier samt 250Wp solpaneler på off-grid husvagnen.
Det vanligaste urladdningsdjupet blir normalt runt 10%-30% DOD för en sunt dimensionerad off-grid solcellsanläggning med 70% DOD för utnyttjad dåligt-väder-reserv. En dåligt-väder-reserv på 3-5 dygn ger en låg medelström för urladdningen.
Är så mycket data kring batterier som utgår från 20h urladdningstid och inte 3-5dygns urladdningstid som vid sunt dimensionerad off-grid, samt urladdning som en hel urladdningscykel i ett svep till kanske 70%-80% DOD (100%?), så är troligen så även med de laddningsverkningsgrader som brukar anges för blybatterier!
(DOD = Depth Of Discharge, urladdningsdjup)
Inbördes rangordning av batteriegenskaper vid köp av likvärdig batterikvalitet.
Rangordning av egenskaper utan kvantifiering mellan ordningsstegen. 4 = bäst
Mars 2020
Tyngd (Vikt)
Livs-cykler
3.Djup-urladdn.
Ström-uttag
Pris inköp
Kostnad Livstid
Låg-Temp
Verkn.-grad
Säker-het
5.Ladd-mottag.
Ladd-ström
Batt.Typ
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Marin:4
X
X
X
X
X
X
x
X
X
x
X
X
x
X
x
AGM:
X
X
X
X
X
X
x
X
X
X
X
X
GEL:2
X
X
X
x
X
x
X
X
x
X
X
X
X
X
Blykol:1
x
X
X
x
x
X
X
X
X
X
x
X
X
X
X
LiFePO4:
X
X
X
X
X
X
X
x
X
X
X
X
1.) Ganska nya på marknaden, så begränsat med erfarenhet och info. Jag dock haft blykol startbatteri sedan 2012. 2.) Är lite osäker på data och egenskaper för GEL blybatterier. GEL tål ingen gasning, så kritisk laddning. 3.) Se även visualisering av normal cyklisk drift (DOD) för olika batterityper i SOC-Spänningstabellen. 4.) Marina öppna blöta fritids blybatterier. 5.) Blybatterier älskar solceller då de trivs med att hållas småladdade hela tiden, Litium kan ha problem med detta.
LiFePO4 bör cyklas inom 10% - 90% SOC, medan blybatterier älskar att hållas vid 100% SOC mesta tiden. En batterikvalité långt över ens behov försämrar bara ekonomin för ens anläggning utan någon nytta tillbaka. Typ LTO´s 20.000 cykler / 365 dagar = 55 år 1 cykel/dygn, som blir svårt för många att hinna utnyttja.
Eller LiFePO4 med 5000 cykler / 365 dygn = 14 år 1 cykel/dygn, som kan bli lite overkill i fritidsstuga.
Batterier har en viss konstruktionslivslängd, ofta runt 10-12 år för djupcyklings, så åldras även av ren kalendertid vilket ofta gör det svårt att hinna utnyttja en extrem cyklings prestanda.
AGM-blykol av högre kvalitet har ofta en designlivslängd på 15 år, för LiFePO4 är det rätt okänt ännu men kan nog räkna med samma för dem.
En del högkvalitativa öppna deep cylce blybatterier har en designlivslängd på 20 år.
Total cyklad livslängdskapacitet vs DOD:nytt 2022-11-02:
Det är rätt vanligt med diagram för totalt antal battericykler vs DOD för batteriers livslängd, vilket kan vara bra när man vill uppskatta hur lång kalendertid ens batteribank har chans att hålla i förhållande till hur den cyklas.
Däremot har jag inte sett motsvarande för totalt cyklad kapacitet (kA/100Ah) vs DOD för batteriers livslängd, som då visar den cykling som blir mest ekonomisk.
Båda dessa är bara intressanta om de kan leda till att uppnådd livslängd för batterierna nås före kalenderlivslängden / designlivslängden, vilket är svårt för LiFePO4 i ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem!
Så jag har här räknat fram kurvan för totalt cyklad livslängdskapacitet kAh/100Ah C20-batterikapacitet ur datan: 100Ah * DOD * Cycles / 1000.
Naturligtvis blir detta lite teoretisk då så många olika faktorer kan påverka batterilivslängden, men bör ändå ge en bra bild för att kunna jämföra olika batterityper med varande för ett off-grid solcellssystem anser jag.
Diagrammen får väl anses gälla för renodlad off-grid solcellsdrift och inte för typ drift i fritidsbåt med huvudsaklig laddning från båtmotorns generator med ofta brutala strömmar samt utan dåligt-väder-reserv för solcellsdrift, där är nog LiFePO4 överlägsna för den driften.
Samt bygger inte på omfattande forskningsdata så få tas med en nypa salt och ses som en indikation. Men är konstigt att inte även den cyklade livslängdskapaciteten används allmänt!
Båda kurvorna är dock intressanta då antal cykler vid 1 cykel/dygn visar på antal års livslängd (om kortare än kalenderlivslängden) samt cyklad livslängdskapacitet vs DOD visar för vilket cyklat urladdningsdjup man får mest ekonomisk drift och hur det varierar med DOD.
Som referens så i ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem med 5 dygns dåligt-väder-reserv blir den regelbunda cyklingen 10-30% DOD för traditionella AGM-blybatterier med 70% DOD dimensionerat urladdningsdjup samt 12-38% DOD för AGM-blykol med 90% DOD dimensionerat urladdningsdjup, dvs i snitt 20% DOD resp. 25% DOD.
Innebär att i ett off-grid solcellssystem cyklas både tradionella AGM-blybatterier och AGM-blykol i stort vid sitt mest ekonomiska cyklingsdjup medan för LiFePO4 avviker det mycket från mest ekonomiskt cyklingsdjup enligt denna datan.
Man kan även se att för ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem för fritidsboende så bör både traditionella AGM-blybatterier (om än med liten marginal) och AGM-blykol (med stor marginal) klara cyklingen för 12 resp. 15 års designlivslängd! Stabilast drift för den livslängden får man dock med en vårdande strömpulsad laddning, samt AGM-blykol har mycket bättre tolerans mot att inte lika ofta bli 100% SOC fulladdade och tar emot laddning bättre!
Privatimport av batteri / elektronik utanför EU:nytt 2022-02-22:
Att ett företag i EU tar det legala ansvaret, garantiansvar samt kostnader för batteri-/elektronikåtervinning är en del av det jag betalar för vid köp i Sverige.
För mig känns Victron som stor aktör inom off-grid solcellssystem i Europa som en bra garant för att mina blykol-batterier håller bra kvalitet, så att köpt Victron lead-carbon batterier via en svensk återförsäljare känns bra för mig!
Om du privatimporterar, hur ser då ditt försäkringsbolag på det om de produkterna mot förmodan skulle ge upphov till ett försäkringsärende?
Hur försäkrar man sig om kvalitén, att det man köper är tillverkad från bra råvaror, har en bra tillverkning, inte är produkter som sorterats ut vid det företagets ordniarie kvalitetsgranskning, eller t.o.m. är begagnade uppfräschade? Sveriges Konsumenter har en bra frågor & svar (Q&A) om privatimport:
"När ett företag köper produkter från länder utanför EU så sätter de "en produkt på marknaden", då ställs höga krav på att företaget har kontrollerat att produkten är tillverkad enligt kraven och att produkten är säker att använda. När du som privatperson köper en produkt ifrån ett land utanför EU måste du själv göra denna kontroll och ta ansvar för att produkten är säker att använda." Tre skäl att handla inom EU.
"Batterier omfattas av ett producentansvar. Det betyder att de som sätter batterier på den svenska marknaden i första led, det vill säga tillverkare och [privat]-importörer, är skyldiga att se till att batterierna återvinns när de är slut.": Batteriåtervinningen - Visste du att?
"Du som tillverkar, importerar och säljer elektronik har ansvar för att produkterna är säkra och att de uppfyller kraven i reglerna. Kraven på tillverkare av elektronik är generellt sett mer omfattande men även du som köper av någon annan och bara säljer vidare har ett ansvar. Om du importerar din elektronik direkt från en tillverkare eller leverantör utanför EU, så är det viktigt att tänka på att det är ditt ansvar att ställa krav på de produkterna så att de följer EU:s regler.": Kemikalieinspektionen: Elektronik - kort om regler
"Batteridirektivet innehåller regler om förbud mot att släppa ut batterier och ackumulatorer på marknaden om de innehåller över en viss halt av tungmetallerna kvicksilver och kadmium.": Kemikalieinspektionen: Batterier
Batterival vs systemdesign off-grid:nytt 2020-11-10, uppdaterat 2022-02-23:
I min värld handlar batterival om en bit i det man brukar kalla för systemdesign, dvs hela ens off-grid elsystem måste designas tillsammans för hur det är tänkt att användas. Frågor som: vilken strömmängd kommer man använda?, vilken max strömstyrka är aktuell?, hur kommer strömmen användas (korta stora strömutag eller mer jämt utspritt)?, kommer systemet utnyttjas frekvent?, kommer det vara långa tider det inte används aktivt?, hur ser användningen ut under vinterhalvåret?, vill man alltid ha full strömkapacitet laddad att unyttjas direkt man kommer dit?, kommer man köra vissa stora strömförbrukare bara soliga dagar och vill få mycket av strömmen återladdad samma dag?, hur många dagars dåligt-väder-reserv vill man ha?, är det inköpskostnaden som är viktigast eller livslängdskostnaden?, vill man kunna bygga ut i framtiden?, etc.
Jag har skrivit lite mer koncenterat om Att välja batterityp för off-grid högre upp.
Detta avsnittet var svårt att få ihop utan att det blev en hel bok, så kanske lite rörigt kompakt?!
Kommer säkert att fortsätta att fila och fixa med samt komplettera texterna framöver.
2021-05-25, uppdaterat 2022-02-23:
Man kan även dela in off-grid system i tre grova kategorier med lite olika behov:
Renodlade solcellssystem, där runt 5 dygns dåligt-väder-reserv är centralt i batteribank.
Off-grid solcellssystem med enbart laddning av ström från solcellerna för fritidsboende.
Ger en drift som är väldigt bra för blybatterier, med regelbunden cykling inom 10-30% DOD!
Åretruntboende där laddning vintertid från reservkraftgenerator ofta blir centralt.
Ger även väldigt mycket batteri-cykling jämfört med fritidsboende.
Här är ofta en dåligt-väder-reserv på 7-10 dygn aktuellt.
Bör kunna fungera bra med både LiFePO4 och AGM blykol-batterier, lite beroende på drift!
Fritidsbåtar där laddning från båtmotorns generator med kort laddtid ofta är centralt.
Husbilar kan hamna lite här i brukande, men beror på hur man använder dem.
Här är helt driften och fördelningen av laddning mellan generator och solceller avgörande för det antal dygn dåligt-väder-reserv som behövs! Ofta cyklas batterierna djupt i denna drift!
Vid mer renodlad generatorladdning utan dåligt-väder-reserv för solcellsdrift och regelbunden cykling över större delen av kapaciteten får man en drift olämplig för blybatterier!
I vilken off-grid kategori ens system passar in på, påverkar vilken batterityp som blir ett bra val. Laddning via båtmotors generator med ofta brutalt hög ström eller laddning via renodlat off-grid solcellssystem som sunt dimensionerat ger rätt moderata strömmar ger helt olika driftsförutsättningar som ställer helt olika krav på batteribanken!
På mina webbsidor här belyser jag främst utifrån ett renodlat off-grid solcellssystem, men resonerar även lite utifrån de andra främst då åretruntboende.
I vissa fall blir då LiFePO4 det bästa batterivalet, i många fall är AGM blybatterier de vettigaste valet och ibland t.o.m. fritidsblybatterier.
Och för väldigt många ser de lite nyare AGM-blykol batterierna ut att bli det vettigaste valet en lång tid framöver, bedömer jag nu Maj 2020.
Man måste kunna se både nackdelarna och fördelarna hos de olika batterityperna, och alla batterityper har både och. Och förstå sig på nackdelarna så man sköter batterierna rätt så de drabbar en så lite som möjligt, eller väljer bort vissa batteriegenskaper för sitt system. 2022-02-24
För både LiFePO4 och BlyKol-batterier saknas även generell erfarenhet från långvarig off-grid drift, typ 10+ år, så det går inte att säga mer bestämt hur tidsaspekten påverkar dem. BlyKol bygger dock på den vanliga blybatterikemin i grunden, så den finns mycket erfarenhet kring.
"Usable lifespan: Extensive LiFePO4 usage began in 2012. Claimed lifespan is based on speeded-up cycling. There can be no real-life data until 2022. Anecdotal evidence indicates it is probably 8-10 years." (från seriös källa) 2022-06-28:
Tankar för fritidsbåtägare som tänker uppgradera från lågpresterande Fritdsblybatterier:
Finns ett par alternativ i prestanda mellan lågpresterande Fritidsblybatteri och LiFePO4!
1. AGM djupurladdningsblybatteri (ej dual-purpose!).
2. AGM blykol-djupurladdningsbatteri med signifikant bättre prestanda!
Enligt min bedömning når AGM blykol (lead-carbon) sammanvägt 2/3-dels väg mellan vanliga AGM-djupurladdningsblybatteri och LiFePO4!
Och vanliga AGM-djupurladdningsblybatterier presterar märkbart bättre än kompromissen fritidsbatteri (dual-purpose)!
Men LiFePO4 är märkbart lättare och mindre om det är viktigt.
Vilket som blir mest optimalt att välja beror på vilken drift de ska utsättas för. Vid regelbundna brutala laddströmmar från båtmotors generator och daglig cykling av större delen av batterikapaciteten är oftast LiFePO4 bästa val, annars tror jag AGM blykol djupurladdningsbatteri ofta blir ett bra val för många vid användning för fritidsboende off-grid.
Men väljer man att dimensionera sin batteribank snålt så nästan hela batterikapaciteten i den cyklas dagligen har LiFePO4 fördelar.
Mer resonemang och kunskap följer nedan:
Listar lite systemdesign aspekter här för batterival, men blir lite rörigt så kort och kompakt:
(DOD = Depth Of Discharge, urladdningdjup, SOC = State Of Charge, laddningsnivå, BMS = Battery Management System.)
LiFePO4 batterier har starka egenskaper om man vill plocka ut riktigt stora strömmar eller vill kunna snabbladda batterierna via en kraftigt överdimensionerad solcellsanläggning eller via elverk, och kanske viktigast om man använder sin off-grid anläggning flitigt under vinterhalvåret så tål de att långvarigt arbeta partiellt laddade (PSOC). Även bra vid frekvent cykling av batterierna, speciellt när batteribanken regelbundet djupurladdas ned till runt 10% SOC som sliter hårt på blybatterier.
Men vid långvarig standby bör LiFePO4 hållas på 40%-60% SOC, samt endast kortvarigt vara laddade >95% / <5% SOC med sin aktiva cykling inom 10%-90% SOC som jag uppfattat det.
För några färdigbyggda 12V LiFePO4 batterier med integrerad BMS verka 0%-100% SOC utåt vara begränsat till 5%-95% SOC internt.
Idealet verkar vara att LiFePO4 cyklas symmetriskt kring 50% SOC enligt utvecklaren av HLPdata´s BMS, samtidigt som de ska cellbalanseras toppladdade. Men nu tål LiFePO4 så mycket cykling att vid off-grid fritidsboende behöver man inte maxa driften för bäst livslängd. Men är ändå en lite osmidig egenskap tycker jag då LiFePO4 förstörs av att hållas vid 100% SOC längre tid.
För LiFePO4-batterier är det direkt skadligt att aktivt float-underhållsladdas vid 100% SOC fulladdat typ från solceller, vilket blybatterier mår allra bästa av. Kräver speciell eftertanke för LiFePO4 i off-grid fritidsbostad vid dess längre standby-drift utan strömförbrukning!
Även Emily & Clark´s Adventure (segelbåt) beskriver väldigt noga bästa laddning för LiFePO4 och tar även då upp att det ideala är att LiFePO4 cyklas symmetriskt kring 50% SOC, i inlägget Battery Bank Management System (BBMS) i sin första video där.
De hänvisar även till sin vän Nordkyn Design´s artikel Charging Marine Lithium Battery Banks.
Enligt Nordkyn Design verkar även LiFePO4 ha en minneseffekt när de cyklas lite fram och tillbaka runt samma SOC! "Memory effects in LiFePO4 cells were discovered and studied by Sasaki et al." 2022-03-17 "The memory effect was found to strengthen with the number of incomplete charge cycles performed before the erase cycle. It was also strengthened when a partial charge was followed by a shallow discharge, rather than a deep discharge.
These latter aspects have proved to be of key significance when considering the longer term performance of LiFePO4 batteries in house bank applications, because incomplete charge cycles are common when relying on renewable energy sources and shallow discharge cycles are also frequently experienced. These have the potential to render battery banks near unusable after as little as 2-3 years in regular service in the absence of memory-releasing cycles. Ineffective memory-releasing cycles are very common in DIY installations where the charging process is not properly controlled and/or configured incorrectly by fear of overcharging or due to widespread mythologies."
Jag vet inte hur stor praktisk inverkan minneseffekten har, men en sökning på Memory effects in LiFePO4 ger många sökträffar.
Blybatterier har ingen minneseffekt alls, vilket är väldigt bra i off-grid solcellssystem!
Blybatteriers egenskap att må bäst vid 100% SOC och att cyklingen alltid utgår där ifrån är mer lätthanterad då man har mycket standby-drift som i off-grid fritidsstuga!
LiFePO4-batterier kräver även mycket kunskap av ägaren, kring balansering, BMS, m.m.!
Även LiFePO4 laddas snabbt <80% SOC och långsammare de sista 20%, som verkar ta lika lång tid som de första 80% om än vid högre ström än vanliga blybatterier.
LiFePO4´s polspänning varier så lite över stor del av SOC-området så är omöjligt att utvärdera SOC ur den och därmed svårt att hålla parallellkopplade batterier i riktigt bra balans om de arbetar länge inom det området, vilket är där de oftast cyklas. BMS verkar normalt balansera cellerna vid fulladdat batteri! Har läst på några ställen att balansering bör göras runt 1ggr/vecka, så blir lite svårt ihop med att vid standby försöka hålla 40%-60% SOC. Hur gör man, eller behövs inte balansering vid standby?
Vanliga LiFePO4 batterier kräver >0°C / >+5°C för laddning för att ej skadas. LiFeYPO4 (med Yttrium) verkar klara ned till -30°C till -45°C. Detta har dock börjat ifrågasättas under 2021, även av några tillverkare. GWL (leading lithium battery cell and solar component distributors in Europe) har numera tagit bort den datan om laddning i kalla vintertemperaturer från sina WINSTON LiFeYPO4 celler, vad jag sett!
Om LiFePO4 batterier klarar 5000 "cykler" så behöver de cyklas dagligen i 14 år för att utnyttja den! Vid användning i fritidshus / mobilt fritidsboende är risken då stor att man inte hinner utnyttja den cyklingsprestandan innan de åldrats av ren kalendertid. Då blir inte livslängdskostnaden så låg som ofta sägs, och man betalar för en prestanda man inte hinner utnyttja!
Bor man 4 veckor på sommaren samt varje weekend övriga året blir det ändå bara 116 laddcykler/år, så 1160 laddcykler/10år. Vid fritidsboende är det nog sällsynt att använda sitt off-grid elsystem mer än så! Bör AGM-blybatterier klara bra vid 10% - 30% DOD cykling som det blir vid sund dimensionering med 5 dygns dåligt-väder-reserv och än bättre AGM-blykol-batterier med sin tålighet mot sulfatering, speciellt strömpulsladdade för skonsam drift som hos mig.
För off-grid drift i fritidsbåt där man laddar mycket från motorns generator när man bor där aktivt och solpanel mer är för underhållsladdning utan någon dimensionering för dåligt-väder-reserv blir nog ofta LiFePO4 det bästa valet idag. Den driften liknar rätt mycket LiFePO4´s ideala drift! Sådan typ av drift med mer regelbunden djupurladdning och brutalt snabb generatorladdning är tuff och olämplig för vanliga AGM blybatterier och inte speciellt bra för AGM blykol-batterier heller.
Dock får man se upp så man inte bränner generatorn med LiFePO4-batterier: TAO Performance: How to charge lithium and lead-acid batteries with an alternator
Victron: Careful – Alternator Charging Lithium
Victron video: How to not blow up your Alternator when charging Lithium
Finns BMS med tempkontroll av generator, externa regulatorer för generator med tempkontroll, samt även Alternator to Battery Chargers med tempkontroll av generatorn.
Vissa moderna generatorer i båtar (efter 2010) verkar ha inbyggd temperaturkontroll.
2022-02-09: En stor fördel med blybatteriernas kemi är att dess celler är automatiskt robust självbalanserande under drift, så kräver ingen övervakning på cellnivå eller någon aktiv cellbalansering typ BMS för LiFePO4-batterier! Är en så attraktiv stabil egenskap att några tillverkare av litium-batterier försöker utveckla det för den batterikemin också.
Vid lite längre solcells standby- eller float-laddning vid 100% SOC laddas alla blyceller helt fulla, och om någon cell då blir fulladdade lite före de andra så gasar den svagt då (istället för någon destruktiv process i elektrodmaterialet), vilket i slutna VRLA (AGM / GEL) blybatterier rekombineras tillbaka till vatten så livslängden påverkas inte. Dvs vattnet i batterisyran spjälkas av den låga laddströmmen till syre (O) och väte (H), som sedan rekombineras tillbaka till vatten under svag värmeutveckling - en stabil skonsam process i VRLA. Processen resultera bara i svag värmeutveckling i cellen pga låg float-laddström, helt ofarligt för dem. Denna cellbalansering sker vid 100% SOC, där blybatterierna även mår bästa av att hållas vid långvarig standby, så de två processerna synkar fint med varandra. LiFePO4 mår bästa av att hållas laddade symetriskt kring 50% SOC men cellbalanseras normalt vid 100% SOC aktivt av BMS, en lite besvärande diskrepans upplever jag.
Så kallad VRLA rekombinationsteknologi.
Blybatterier ska därmed helst ha en del tid i float-laddning 100% SOC fulladdade, både för cellbalansering och för att lösa upp lite mer svårlöst sulfatering! Då tänker jag att även seriekopplade (24V/48V) bra blybatterier av samma modell och ålder borde självbalansera cellerna i standby men har inte haft chans att utvärdera det. Finns en del rekommendationer på Batteribalanserare, en sorts BMS, vid seriekopplade 12V blybatterier men jag är osäker på hur nödvändigt det är om man har en hel del standby float-laddning vid 100% SOC?
Blybatterier självbalanser även fint vid parallellkoppling då de har en spänningsdynamik med en tydligt varierande spänning med SOC-nivån, vilket gör att de arbetar väldigt bra synkade laddmässigt automatiskt av sig själva parallellkopplade. Industritorget.se skriver intressant om detta med självbalansering i punkt 3. nedan, samt om jämförande driftsegenskaper mellan LiFePO4 och blybatterier:
Viktiga fakta:
En LFP (LiFePO4) cell förstörs omedelbart om spänningen över cellerna faller under 2.5V.
En LFP cell förstörs omedelbart om spänningen över cellerna ökar med mer än 4,2V.
Bly-syra batterier kommer också att förstöras så småningom när de urladdas för djup eller när de överladdas, även om detta inte sker omedelbart. Ett bly-syra batteri återhämtar sig från en total urladdning även efter att det har lämnats i ett urladdat tillstånd under dagar eller veckor (beroende på typ av batteri och fabrikat).
Cellerna i ett LFP batteri autobalanserar inte i slutet av en laddningscykel.
Cellerna i ett batteri är inte 100% identiska. Därför kommer vissa celler efter en cykel att vara fulladdade eller urladdade tidigare än andra. Skillnaderna ökar om cellerna inte balanseras / utjämnas från tid till annan.
I ett bly-syra batteri kommer en liten ström att fortsätta flöda även efter att en eller flera celler är fulladdade (den största effekten av denna ström är sönderdelning av vatten i vätgas och syrgas [som i AGM rekombineras tillbaka till vatten]). Denna ström hjälper till att ladda de andra cellerna, som släpar efter, vilket utjämnar laddningstillståndet i alla cellerna.
Strömmen genom en LFP cell, när den är fulladdad, är emellertid nära noll, och eftersläpande celler kommer därför inte att bli fulladdade. Skillnaden mellan cellerna kommer för vissa att bli så extrem över tiden, att även om den totala batterispänningen är inom gränserna, vissa celler kommer att förstöras som en följd av över- eller underspänning.
Låg kapacitets LFP celler kan tillverkas med extremt höga toleranser så att i händelse av lätta applikationer några celler i serie kan användas, eller används, utan aktiv cellbalansering.
2022-02-10: Det är alltid intressant att känna till en batterityps grundläggande egenskaper, där LiFePO4 idealt mår bästa av att cyklas symmetriskt kring 50% SOC men där man i praktisk drift kan gör signifikanta avsteg från det speciellt i off-grid fritidsboende där den stora cyklingsförmågan är svår att hinna utnyttja före kalendertidsåldrande, samt där BlyKol-batterier idealt mår bästa av att cyklingen utgår ifrån 100% SOC men även där i praktiskt drift kan gör signifikanta avsteg från det med periodvis drift partiellt laddade.
Där BlyKol-batterier (lead-carbon) inte mår bra av att vara väldigt långvarigt partiellt laddade utan behöver regelbundet bli 100% SOC fulladdade (men tål det mycket bättre än vanliga blybatterier) medan LiFePO4 mår riktigt dåligt av att vara 100% SOC fulladdade längre tider där >95% SOC ofta anges som en kritisk nivå. Cyklingsmässigt stor skillnad mellan dem!
Nordkyn Design har en intressant artikel om Practical Characteristics of Lithium Iron Phosphate Battery Cells samt en utförlig artikel om Charging Marine Lithium Battery Banks.
Den naturliga battericyklingen i off-grid solcells fritidsboende har fokus på att batteribanken håller sig uppe mot 100% SOC så mycket som möjligt av driftstiden för att ha så stor del av dåligt-väder-reserv kapaciteten som möjligt i batteribanken tillgänglig för en period av sämre väder, samt att man vill komma dit till 100% SOC fulladdade batterier. Vettigt dimensionerat blir det även rätt sällan hela batteribankens dåligt-väder-reserv utnyttjas, vilket allt ihop då naturligt stämmer bra överens med hur BlyKol-batterier cyklas idealt :-)
I fritidsbåtar där man laddar brutalt snabbt från båtmotorns generator, ofta cyklar batterierna över större delen av kapacitetsområdet samt inte behöver en dåligt-väder-reserv för solcellsdrift liknar driften mer det som är idealt för LiFePO4-batterier.
Vilka cyklingsegenskaper som ger störst nackdel beror på vilken drift man har i sitt off-grid system, men jag ser en viss problematik där för LiFePO4 i off-grid solcells fritidsstugor med långvarig standby-drift.
Finns vissa indikationer på att LiFePO4 tål att laddas 100% SOC av solceller varje dag om man har något inkopplat som drar ström och laddar ur en del varje natt, typ ett kyl-frys-skåp, router, etc.
Utifrån detta får var och en dra sina egna slutsatser.
(Cykling = ur- / upp-laddning av batteribanken.)
2022-10-26: Diagram över total cyklad kapacitet vs DOD under batterilivslängden ger också intressant info om batterikemins egenskaper. Max cyklad kapacitet på kurvan visar vid vilken DOD-cykling man får mest ekonomisk drift, samt hur kurvan förändras med DOD och hur batterikemin fungerar för olika drift. Är diagram för AGM-blykol & LiFePO4.
När jag tog fram dessa kurvor gav de mig en del överraskande nya insikter, till fördel för AGM-blykolbatterier i off-grid solcellssystem.
AGM blybatterier fungerar normalt OK vid måttliga strömuttag samt när man får dem fulladdade 100% SOC minst 1ggr/vecka oftast, samt vid måttlig cykling av batterierna och ett sunt dimensionerat off-grid solcellssystem med ≥5 dygns dåligt-väder-reserv.
Kräver för bra livsläng och stabil strömförsörjning den sunt dimensionerad dåligt-väder-reserven vid off-grid solcellssystem, vilket som bieffekt ger ett måttligt regelbundet urladdningsdjup! Största hotet mot blybatteriers livslängd är ett underdimensionerat off-grid system!
Blybatterier ska hållas vid 100% SOC vid standby, så alltid fulladdade när man kommer och ska använda ström ur dem. Sista 15-20% av urladdning till fulladdat laddas lite långsamt.
Normalt kan man dimensionera AGM för 70% DOD för off-grid solcellssystem under sommarhalvåret, då det blir så sällan man använder sin dåligt-väder-reserv ned till det urladdningsdjupet. Sedan blir den vanligaste urladdningen runt 10-30% DOD som då ger bra cyklingslivslängden för AGM-blybatterier. Allra bäst fungerar de vid strömpulsad laddning.
Att dimensionera sina AGM-blybatterier för 70% DOD för ens runt 5 dygns dålig-väder-reserv är även enligt den Australiska standarden "AS/NZS 4509.2, Stand-alone power systems System design", så även enligt externa officiella källor. Även batteritillverkaren Concorde anger minst 5 dygns dåligt-väder-reserv, vilket de framhåller även ger bra blybatterilivslängd som bieffekt. Här beskrivet för sitt batterimärke Sun Xtender: Days of Autonomy [dåligt-väder-reserv]: The minimum number of days that should be considered is 5 days of storage for even the sunniest locations on earth.
En annan sak varför off-grid driften är gynnsammare för blybatterierna än vad labbtesterna är, beror på att vid off-grid sker normalt inte urladdningen till ett djupt DOD i ett svep, utan delas upp på flera steg / dygn med främst urladdning på natten och viss laddning dagtid de flesta dagar. Det mår blybatterier bra av, jämfört med att laddas ur i ett svep som görs i lab-miljö.
Dock är off-grid vinterdrift runt Nordisk midvinter påfrestande för vanliga AGM-blybatterier, då drift med uppladdning från reservkraftelverk gör att de bara är 100% SOC fullade väldigt korta stunder. Blybatterier vill hållas float-laddade vid 100% SOC lite längre tider för att omvandla även det lite mer svårupplösta blysulfatet till aktivt elektrodmaterial igen! Vid sådan drift bör de inte heller urladdas mer än till 40-50% SOC, då det sker så regelbundet då.
BlyKol-batterier klarar av att arbeta partiellt laddade (PSOC) hyfsat långa perioder, troligen <3-4 månader någon ggr/år och däremellan laddas fullt 100% SOC minst 1-2ggr/månad, klarar att leverera hyfsat höga strömmar, tål att djupurladdas 90% DOD ibland och 70% DOD regelbundet samt att cyklas mycket, ungefär som LiFePO4. Tar även emot laddning bra och tål hyfsat höga laddströmmar. Har nästan samma energiverkningsgrad vid cykling som LiFePO4.
Dvs blykol-batterier behöver inte laddas 100% SOC fulla lika ofta och regelbundet.
En kille jag känner till bytte ut sitt vanliga AGM-blybatteri till ett modernt Blykol-batteri i sin campervan och det tog då emot laddning 7-8ggr snabbare, blev fulladdat på 1h från 60% SOC mot 7-8h med AGM-blybatteriet under körning, så har markant bättre prestanda än vanliga AGM-blybatterier. Är troligen det optimala batteriet för fritidsbruk, om vikten inte avgör.
Generellt tål även blykol-batterier att laddas i ordentlig vinterkyla, även i extrem kyla ned till -40°C enligt datablad för en del fabrikat! Driftemperatur på -20°C - +50°C verkar vanligt.
Även Blykol-batterier fungerar allra bäst vid strömpulsad laddning.
Blykol-batteribanker blir ofta lättare än med normala AGM-blybatterier, då Blykol kan urladdas djupare och mer av dess kapacitet därmed kan utnyttjas i aktiv cykling.
"Smart Carbon helps enhance overall battery life in an application where the batteries are not fully recharged on a regular basis."
Gissar att det blir lite av ett allround batteri framöver för stationär off-grid solcellssystem.
Läs om mitt första år med blykol-batterier.
2021-08-14Ragone plot är ett intressant sätt att presentera egenskaper för lagrad ström i batteri / kondensator som kan hjälpa till att förstå vilken batterityp som passar ens drift bäst. Ragon PlotVisar max strömuttag vs tid bl.a., som är en viktig driftsfaktor för val av batteri. Har man behov av hög ström en längre period eller en kort stund typ startström hos motor, eller inte alls?
Bra blykol-batterier är hybridbatterier mellan blybatteri och superkondensator (elektrokemisk kondensator) vilket ger intressanta egenskaper, som syns i Ragone Plots. I diagrammet kan man lägga ihop kurvorna för Lead-acid Battery och Electrochemical-Capacitor så får man de egenskaper som bör gälla för ett bra blykolbatteri.
OBS! Är logaritmiska axlar i diagrammet!
Vilket innebär att blykol-batterier är bra på att hantera korta höga startströmmar från elmotorer som i kylskåpskompressor, vedklyv, vattenpump, etc. Att själva den kemiska processen i blybatterier så avlastas från höga startströmmar av superkondensatorn bör minska slitaget på själva batteriet, samt gör att man slipper det tydliga spänningsdroppet av höga startströmmar.
Ser t.o.m. ut som att bra blykol-batterier skulle kunna hantera högre startströmmar än LiFePO4-batterier!
Jag har några LED-lampor i mitt off-grid ställe som är väldigt känsliga för spänningsdropp och med mina förra fritidsblybatterier blinkade de till i ljusstyrka när kylskåpskompressorn startade. Med mina nya blykol-batterier syns inge sådant ljusblink längre, vilket jag då antar beror på superkondensatorn som finns i blykol-batterierna som då hanterar kylkompressorns startström.
Så jag tycker det är rätt uppenbart att det finns inte en batterityp som är bäst för alla behov, utan LiFePO4 är bäst för vissa behov, vanliga AGM-blybatterier för andra, AGM blykol-batterier är bäst för vissa driftsfall, t.o.m. enklare dual Marin-Fritids-blybatterier kan vara bästa valet i vissa situationer.
Så man behöver göra en systemanalys för sitt off-grid solcellssystem för att kunna komma fram till vilken batterityp som är bästa val för ens egna driftsfall.
Det är även på gång hybridteknik för litium-batterier där man integrerar en superkondensators funktion i batteriets kemiska funktion, just för dessa goda egenskaper att kunna ge väldigt hög ström kortare stunder. Så visar ju på de positiva egenskaperna av hybridtekniken mellan batteri och superkondensator. Xidas Creates New Battery Hybrid: Supercap and Rechargeable Lithium Battery
NyTeknik: Superkondensatorer ger mc:n mer kraft och räckvidd. Är Nawa Racer som får ett hybridbatteri med superkondensatorer i litiumjonbatteriet.
Man kan därmed med fog säga att blykol-batterier är i teknikfronten med sin hybridteknik.
I blykol-batterier ger även kolet fler positiva egenskaper förutom superkondensatorn, som kraftigt minska sulfatering, högre batteriverkningsgrad, samt förmåga att ta emot laddström bättre, etc. Beskrivning av kolbaserad superkondensator i batterisystem.
DuckDuckGo-sökning: lead carbon battery supercapacitor Firefly Technology - lead carbon battery white paper
Mina två Tudor marina fritidsbatteri på 80Ah jag köpt för runt 850kr/st och ser ut att få ut 10 års livslängd ur blir svårt att slå den låga livslängdskostnaden för med någon annan batterityp.
(Uppnådde 9 års livslängd i April 2021, då en battericell blev lite dålig.)
Och den batteritypen har ju bevisligen fungerat helt OK för mig nu sedan 2007 i off-grid liv med dem vid låga strömuttag, året runt. Är bara dumt som någon utomstående att påstå att det inte är så eller inte fungerar, anser jag. Även om mitt nästa köp blir AGM BlyKol-batterier.
Tar då ut 5-6A regelbundet (<0,04C), kortvarigt glest 10-12A (<0,08C), samt laddar som mest med runt 12A (<0,08C) från solcellerna. Vid runt 37Ah/dygn strömförbrukning när jag är där.
Urladdar de oftast till 85%-70% SOC, regelbundet till ca 50% SOC, mer glest till 30% SOC och enstaka gånger väldigt sällan till 20% SOC. (Trots att de rekommenderas arbeta / cyklas vid >65% SOC.) Så får arbeta rätt hårt, då lite snål batterikapacitet pga begränsad lastvikt.
Men har då strömpulsad laddning via PWM-regulator samt Batterikonditionering / aktivering.
Sedan 11 Maj 2021 har jag 2x106Ah blykol-batterier, vilket ger 5 dygns dåligt-väder-reserv urladdade till 90% DOD, vilket är OK urladdningsdjup så sällan för dem. Nu Februari 2022 är erfarenheten såhär långt väldigt positiv från dem. I Juni 2022 sammanfattade jag mitt första års erfarenhet av mina 2x 106Ah Victron lead carbon blykol-batterier.
Läst flera som menar att LiFePO4 är så mycket tåligare än blybatterier, men även riktigt batterikunniga som menar att blybatterier är så mycket mer robusta utan sitt behov av BMS! "Lead Carbon batteries are one of the most ABUSE TOLERANT / RESISTANT batteries available today." En nackdel med blybatterier är att dess inre resistans är högre då batteriet är djupt urladdat och polspänningen då sjunker märkbart vid stora strömuttag, men blykol har betydligt bättre egenskaper där.
Jag har ingen egen erfarenhet av LiFePO4 men har läst på en del, och är nästan som en lite modetrend / hype kring dem idag (Maj 2020). Ofta överdrivs de positiva hos LiFePO4 och väldigt mycket det negativa hos blybatterier, samt kunskapen kring blykols bättre prestanda är i regel helt frånvarande! Men LiFePO4 verkar riktigt bra för vissa behov.
Har läst om några som upplevt LiFePO4-batteri som så mycket bättre under urladdning när de bytt från blybatteri, men jag upplevde liknande när jag efter 16 månader med MPPT-regulator bytte tillbaka till PWM-regulator och strömpulsad laddning. Urladdningsspänningen sjönk inte lika snabbt längre och blybatterierna blev aktivare i att leverera ström, samt tog emot laddning mycket bättre speciell inom 80-100% SOC!
Och det är än tydligare med mina AGM blykol-batterier nu sedan 11 maj 2021 som arbetar med väldigt stabil spänning samt leverar typ startström till kylkompressorn extremt bra!
Eftersom jag inte har egna erfarenheter av LiFePO4 kan jag inte avgöra deras skillnad mot strömpulsade blybatterier. Men för riktigt stora strömuttag är LiFePO4 helt klart bättre.
Har man en driftssituation där blybatterierna behandlas väl fungera de väldigt bra. Och har man en driftssituation där LiFePO4-batterier är mer lämpade så blir det bättre med dem. Är inte konstigare än så! 2022-02-23:
Har följt några forum kring LiFePO4 en tid och det är nästan oändliga diskussioner kring hur man laddar och driftar LiFePO4 på bästa sätt och jag lyckas inte finna någon riktig konsensus kring det. Ett problem är att deras ideala cykling är symmetriskt kring 50% SOC och att de inte bör hållas >95% SOC laddade någon längre tid enligt flera seriösa källor. Andra anser 100% SOC är OK! Blybatterier är helt befriade från sådana diskussioner och där finns en väletablerad syn på hur de laddas och driftas bäst och de trivs 100% SOC fulladdade, enkelt rakt fram att hantera. Största faran för blybatterier är en underdimensionerad batteribank, men med ≥5 dygns dåligt-väder-reserv för solcells off-grid är det inget problem.
IPS Integrated Power Systems Inc. en stor installatör av off-grid elsystem i den kanadensiska glesbygden och ödemarken verkar föredra BlyKol-batterier (lead-carbon) före LiFePO4, vilket jag tycker är intressant. Har själv kommit fram till samma slutsats för min off-grid solcellsanläggning och kör där med den intressanta BlyKol-tekniken sedan början av Maj 2021. IPS Integrated Power Systems has been specializing in solar power, micro-hydro, grid-tie, and off-grid systems since 1993.
Blybatteriernas tydliga spänningsdynamik vs SOC (se diagram) gör att de samkör så stabilt robust bra med varandra parallellkopplade även med lite skillnad i intern resistans av åldrande eller olika kapacitet, så är en bra egenskap! Blybatteriernas stabila teknologi gör att de inte behöver någon babysitting via BMS för en balanserad säker robust parallellkopplad drift!
Olika åldring / kapacitet kompenseras automatiskt genom att både urladdning och laddning blir i proportion till blybatteriets status vid solcellsdrift, inom rimliga gränser!
Vid seriekoppling av 12V blybatterier rekommenderas ofta att man har en Batteribalanserare, en sorts BMS - se dock om självbalansering högre upp.
LiFePO4 och alla litium-batterier kräver att varje battericell övervakas av ett BMS (Battery Mangement System) för att hålla dem inom säkert arbetsområde och undvika haveri.
Med LiFePO4 batteri plus BMS blir det nog extra viktigt med överspänningsskydd mot åska.
Fler och fler räddningstjänster i landet kräver även egen brandcell för litium batterier! En studie av vilka brandtekniska krav som bör ställas på energilager innehållandes litiumjonbatterier (LTH 2020).
En del hävdar att blybatterier är oanvändbara i off-grid solcellssystem för att de inte fungerar bra med urladdningsströmmar på 0,5C eller t.o.m. 1C (0,5C = 50A/100Ah). Men i de off-grid elsystemen dimensionerar man ofta för runt 5 dygns dåligt-väder-reserv mot förbrukningens medelström, vilket ju blir extremlåga 0,008C! Det skulle ju var 60-120ggr högre urladdningsström!
Att belasta en off-grid batteribank med strömmar som motsvar 1-2h urladdningstid måste vara extremt sällsynt, samt rör sig ju då bara om väldigt korta tider, annars får man inte ihop runt 5 dygns dåligt-väder-reserv som är lite av grunden för robust dimensionering vid off-grid.
Vilken tid man väljer som dåligt-väder-reserv varierar, men inom intervallet 3-7 dygn är nog vanligt lite beroende på hur trygg stabil eltillgång man vill ha vs vädervariationer.
Vid strömuttag under 0,05C fungerar ofta blybatterier bra, resp. <0,15C för blykol.
Eftersom man dimensionerar blybatterier för 50%-70% DOD så får man automatiskt en nödreserv kvar i blybatterier, som kan användas vid en nödsituation eller annan extrem situation.
Blykol-batterier dimensioner man normalt för 90% DOD vid urladdad dåligt-väder-reserv under sommarhalvåret i ett off-grid solcellssystem.
Blybatterier har även väl utvecklade återvinningsflöden och kan återvinnas till nästan 100%. Till skillnad mot litiumbatterier som har svåra materialkombinationer att återvinna och där det ofta bildas giftig vätefluorid.
I en välbalanserad anläggning ser jag inte att det under sommarhalvåret skulle vara ett problem med vanliga AGM-blybatteriers lite begränsade laddström, som ofta sägs. Och överdimensionerar man solpaneleffekten, för priset på solpaneler blivit så lågt, så tänker jag att den viktigaste effekten av det är mer ström i lätt molnigt väder, inte att man måste kunna trycka in maxeffekten i soligt väder från dem i batterierna. Gör man en riktig systemanalys av driftssituationen vid off-grid så tycker jag det är tydligt det är så.
Är vintertid då man kan behöva ladda från elverk som man gärna vill kunna köra höga laddströmmar för att utnyttja det effektivt, tänker jag.
Men vid åretruntboende off-grid vintertid är ändå inte vanliga AGM-blybatterier ett så bra val, då de behöver bli fulladdade regelbundet.
I min robust och balanserat dimensionerad solcells off-grid anläggning begränsas jag normalt inte av de "låga" laddströmmarna mina öppna fritidsblybatterier kan ta emot (lägre än AGM)!
Har då 2x80Ah blybatterier samt 250W solpaneler.
Under alla åren sedan 2007 jag nu haft den i drift så är det extremt få gånger jag hade haft riktig nytta för driften av att kunna ta emot lite mer laddström till blybatterierna.
Sedan 11 Maj 2021 har jag 2x106Ah blykol-batterier och där har jag aldrig ännu (Feb. 2022) haft tillstymmelsen till problem att de inte skulle kunna ta emot tillräckligt med laddströmmen från solpanelerna!
Jag upplever att det mer är ett känslostyrt argument, att det känns bra att kunna trycka in ström så snabbt som möjligt i batterierna.
Kan vara att det fungerar lite bättre med blybatterierna hos mig då de får strömpulsladdning under absorptions- och float-laddfaserna.
I bra soligt läge på sommaren är min nattförbrukning normalt återladdade före kl.12 på dagen, så finns inget behov att uppnå det ännu tidigare. Är om det varit några regniga mulna dagar så jag nästan tömt ut dåligt-väder-reserven och det blir en helsoligt dag, men då är det främst mina 250Wp solpaneleffekt som begränsar återladdningstiden.
Tycker aspekten i citaten nedan är väldigt intressanta när man tänker på systemdesign för off-grid elsystem! Hur dimensionering av batteribank för dåligt väder (dåligt-väder-reserv / days of autonomy / storage factor) går hand-i-hand med bra dimensionering för lång livslängd för blybatterier! Om man verkligen sätter sig in i och förstår driftsförutsättningarna vid off-grid solcellssystem, med behov av dålig-väder-reserv för batterikapaciteten samt den väderberoende varierande strömproduktionen från solcellerna. Då ser man att den dimensionerande djupare urladdningsnivån för dåligt-väder-reserven används rätt sällan och att den vanligaste cyklingen blir rätt grunda urladdningar. Man får också tänka på att batterier åldras även av ren kalendertid.
Det är ett intressant påstående / reflektion / slutsats i första citatet när det gäller vid drift i off-grid solelsystem, kring att vanliga AGM-blybatterier inte bör djupurladdas regelbundet till mer än 50% SOC och att det kanske inte är så stor nackdel egentligen just vid off-grid!
Något som jag även märkt då jag sedan 2007 haft igång mitt off-grid solelsystem i husvagnen på enbart ström från solcellerna ihop med öppna blybatterier av marin typ. Samt som jag även haft lite funderingar kring när jag utvecklade min "Kalkylator små Solelsystem".
Jag rekommenderar där att man dimensioner för 70% DOD för AGM-blybatterier för sommarhalvåret, då detta inträffar så sällan normalt. Då har man även 30% som nödreserv!
Det tankesättet gör ju även att BlyKol-batterierna framstår i än bättre dager jämfört med LiFePO4-batterier:
(Även om LiFePO4 fortfarande är märkbart bättre i en del aspekter för vissa krävande driftsfall / höga strömmar samt ofta där man lutar sig mest mot laddning från generator.)
-------------
"Lead type batteries have low recommended depth of discharge (DOD). For grid-connected solar-plus-storage systems, this is almost always a negative – but with off-grid systems it can actually be a positive. Low DOD means that less of the battery´s nominal capacity (in kilowatt-hours, or kWh) can actually be used on a regular basis. If a battery has a 10kWh capacity but only 30% DOD, it´s actual usable capacity is only 3kWh. Because they have no grid connection, off-grid systems must be designed with several days (at least 3) of ´energy autonomy´ – the amount of time they can go without solar resources (e.g. periods of heavy rain) to recharge the batteries. The two upshots of all this is that lead-type batteries allow energy stored at ´deeper´ discharge [70% DOD AGM / 90% DOD Lead-Carbon] to be accessed on the relatively rare occasions that it is needed [at end of ´days of autonomy´], and on regular days the low [10%-30%] DOD means the battery life is extended. By contrast, a household investing in a lithium-ion [LiFePO4] battery bank for their off-grid system would end up paying a lot more [for regular deep cycle capacity], even though most of the capacity will only be used occasionally, without having the benefit of extended lifespan. [2016]": källa
------------- 2021-05-31:
Även batteritillverkaren Condorde´s webbsida Battery sizing är inne på liknande kring dålig-väder-reserv (days of autonomy / storage factor): "As everybody knows, the sun does not shine with equal intensity every day, nor does it shine at night and during inclement weather. Cloud cover, rain, snow, etc. diminish the daily insolation (Insolation is the amount of solar energy delivered to the earth´s surface. A storage factor [Days of Autonomy] must be employed to allow the photovoltaic battery system to operate reliably throughout these periods. In addition, it is desired to obtain the best service life of the battery by limiting its average daily depth of discharge [via the Days of Autonomy]. The minimum number of days that should be considered is 5 days of storage for even the sunniest locations on earth."
Det innebär att klara vädervariationer och att få bra livslängd på blybatterier går hand-i-hand och kräver samma hänsyn i dimensionering. Så man behöver inte dimensionera upp kapaciteten i sin blybatteribank för att få bra livslängd, då det redan krävs för att få en robust tillförlitlig strömförsörjning off-grid från solceller i varierande verkligt väder!
Är ju precis samma behov av en dåligt-väder-reserv med LiFePO4-batterier, så oavhängigt batterityp! LiFePO4 kan inte magiskt trolla fram reservkapacitet för dåligt väder.
Jag har använt blybatterier sedan 1977 och de har fungerat bra och robust tillförlitlig. Utan ett enda haveri typ kortsluten battericell, internt avbrott eller explosion, samt har aldrig drabbats av förtida uppnådd för kort livslängd! Tvärtom har majoriteten av mina blybatterier fått ovanligt lång livslängd. Typ 8-10 år både för startbatterier och off-grid förbrukningsbatterier.
Men då har de batterier som behövt vattenpåfyllning fått det, de har fått lämplig laddning samt de flesta har haft någon form av pulsad laddström och bra reglerad laddning. Samt har alltid köpt kvalitetsblybatterier. Så upplever blybatterier har oförtjänt dåligt rykte, ofta orsakat av en dålig systemdesign med bl.a. underdimensionerad batteribank men även från fördomar.
Lämplig max urladdningsström:
Diagram som vägleder vid vilka urladdningsströmmar man bör överväga välja LiFePO4 eller BlyKol för. Vid nya AGM-blybatterier (VRLA) går brytpunkten vid urladdningstid runt 10h, medan vid åldrade AGM-batterier går den troligen närmre 20h, då Peukert constant ökar med åldern.
Vid 10h (0,1C) urladdning för ett 100Ah batteri blir det strömmen 10A, oavsett urladdningsdjup.
Dock får blybatterier tillbaka kapacitetsförlusten efter vila, så vid bara kortvariga urladdningar kan lite högre strömgräns väljas. Korta urladdningströmmar märks inte heller lika mycket.
Har man lite större urladdningsströmmar ur blybatterier upplever man att de åldras snabbare då man märker av att Peukert constant ökar med åldern. Vid lägre urladdningsströmmar märks inte det.
Man räknar strömuttag så i ström/Ah batterikapacitet som ett mått på hur hårt batterierna belastas, med "C" som sort för ström per Capacity. Vid 5A från 100Ah är då strömuttaget 0,05C.
Så sannolikt är max strömuttag motsvarande >20h (0,05C) urladdningstid (<5A/100Ah) ett bra riktvärde för lite större regelbundna strömuttag, vilket även normalt är den C20 (20h) urladdningstid (ström) kapaciteten (Ah) är definierad vid för deep cycle blybatterier.
Strömuttag på <0,1C bör vara OK för korta strömuttag samt väldigt kortvarigt mer oregelbundet kan nog <0,2C vara OK för vanliga AGM-blybatterier.
BlyKol klarar dock högre urladdningsströmmar, men inte sett info var gränsen ligger där. Men en grov gissning är >10h (0,1C) urladdningstid (<10A/100Ah).
När jag nu Jan 2020 läst mer om BlyKol-batterier pekar mycket på att >5h (0,2C) urladdningstid (<20A/100Ah) är OK även för åldrade sådana vid inte alltför långa urladdningar, men med 0,1C är man på säkra sidan. Kortvarigt klara ofta BlyKol 1C i urladdning.
Lämplig skonsam laddström är <0,1C för vanliga blybatterier och sannolikt <0,2C för blykol.
Capacity vs. Discharge Rate, AGM / LiFePO4
Även laddningsverkningsgraden påverkas positivt av lägre strömbelastning i förhållande till batterikapacitet. Här ett diagram från en studie av BlyKol-batterier. 2020-03-06
Charge effiency vs Current rate Lead Carbon battery, 0,1C = 10A/100Ah (source)
När det gäller val av batterikapacitet kan man dimensionera den via Frittlivs Kalkylator små Solelsystem II (nu version 2 med fler möjligheter som släpptes Maj 2021).
I Elkatalogens "Val av batterier" ges även tips i att välja blybatteri och vad som särskiljer de olika batterityperna med dess olika egenskaper. Samt även hos Sunwinds Val av batterier.
Min personliga syn på att välja batterityp till egen liten off-grid stuga (Dec 2019):
Som svar till en stark förespråkare för litium-batterier skrev jag följande: Du XXX skriver:
"Hur ser det ut med det inre motståndet? Det som gör att spänningen direkt sjunker en volt (0,5C [50A/100Ah]) vid urladdning och ökar motsvarande vid laddning?"
I databladet för dessa 230Ah 12V blykolbatterier jag länkade till står: Internal Resistance Approx 3mOhm. 0,5C urladdning ger då 115A x 0,003Ohm = 0,34V, rätt långt ifrån dina 1V du skriver.
Många (de flesta?) motsvarande litium-batterier har säkert betydligt lägre, men påverkar ju bara om man verkligen tänker ta ut så extremt höga strömmar ur sin batteribank för sitt off-grid elsystem.
Strömmen 0,5C (<2h urladdningstid) är en extremt hög urladdningsström ur en sunt dimensionerad batteribank för en off-grid stuga där man har flera dagars dåligt väderreserv för att kunna få en väldimensionerad stabil och hyfsat trygg elförsörjning från solpaneler, anser jag.
Även vid uppladdning via elverk får det nog anses som en väldigt hög ström, upplever jag.
Så min uppfattning är att för de flesta off-grid installationer bör den interna resistansen i blykolbatterier vara tillräckligt låg för bra funktion.
De enda litium-batterityper jag skulle kunna tänka mig ha i en egen off-grid stuga är LiFePO4 (LFP) eller Li2TiO3 (Lithium-titanate battery, LTO).
Men då mycket pekar på att dels blykolbatterier ger den lägsta livstidskostnaden av kommersiellt tillgängliga köpebatterier idag, ger lägre investeringskostnad, fungerar att laddas i vinterkyla samt ger tillräckligt bra funktion för mina behov så är jag mest intresserad av dem.
Sedan klämmer jag ur än bättre egenskaper ur blykolbatterierna med strömpulsladdning under absorptions- och float-laddfaserna :-)
Jag ser ändå att det finns vissa egenskaper som är vassare hos både LiFePO4 och Li2TiO3, men de är ju bara meningsfullt att betala för om man har ett verkligt reellt behov av dem. Att betala för att kunna ladda ur med extremströmmar som 0,5C och sen aldrig göra det i praktiken är ju rätt meningslöst, som ett exempel!
Men djupurladdnings egenskaperna vid cykling i förhållande till påverkan av livslängd i antal laddcykler är ju i stort jämförbara mellan blykol och LiFePO4 batterier, med den data jag har tillgänglig idag! Så man kan djupurladda dem på samma sätt.
LiFePO4 är inte helt lyckliga med att vara 100% fulladdade under långa perioder, vilket är en liten nackdel vid off-grid fritidsstuga där ju solpanelerna håller batteribanken 100% fulladdad när man inte är där och förbrukar ström under längre perioder.
Att tänka på för blybatterier för att uppnå lång livslängd:
Blybatterier kostar mycket pengar vilket gör det viktigt att få lång livslängd ur dem.
Skonsam laddning grunden för lång batterilivslängd:
Även en laddregulator för solpaneler bör innehålla minst 4 av batteriets laddfaser.
1. Bulk / Bulkladdning - konstant ström, ger 80-85% laddningsgrad (av kapaciteten)
2. Absorption / Acceptansladdning - konstant spänning 14,4V (25°C, -24mV/°C)
3. Equalization2 / Utjämningsladdning vid 0,04C1 A alt. 14,8V 1-3h (25°C, -24mV/°C)
4. Float / Underhållsladdning 13,6V (13,4-13,8 OK) (25°C, -24mV/°C)
5. Helst även pulsladdning eller intermittent floatladdning, för skonsam långvarig floatladdning.
Bör även innehålla djupurladdningsskydd som bryter urladdningen vid ca 11,5V.
Är även väldigt bra med en intelligent snabb elektronisk huvudsäkringsfunktion. 1) C är batteriets nominella kapacitet (Ah) definierad vid 20h urladdning, så 0,04C/100Ah=4A. 2) Ska göras ca 1ggr / 30dygn, eller efter var 10:e djupurladdning, för att undvika skadlig syraskiktning, för att få en utjämningsladdning mellan batteriets olika celler samt för att minska sulfateringen! Ska inte göras oftare då det gasar blybatteriet samt sliter lite på det! Ej på GEL!
Högre spänning än 13,7V (25°C, -24mV/°C) under Float- / Underhålls-laddning medför elektrokemisk korrosion i blybatteriet som förkortar livslängden (vått öppet blybatteri). Trots det har det varit en förskjutning de senaste åren mot en floatladdspänning så 13,8V verkar vanligast nu (2020), samt att även 13,9V börjar bli vanligt. Men inte sett någon data om att blybatterierna har förändrat sig avseende detta.
Floatladdspänningen är en balansgång mellan främst elektrokemisk korrosion och desulfatering, där högre spänning ger bättre desulfatering.
Högre float-spänning verkar även öka gasning något lite vid långvarig float-laddning, samt garanterar något bättre att blybatteriet blir helt fulladdat till 100% SOC.
Ju högre spänningen avviker desto kortare livslängd får blybatteriet.
Detta gör temperatur-kompenserad laddning (-24mV/°C) så viktig, både varm sommar och kall vinter! Är troligen en avgörande faktor för lång batterilivslängd! Uppdaterad: 2020-05-25
Skapad: 2013-11-03, Uppdaterad: 2023-10-23
Data för blybatteriladdning med de värden som är allmänt accepterad, vilka jag samlat sedan 40 år.
Med lite tillägg av egna funderingar för en effektiv laddregulator i framtiden, för mobilt off-grid bruk.
Tänkta att tillämpas i en egenkonstruerad solladdregulator i framtiden.
Blybatteri / Lead-acid battery
Solladdregulator / Solar battery charger - de facto standard of charge parameters
Batteriladdningsparametrar / Battery charging settings at 25°C 12V (x2 24V)
Gäller för Djupurladdningsbatteri, Deep-cycle battery, för solcellssystem
OBS! Är generella värden - följ alltid databladet / manualen för just ditt batteri!
Lead-Acid Battery (LAB) / Lead-Carbon Battery (LCB)
Battery charging
GEL / VRLA (SEALED)
AGM / VRLA (SEALED)
FLOODED (Fritidsbatteri)
Lead Carbon AGM / VRLA
High Volt Disconnect1 Over Voltage Disconnect Voltage
16,0V1
16,0V1
16,0V1
16,0V1
Charging limit voltage1
15,5V1
15,5V1
15,5V1
15,5V1
Equalization voltage2
-
14,6V 2hr
14,8V 2hr
14,4V 2hr
Bulk charge current limit, PV-system (peak)
<0,2C5 A
<0,3C5 A
<0,3C5 A
<0,5C5 A
Bulk charge current, max continuously
<0,20C5 A
<0,25C5 A
<0,25C5 A
<0,40C5 A
Bulk charge current, careful
<0,1C5 A
<0,1C5 A
<0,1C5 A
<0,2C5 A
Absorption / Boost voltage8 (0-4hr)3
14,2V
14,4V
14,4V
14,2V
Tail-current3 / Imin 5min
0,015C
0,015C
0,015C
0,015C
Float voltage (∑ <10hr)6
13,8V
13,8V
13,8V
13,8V
Standby voltage (float ∑ ≥10hr)6
13,4V
13,4V
13,4V
13,4V
Float voltage (if no standby voltage in use)6
13,6V
13,6V
13,6V
13,6V
Re-bulk voltage4 30min
<12,4V
<12,4V
<12,3V
<12,5V
Re-bulk SOC4 5min
<90%
<90%
<90%
<90%
Re-bulk time-limit4
≤10 days
≤10 days
≤10 days
≤10 days
Re-float voltage4 30min
<12,5V
<12,5V
<12,4V
<12,6V
Temperature compensation7
-0,024V/°C Or dual?7 -0,018V/°C / -0,024V/°C
-0,024V/°C Or dual?7 -0,018V/°C / -0,024V/°C
-0,024V/°C Or dual?7 -0,018V/°C / -0,024V/°C
-0,024V/°C Or dual?7 -0,018V/°C / -0,024V/°C
Max charge battery temperature:
≤50°C
≤50°C
≤50°C
≤50°C
Safety Charging Voltage at Battery Overtemperature:
12,8V
12,8V
12,8V
12,8V
1). Absolut voltage, not temperature compensated (De facto standard voltages in charging systems).
"Charging limit voltage" is in order not to damage units in operation by overvoltage during charging.
"High Volt Disconnect" is a safety level, which could be hardwired if all the other controlling is made by a microprocessor, in order to avoid damage to electrical equipment in case of failure. 2022-02-20
Searching on "Charging limit voltage" "15.5V" shows very clearly that this is a de-facto standard in the industry! The CE Handbook - On the application of the EU Leisure Boat Directive, the Swedish Transport Agency (Transportstyrelsen), states:
"All electrical appliances and luminaires shall operate within the voltage range of 10,5 V-15,5 V (measured from the terminals of the battery) if the system at its nominal voltage is a 12 V system, and within the voltage range 21 V-31 V if the system is a 24 V system.", which also indicates that these are well-established maximum values for system voltage to be kept as a maximum limit value when charging battery systems.
2). Carry out once each 30 days (and / or each 10 discharge cycles >30% discharge?). With a current of ≤0,04C, ≤4A/100Ah, and when Equalization voltage reached hold it for 1-2hr or untill the tail-current is reached. Some says it should be a total time of 1hr or reaching the Equalization voltage that should abort the process, which is reached first.
More and more data suggests that it should only be done once every two months. 2021-05-14 What is the purpose for equalization?2021-09-11
Balancing all cells to equal voltage / full charge within a 12V lead acid battery which also is done during longer float-charges more gentle, for example at PV standby-operation. Is visualized in the Battery State of Charge (SOC) vs voltage at charge diagram below.
An equalization cycle is also useful for reversing a condition called "acid stratification" for Flooded lead-acid batteries (FLA) in which the acid concentration at the bottom of the battery is higher than the top.
Equalization is also a boosted desulfation procedure for flooded batteries.
3). Adaptive, dependent on the time length of the foregoing bulk charge phase.
(As a proposal 1/2 of the bulk phase charge time length for the absorption phase, to test out from in practice?)
(As a proposal 1/2 of the bulk phase charge time length -2hr for the boost float phase, to test out from in practice?)
(Photovoltaics (PV) charged systems does not always have full charge current and therefore is problematic to measure the bulk phase charge time length in. Could the time since the last new full charge cycle8 was initiated be a usefull measure instead? Possibly combined with the lowest SOC during the discharge period, measured from the Ah-counter or from lowest battery voltage or by a Kalman filtering. 2018-06-07) => Conclusion: is not a viable path! 2021-08-29 Victron Adaptive absorption timeStop the absorption charging when charge current get below 0,02C, 2A/100Ah, during 5 minutes. 2021-05-14 Adaptive max time of absorption charge could be guided by the night voltage just befor the PV panels begin to charge in the morning, in 2-3 steps. 2021-05-14
(N.B. I am not aware of if this already is protected by patents by some else!) Updated: 2023-10-23, 2021-08-29 For the best absorption-charging control, control via Tail-current is the most optimal:
Via Tail-current, the battery itself tells the charge-controller when to stop the absorption-charging.
For recharging to 100% SOC should the absorption charge stage be terminated when the tail current drops below about 0.005C (0.5A/100Ah, 0,5%) charge current into the battery according to several battery manufacturers as Concorde Battery, Sun Xtender® batteries "The battery is considered to be fully charged when the current drops below 0.5% of the battery´s rated capacity (0.5A for a 100Ah battery). The absorption stage will typically last 2–4 hours before the current reaches this level.".
So <0,01C (1A/100Ah, 1%) would be safe I guess. The Tail-current (Imin) 0,01C / C/100 is also supported by Exide references in the Wikipedia article IUoU battery charging for all types of lead-acid batteries. Tail-current = charge current into the battery not influenced by the other electrical power consumption in the off-grid system.
In PV off-grid system I then think <0,015C to <0,02C (1,5-2A/100Ah, 1,5-2%) for 5 minutes is a good limit to be careful with the AGM lead acid batteries and at the same time reach almost 100% SOC at the absorption-stage recharging. Combined with an adaptive maximum time limit for safety in case of battery problems.
In my PWM-PVchargeregulator in development I will start with a Tail current of <0,015C (1,5A/100Ah, 1,5%) for my AGM-lead-carbon batterybank, evaluated in a real emulated charge operation.
I have used a Tail-current of 0,005C (0,8A/160Ah) in a Victron SmartSolar MPPT with all loads via its load-output and got about 70min absorption time at each daily absorption charge during long time standby operation at 100% SOC in an off-grid PV-system, at absorption-voltage 14,4V and float-voltage 13,7V. A daily absorption charge of 70 minutes is much too much during long standby operations for achiving a long operational life of lead-acid batteries!
At a Tail-current of 0,009C (1,5A/160Ah) I got 1,5min daily absortion charge time at equal operational conditions with the flooded dual purpose lead acid batteries 2x Tudor TR350 80Ah.
An AGM deep-cycle lead acid battery has slightly higher float-charge current at 100% SOC during long time standby operation, thus a Tail-current of 0,015C-0,02C (2,4-3,2A/160Ah) should be a good choice for careful standby-charging of the AGM battery each 10 days, as well as in daily active cycled charging operation.
The float-charging charges the battery the last few remaining single percent to 100% SOC.
In this way, it is the lead battery itself that tells the controller when it is fully charged and not any algorithm in the PV-controller / solar charger that guesses it roughly.
A good source: How Fast Can an AGM Battery be Charged?
The absorption charge should also have a time limit, where 6 hours is likely to be a good choice. 2022-02-21
An interesting website with 3 very interesting videos, the first of which goes through very carefully how lead-acid batteries and LiFePO4 should be best charged in off-grid systems, confirming my thoughts here on lead-acid charging: Battery Bank Management System (BBMS), Combine Lithium (LiFePO4) and Lead-Acid Batteries in the same system.
He also refers to: "My good friend Conrad Grillo, who also lives aboard a sailboat, has taken the lead in testing the current version of the BankManager and BankManagerPLUS over the past several months, on his own ship's battery system. He has been instrumental in the development of the BBMS. Conrad has written up some thoughts and research to share with you": Charging Marine Lithium Battery Banks.
"Even your popular lead acid golf cart
battery manufacturer specifies in their manual to charge to x voltage and hold them there until current drops off to x% of the C20 rating of the battery. I believe the confusion exists largely because most of us have never seen—or even heard of—a charger that can do this! This is
called charging to voltage and taper current [tail-current]. In other words, the battery´s own chemistry tells us when it is full. As it reaches capacity, it can accept less and less amps. There just aren´t electrons to move.
Why aren´t chargers available to charge even lead correctly?": Unlocking new possibilities with LiFePO4 batteries
Got a new thought seed, that only a fixed tail-current that interrupts absorption charging as finished may not be enough in an off-grid photovoltaic system, then even lower charging voltage can provide 100% SOC. But it is probably taken care of by intending to control absorption charge to return to float voltage when the absorption voltage cannot be maintained for a certain period of time?
4). Updated: 2022-06-19
Re-bulk voltage, the voltage limit for >30min below which the PV-controller / -regulator shifts to bulk charge stage and starts a new charge cycle.
Re-float voltage, the voltage limit for >30min below which the PV-controller / -regulator shifts from standby charge to float charge stage.
Should be temperature compensated for static battery terminal voltage data.
The very best is to use a Rebulk-SOC, as this is the parameter that really matters in this aspect for the battery chemistry! Combined with a Rebulk-time-limit for regular absorption-charging at long standby operations.
A Rebulk-SOC is besides both independent of the battery temperature and large discharge currents!
The Rebulk-time-limit is the longest time in between recurring bulk-absorption-float-charging cycles.
SOC = State Of Charge, how fully charged the battery is.
Se also 8). below.
5). C = Capacity of battery. 0,25C and 100Ah = 25A || 0,1C and 100Ah = 10A
6). Updated: 2023-10-23
Accumulated time at Float voltage - more days in winter and less in summer via solarcells.
The time limit of <10hr && 0,005C / 0,5% Tail-current (previously just <30hr) for float-charge before switching to standby-charge stage is both for reaching fully 100% SOC, tackle sulfating and for gentle cell-balancing. Test has shown that 13,4V Standby-charged AGM-Lead-Carbon batteries reaches a stable continues current of about 0,001C / 0,1% Tail-current, that is likely to provide some cell balancing still.
At long Standby voltage charge operation should an absorption charge be activated each 10 days for ≤2hr, canceled when/if charge current into the battery goes <0,015C (1,5A/100Ah battery) for 5min. 2022-03-26 Now, Victron has included the following text in its SmartSolar manual: "A storage stage [Standby stage] is not needed for a solar charger, unlike is the case for an AC charger, since at night there is no solar power, so battery charging will stop.", together with "The charge controller will start a new charge cycle every morning, when the sun starts shining and when the PV voltage is 5V higher than the battery voltage." A new charging cycle after each night supercharges lead-acid batteries during longer passive standby operation, so I don´t agree with that!
Is a tendency today in 2021+ to prioritize short charging time over lifespan, with float-voltages of 13,8V to 13,9V and absorption-voltage of 14,7V for AGM-batteries even during long passive standby operations.
As well as the charging operation data is normally provided for actively cycled lead-acid batteries, which is not optimal for off-grid solar PV systems for holiday homes with a lot of time in passive standby mode where the lead-acid batteries get overcharged with those operating parameters!
In the diagram below is the most optimal operating point marked as 2.25V/cell, i.e. 13.5V/12V.
I´m guessing a 13.6V float-charge voltage is a good balanced choice for most people, taking into account nights without charging in photovoltaic systems as well as for the self-balancing of the lead-acid battery cells during standby operation.
Float voltag 13.6V also has a good support in the Wikipedia article IUoU battery charging.
Also shows why, during long-term passive standby operation, absorption charging should not be carried out every day, as is often done. 14.4V => 2.4V/cell, 14.7V => 2.45V/cell. Optimum float-charging voltage - 13,5V / 12V battery
The diagram illustrates so clearly the problem of the delicate balance of float charging voltage for healthy lead-acid batteries that get good service life. The knowledge of this phenomenon is well known for a long time, described in words in several different places.
Is a bit of the basic knowledge for those interested in lead battery charging a little more in depth.
7). Today (April 2016), a temperatur compensation of -0,018V/°C are seen more and more often in datasheets. Maybe I should use the average values of -0,021V/°C of these two values!?
But the -0,024V/°C is a very well established value since long time, for lead acid batteries.
The -0,024V/°C is a well established De facto standard, which follow the gassing voltage. SolarProfessional proposes -0,030V/°C as the most widely used temperature compensation formula, which will follow the gassing voltage curve more accurate. Updated: 2018-06-07
It´s also a smaller trend against -0,030V/°C for 12V lead acid batteries among PV-controllers, which is even more close to the gassing voltage curve, so -0,024V/°C seems still to be valid as an de-facto-standard. Victron uses the extreme -0,016V/°C as default in their SmartSolar MPPT-controllers, which is very off from the the gassing voltage curve! Updated: 2021-07-08 Updated: 2022-02-01
More often now, other data are starting to appear for the temperatur compensation, dual separate ones for different operations, type for use at standby float charge and cycle use voltages.
As this example for a Ritar 260Ah AGM deep cycle lead acid battery:
The dual values of -0,018V/°C at standby operation and -0,024V/°C for cyclic operation.
Maybe that explains why a temperatur compensation of -0,018V/°C are seen more often in datasheets today, it could be a prioritization of the temperature compensation at standby float charge! Then this dual values would be a better choice!
8). Updated: 2021-09-30
A new full charge cycle initiates when either the discharge is >0,10C (<90% SOC) or when the battery voltage (25°C) is <12,4Vx for 30min, which voltage reference must be temperatur compensated for static battery terminal voltage data. In between shall the float / stand-by charge stage be in charge.
When in standby-charge stage should a battery voltage <12,5V (<12,6V lead-carbon) for 10min change charging to float-charge stage.
N.B. In Photovoltaics (PV) charged systems it is essential to not initiate a new full charge cycle for every small shallow discharge, thus preserving the lead-acid battery cycle life. 2018-06-07 x) Data by Exide. Lead carbon likely at <12,5V.
2020-12-21, updated: 2021-06-23 I have got some new experiences and new knowledge and have done some analysis:
It´s more and more obvious for me that solar charge controllers are not designed for the really sun-poor Scandinavian winter time!
I resently visited my off-grid cottage and in the very dark sun-poor weather of the last months hasn´t the PWM solar controler in lack of PV-power been able to reach the absorption voltage it try to for each day. That results in the battery being charged with a too a high float voltage, which vill reduce their servic life! And by that the battery hasn´t got its caring current pulsation from the PWM-pulsing. Conclusion I: A solar charger must be smart and check if the PV-panels gives enough with current to reach the absorption voltage within sensible time, to not act as a too a high float voltage charge. Otherwise wait and check for it later in the day or the next day again.
Victron Energy writes in a factsheet of lead-acid battery charging:
"After completion of the absorption period the battery should be fully charged, and the voltage is lowered to the float or standby level. If no discharge occurs during the next 24 hours, the voltage is reduced even further and the battery goes into storage mode (13,2 -13,5V). The lower storage voltage reduces corrosion of the positive plates. Once every week the charge voltage is increased to the absorption level for a short period to compensate for self-discharge (Battery Refresh mode)."
And for long-term standby-usage:
"When a battery is not frequently deeply discharged, a 2-step charge curve can be used. During the first phase the battery is charged with a limited current (the bulk phase). Once a pre-set voltage has been reached the battery is kept at that voltage (the float phase)." Conclusion II: A PV solar charge controller shouldn´t absorption charge each day at >24hr standby operation! For off-grid PV-systems is absorption charge 1 times/week fine at >24hr standby, and probably is ≤2hr 1 times/10days the best choice especially for pulse-charged lead-acid batteries. Victron Lead Carbon battery Charge Data
If absorption charge 1 times/10days and with Equalization charge 1 times/month enabled it can be done 1 of 3x10days interval at standby operation. Or even at 1 of 6x10days interval for Equalization charge 1 times/2month for lead carbon batteries. Victron Factsheet: Charging Gel and AGM Batteries
Verkar som att Studer VarioTrack MPPT solar charge regulator inte startar om en ny komplett laddcykel varje dag vid standby-drift utan blir kvar i float-laddning 13,6V :-)
Ny laddcykel ser ut att startas av att batterispänningen går under inställt värde, default 12,2V >30min eller 11,8V >2min. Dessutom kan man ställa in minsta antal timmar mellan att ny laddcykel får startas.
Bör vara bra för blybatteriers livslängd.
Absorptions-laddning görs i 2hr default och avbryts om laddströmmen går under inställt värde. Manual VarioTrack MPPT solar charge
Batterimonitor blybatterier:2021-07-26
Synkning mot 100% SOC:
Indikerar 100% SOC då IFloat ändrats sig minde än 10%? under 1hr? då Float-laddningen begränsar laddströmmen? Blir då att blybatteriet själv indikerar fulladdat oberoende av temperatur eller åldrande, så bör bli en perfekt synkning. Sedan om delta-strömgränsen ska var 10% eller annat värde får nog provas fram, samt även om 1hr är lämpligt tidsfönster. Men känns som vettiga startvärden.
Bör även vara en metod som är helt oberoende av batterikapacitet!
Kräver dock att batterimonitor och solladdregulator är ihopbyggda eller kommunicerar full driftsdata mellan sig, vilket varit min övertygelse i flera år för en bra fungerande batterimonitor funktion!
Samt krävs lite logik så inte startström från kylskåp och liknande stör denna utvärderingen!
Alternativ kan man mäta upp lägsta filtrerade laddström vid float-voltage sedan senaste bulk-laddning och låta tail-current vara 150% av den för indikering av fulladdat batteri.
Kan filtreras att nytt lägsta värde måsta vara lägre under 5min för att accepteras.
Denna typ av utvärdering / mätning för 100% SOC synkning öppnar även för att kunna utvärdera coulomb-verkningsgrad samt energi-verkningsgrad för batteribanken. Både som teknisk data samt för justering för noggrannare funktion i batterimonitorn.
Över längre tid kanske man då även kan indikera hälsostatus för blybatterierna ur dessa värden?
CTEK´s "Pulse" Float / Underhållsladdning är extra skonsam vid långvarigt inkopplad laddning. Den analyserar batteriets tillstånd och håller laddningen inom 95-100% genom att toppa upp batteriet med korta laddpulser när det behövs.
Borde dock kallas för intermittent laddning, istället för pulsladdning. WAECO har också fina batteriladdare med sin WAECO PerfectCharge serie. 2011-01-20, uppdaterat 2016-04-15 Exide batteriladdare verkar ha de bästa 7A/15A laddarna för husvagn / husbil idag! Helautomatisk avancerad 5-stegs laddning med temperatur-kompenserad laddning avkänd direkt på batteripolen, vilket är viktigt för skonsam laddning i alla väder för att uppnå lång livslängd på batteriet. Använder intermittent laddning vid långvarig inkoppling mot fulladdat batteri, för skonsam float-laddning. Inbyggd temperaturkompensering gör dem särskilt lämpade för vårt nordiska klimat."
Exide 12/7: Watski: 1.395kr Aug 2022 || Batteriexperten: 1.495kr Aug 2022 || Campingvaruhuset: 1.484kr Aug 2022 || Svedol: 1.937kr Aug 2022
Även en solpanel, som ju bara laddar dagtid och ger blybatteriet en laddpaus varje natt, måste vara väldigt nära idealet, om solladdregulatorn har en temperatur-kompenserad underhållsladdning / float charging på max 13,7V (25°C, -24mV/°C)! Speciellt med en PWM-regulator som pulsar full solcellsström i extremt korta pulser till den låga medelströmmen under float-laddning! 2009-10-15
2012-02-15
Några olika laddartester där Exide´s temperatur-kompenserade laddning framhävs:
Exideladdarna blev valda till bäst i test i norska NAF-test, beskrivet i tidningen Motor bil og teknikks artikel:
- De beste i NAF-test er Exide 12/7, Cetec Zafir og Defa Handy.
2016-04-14
Mitt val av batteriladdare blev Exide 12/7!
Dels pga dess 6-stegs laddcykel där allt sker automatiskt och det inte finns något tillvalssteg man själv kan aktivera som kan ge för höga spänningar för elutrustning där batteriet är inkopplat, dels för dess fina temperatur-kompenserade laddning med temperaturgivare i ena anslutningsklämman så batteripolens temperatur avkännes samt dels för att dess absolut högsta laddspänning är 15,5V som verkar vara en "de facto standard" för batterier som laddas inkopplade i elsystemet (hos 12V solladdregulatorer).
Dessutom kan man välja inställning för att ladda olika stor batterikapacitet samt batterityp (öppna eller GEL/AGM), inställningar som den kommer ihåg.
Exideladdarna (7A/15A) kan vara inkopplade kontinuerligt till batteriet och känner då av automatiskt när en ny laddcykel behöver startas och toppa upp till 100% SOC intermittent, däremellan får batteriet vila sig för maximal livslängd.
Har använt den ett tag nu till min bil och den känns väldigt bra och ser ut att ge både en kraftfull och skonsam batteriladdning.
Som Exide själva skriver:
"Exide Technologies har, som världsledande batteriproducent, all den kunskap som behövs
för att ta fram högteknologiska och avancerade batteriladdare. Samtidigt är laddarna praktiska och enkla att använda. [...] De är helautomatiska och har inbyggd temperaturkompensering. Det gör dem särskilt lämpade för vårt nordiska klimat. [..] Vi kan batterier. Nu finns det en laddare som tar vara på den kunskapen."
OBS! Exide säger i manualen att vid laddning av batterier inkopplade i ett elsystem så måste man själv försäkra sig om att det elsystemet tål 15,5V laddspänning! Jag kan bara hänvisa till detta och gör inga egna uttalanden om det.
Som referens: 15,5V motsvarar den laddspänning en bilgenerator eller solladdregulator bör ge vid runt -25°C till -30°C enligt den kunskap jag har (beroende på tillverkarens valda temperatur-kompensering för laddningen). Broschyr Exide batteriladdare (pdf). Exide broschyr: Fokus på blybatterier, handledning och teknisk info om blybatterier!
Låg laddström förlänger batteriets livslängden:
För Öppna, GEL & AGM blybatterier gäller:
Laddströmmen bör inte vara högre än 0,25C (A, där C är batteriets kapacitet i (Ah).
För 75Ah batteri motsvarar 0,25C 18A. Bl.a pga skadlig uppvärmning av batteriet.
Rekommenderad laddström är 0,1C (A), där C är batteriets kapacitet i (Ah).
För 75Ah batteri motsvarar 0,1C 7,5A. Ger en rimlig livslängd på batteriet.
Betydligt lägre laddström än 0,1C är gynnsamt för lång livslängd på fritidsbatteriet.
Vid blybatteriets åldrande ökar Peukert´s constant, vilket medför att vid lägre laddningsström märker man mindre av batteriåldrandet och kan ihop med låga strömmar vid förbrukning få en mycket längre praktiskt upplevd livslängd för batterierna! Är gynnsamt vid rimligt dimensionerat solelsystem. (2013-05-29)
Blykolbatterier tål betydligt högre laddström, men där får man läsa tillverkarens datablad.
Låg urladdningsgrad förlänger batteriets cykellivslängd: (Uppdaterad: 2022-03-10)
Se även om den mer praktiska "Cyklad kapacitet" lite längre ned!
För lång livslängd bör vanliga AGM-blybatterier för djupurladdning regelbundet laddas ur till max 50% DOD (Depth Of Discharge), främst för att inte sulfateras för mycket. För öppna Fritidsblybatterier gäller ≤35% DOD, Gel ca ≤60% DOD samt för BlyKol ≤70% DOD, se tabellen Polspänning i vila vs laddningsgrad (SOC). Läs dock tillverkarens datablad.
Att nå omkring 50% urladdningsdjup regelbundet i batterierna är mest ekonomiskt för GEL & AGM, sett strikt ur batterikostnad över tid - The 50% rule for deep cycle batteries.
Men max 50% DOD är nog även något förlegat kvar sedan före solcellssystemens tid!
Att nå ett urladdningsdjup (DOD) ned till 70% någon gång ibland är OK för vanliga AGM-blybatterier och så man dimensionerar dem för max utnyttjad dåligt-väder-reserv i off-grid solcellssystem, då man därmed utnyttjar sin batteriinvestering maximalt! Men djupare än 70% DOD bör undvikas. Detta då det för ett max dimensionerat 70% DOD vid max urladdad dåligt-väder-reserv blir en regelbunden urladdning inom 10-30% DOD i off-grid solcellssystem, där AGM-batterier får väldigt bra livslängd!
För AGM BlyKol är den siffran 90% DOD för max utnyttjad dåligt-väder-reserv i off-grid solcellssystem, som då bör ge en regelbunden cykling inom 12-38% DOD!
OBS! Efter all urladdning bör laddning påbörjas så snart som möjligt för att motverka åldrande, vilket är extra viktig vid urladdning under 50% DOD för vanliga AGM och 70% DOD för AGM BlyKol! AGM/GEL bör bli helt fulladdade minst 1ggr/vecka i aktiv drift för bäst livslängd!
För BlyKol pekar mycket på att de bör bli helt fulladdade minst 1-2ggr/månad.
AGM deep discharge battery, Depth of discharge vs. Cycle life
Urladdningscykler under 5% urladdningsdjup är dock ej bra för livlängden.
Cycle life as a function of depth of discharge for lead acid battery (referens).
Troligen ligger fritidsbatterier ca 1/3 från startbatterikurvan upp mot "industrial batteries" i diagrammets kurvor, samt Solar-deep-discharge AGM-batterier nästan upp mot "industrial batteries"-kurvan.
AGM deep discharge battery, Cycle life vs. Depth of discharge (25°C)Fig.1DOD. AGM deep discharge battery, Depth of discharge vs. Cycle life (25°C)
Verkar vara en typisk kurva för AGM djupcyklings batteri av god kvalitet.
Cyklad Kapacitet2019-10-25 Dock är begreppet "livscykler" egentligen ointressant samt även lite vilseledande, då det är den totala cyklade mängden Ah/Wh, cyklad kapacitet, som man kan ladda ur batteriet efter alla uppladdningar som är det verkligt intressanta!
Om man vid 100% DOD (Depth of Discharge) skulle få hälften av livcyklerna som vid 50% DOD, så har man samtidigt då laddat ur dubbel så mycket Ah/Wh per cykel, dvs fått samma totala cyklade kapacitet ur batteriet. Så driftsekonomin blir den samma då!
Så jag skapar här det mer intressanta begreppet "Cyklad kapacitet".
För AGM Fig.1DOD här ovan och 50% DOD som 100% cyklad kapacitet får vi:
10% DOD: 122% cyklad kapacitet
20% DOD: 115% cyklad kapacitet
30% DOD: 107% cyklad kapacitet
40% DOD: 103% cyklad kapacitet
50% DOD: 100% cyklad kapacitet
60% DOD: 99% cyklad kapacitet
70% DOD: 95% cyklad kapacitet
80% DOD: 94% cyklad kapacitet
90% DOD: 92% cyklad kapacitet
100% DOD: 87% cyklad kapacitet
Då blir skillnaden inte lika stor som när man bara ser på cyklad livslängd!
Siffrorna kan naturligtvis variera lite mellan olika batterimodeller och fabrikat!
Mycket pekar även på att strömpulsad absorptions- och float-laddning signifikant minskar skillnaden för olika DOD (Depth of Discharge).
För blykol-batteriets tabell Fig.2DOD. här ovan fås motsvarande:
30% DOD: 100% cyklad kapacitet
40% DOD: 100% cyklad kapacitet
50% DOD: 100% cyklad kapacitet
60% DOD: 100% cyklad kapacitet
70% DOD: 100% cyklad kapacitet
Väldigt intressant, vilket bekräftar att de inte är så känsliga för djupurladdning.
Dock får dessa siffror för BlyKol ses som lite osäkra, då det i dagsläget (Okt 2019) inte går att hitta flera olika källor med samstämmiga eller rimliga data! 2022-10-26
Nu finns cyklad kapacitets diagram för några olika batterityper ovan.
Vid djupurladdning åldras Öppna, GEL & AGM blybatterier snabbt: (Uppdaterad: 2022-03-10)
Vid regelbunden djupurladdning till mer än 50% DOD urladdning åldras vanliga AGM-blybatterier snabbt genom sulfatering, snabbare ju djupare urladdningsgrad. För öppna Fritidsblybatterier är det ≤35% DOD samt för GEL ≤60% DOD.
För 100% urladdat batteri går åldrandet mycket snabbt och varje dag urladdat är skadlig!
Därför ska blybatteriet omedelbart få laddning efter urladdning till under dessa nivåer av sin kapacitet.
Ett urladdningsdjup ned till 70% DOD någon gång ibland är ändå OK för AGM-blybatteri, bara återladdning påbörjas snarast möjligt efter detta för att motverka åldrande.
Att bli fulladdade minst 1ggr/vecka i snitt i aktiv drift är gynnsamt för blybatteriers livslängd.
Blykolbatterier tål djupurladdning betydligt bättre och där är urladdningsdjup till 90% DOD någon gång ibland OK! BlyKol bör troligen bli fulladdade minst 1-2ggr/månad.
BlyKol-batteriernas sulfatering vid >30% SOC verkar vara försumbar, så är mycket mer tåliga för djupurladdning samt cykling partiellt laddade (PSOC).
Se mer i stycket Låg urladdningsgrad förlänger batteriets cykellivslängd ovan här! Nytt: 2019-10-22
Men verkar som att bara blybatterier får laddning så motverkas sulfateringen, även när laddningen sker långsamt (utifrån mina solcells off-grid erfarenheter sedan Maj 2007). Finns vissa indicer på att det även räcker med några timmars långsam laddning per dygn för att motverka skadlig hård sulfatering och blysulfatkristalltillväxt vid lågt DOD, vilket då är väldigt gynnsamt för off-grid solelsystem.
Hög temperatur förkortare blybatteriets livslängd:
En höjd arbetstemperatur för batteriet ökar korrosionshastigheten pga den snabbare kemiska reaktionshastigheten, vilket leder till förkortad livslängd!
Riktlinjer för temperatur vs livslängd:
20°C ger 100% livslängd.
25°C ger 70% livslängd.
30°C ger 50% livslängd.
40°C ger 25% livslängd.
Inaktivt blybatteri under lång tid är skadligt:
Inaktivt blybatteri under lång tid (ingen laddning eller urladdning) ökar markant risken för haveri, typ kortslutning i cell samt åldrar batteriet genom kristallisering av blysulfaten, vilket minskar dess kapacitet. Troligen klara blykolbatteri detta bättre.
När batteriet inte används under lång tid bör det antingen:
Anslutas till intelligent laddare, typ EXIDE / CTEC, som underhållsladdar med intermittent laddning.
Vara kopplat till solpanel som dagligen ger underhållsladdning vid en max s.k. "float charge" på 13,6V (25°C, -24mV/°C) och en gynnsam automatisk laddpaus varje natt. Allra bäst via en PWM-regulator som strömpulsladdar, vilket markant förlänger livslängden under långvarig underhållsladdning.
Manuellt regelbundet koppla batteriet till bra laddare och ladda fullt.
Blybatteriaktivator förlänger batteriets livslängd: (Uppdaterad: 2022-02-22)
Ett batteri som står oanvänt får allt sämre kapacitet medan cykling aktiverar blybatteriet.
Livslängden vid långvarigt passiva fritidsbatterier (ingen urladdning, som är vanligt långa perioder i typ husvagnar) kan förlängas med en s.k. blybatteriaktivator / blybatterirekonditionerare samt viss åldring typ sulfatisering även lösas upp ihop med underhållsladdning. Conrad.se har ibland sådana i sitt sortimen, vilket jag köpt, men se upp med strömförbrukningen så de är inom 1-5mA max, men kan vara betydligt större för vissa modeller. Ska även helst vara en blybatteriaktivator som även aktiverar batteri i vila!
Jag är även övertygad om att en kontinuerligt ansluten blybatteriaktivator förbättrar laddningsmottagligheten i kyla för blybatterier.
Vid låga urladdningsströmmar (mindre än 5% av Ah-talet), som är vanligt vid solelsystem för husvagn eller off-grid fritidshus, sker en ogynnsamm bildning av de kristaller som urladdningen ger upphov till. En blyaktivators höga urladdningspulser skapar då en gynnsam kristallbildning för de låga urladdningsströmmarna, vilket minskar batteriets åldrande.
Läs mer om det olika strömpulsningarna för StrömPulsLaddning.
En blybatteriaktivator belastar batteriet med en kraftig kort (typ 100μs) 80-100A urladdningsström puls, vilket upprepas med 20-30s mellanrum. Detta brukar ge en medelströmförbrukning på bara ca 1,5mA.
Blybatteriaktivator används med fördel kontinuerligt inkopplad till fritidsbatteriet.
Jag har haft min PB-500 blybatteriaktivator inkopplad konstant sedan Februari 2007.
De regelbunda höga strömpulserna håller den kemiska processen i blybatteriet aktiv och "ungdomlig" och kan omvandla bildad blysulfat till aktivt elektrodmaterial igen, ihop med daglig underhållsladdning från t.ex. solpaneler.
Vid låga urladdningsströmmar (mindre än 5% av Ah-talet), som är vanligt vid solelsystem för husvagn eller off-grid fritidshus, sker en ogynnsamm bildning av de kristaller som urladdningen ger upphov till. En blyaktivators höga urladdningspulser skapar då en gynnsam kristallbildning för de låga urladdningsströmmarna, vilket minskar batteriets åldrande.
Det nämns att en kontinuerligt inkopplad blybatteriaktivator kan förlänga batteriets livslängd med upp till 5ggr!
Läs även om Pulsladdning, där både "Puls charging" och "Puls conditioning" beskrivs. Något som väldigt bra samverkar med en batteriaktivators teknik.
/ 2013-10-28
Strömpulsladdning förlänger batteriets livslängd: (Uppdaterad: 2019-10-09)
Strömpulsladdning under absorptions- och float-laddfaserna förlänger batteriets livslängd signifikant samt gör dem aktivare och fräschare. Gör extra stor skillnad under långvarig underhållsladdning (float).
Vid solelsystem fås det t.ex. via en PWM-regulator.
Läs mer om Strömpulsladdning.
Låg urladdningström ger ökad urladdningskapacitet:
Batteriets kapacitet bestäms normalt för 20h urladdningstid (C20), t.ex. 75Ah vid 3,75A urladdningsström. Vid större urladdningsström fås en lägre tillgänglig urladdningskapacitet i (Ah), vilket är ganska känt.
Vid lägre urladdningsström fås på motsvarande sätt högre urladdningskapacitet.
Ett fräscht 75Ah fritidsbatteri kan t.ex vid 0,5A urladdningsström få en urladdningskapacitet på ända upp till 125-135Ah, lite beroende på batteriets egenskaper.
Det innebär att om man parallellkopplar två blybatterier så halveras strömmen som urladdar vart batteri och därmed kan man ur dessa få upp till 2,5ggr högre tillgänglig urladdnings kapacitet ihop, jämfört med ett blybatteri. Allt enligt egenskapen som Peukerts formel beskriver men lite beroende på vilken urladdningsström jag har i min 12V elanläggning. Är bra kunskap vid dimensionering av en solelanläggning!
Vid intermittent strömuttag från t.ex. ett 12V kompressorkylskåp, som kanske går 15min och pausar 30-45min, hämtar sig batteriet i strömpauserna och man kan i stort räkna på medelströmmen avseende inverkan av Peukerts formel. (2013-05-29)
Vid blybatteriets åldrande ökar Peukert´s constant, vilket medför att vid lägre strömmar vid förbrukning märker man mindre av batteriåldrandet och kan ihop med låg laddningsström få en mycket längre praktiskt upplevd livslängd för batterierna! Är gynnsamt vid rimligt dimensionerat solelsystem. (2013-05-29)
Låg temperatur ger lägre tillgänglig urladdningskapacitet:Uppdaterat: 2021-05-08
Batteriets kapacitet är beroende av dess temperatur och minskar snabbt vid lägre temperaturer (under 20°C) vid stora urladdningsströmmar (1C). Vid off-grid solcellssystem är dock urladdningsströmmen i snitt väldigt låg, så inte fullt så kraftig effekt av kyla.
Det mesta tyder på att vid de långa urladdningstider man har vid off-grid solcellssystem så är det medelströmmen man urladdar med som avgör hur kapaciteten minskar i kyla. Urladdningstiderna är då normalt mellan 3-7 dygn som dåligtväderreserven är dimensionerad för. Vid kortvarig högre urladdningsström återfås snart den minskade kapaciteten då till motsvarande urladdningsströmmen i snitt.
Vid låga urladdningsströmmar har låg temperatur inte ha lika stor inverkan på tillgänglig urladdningskapacitet! Är dock lite dåligt med fakta om detta.
Viktig(ast) är en anpassad laddspänning (-24mV/°C), så att blybatteriet blir fulladdat vid lägre temperatur!
Den minskade batterikapaciteten återfås igen när batteriet värms upp.
Temperatureffekt på tillgänglig kapacitet, blykol-batteri / lead carbon.
Off-grid dimensionerat för 5 dygns dåligtväderreserv ger 0,008C i medelurladdningsström, så lite över 0,05C kurvan i diagrammet.
Sannolikt är effekten snarlik för övriga blybatterityper.Detta diagram visar urladdningskapacitetens temperaturberoende. För off-grid solcellssystem dimensionerar man för en dåligtväderreserv på 3-7 dygn, och 5 dygns motsvarar då en urladdningsström på 0,008C i snitt så lite över 0,05C kurvan! OBS! Över 25°C åldras batteriet snabbt, se info under avsnitt 5. ovan.
(Förmågan till stor startström för startbatterier kan dock påverkas betydligt mer av låg temperatur!)
Batteriets laddningsgrad via vilospänning för vått öppet blybatteri:
Laddningsgraden (SOC) kan lite grovt uppskattas via mätning av batteriets polspänning.
Vanligen ska batteriet då först varit i vila ett dygn, men minst i 3h. Samt ytladdningen efter uppladdning ska vara urladdad (≈1% discharge).
Det förekommer lite olika siffror om vilospänning vs laddningsgrad för de olika typerna av blybatterier samt inom dem, vilket gör detta lite osäkert. En del solladdregulatorer visar laddningsgraden s.k. "SOC" (State Of Charge) i procent genom lite mer avancerade algoritmer som både mäter batterispänning, förbrukningsström och temperatur och kanske förbrukningshistorik. En del solladdregulatorer har t.o.m. en adaptiv självlärande algoritm för batteriet.
Tabellen nedan tror jag på som en grov riktlinje för olika typer av blybatterier:
(Tabellen gäller för polspänning i vila under urladdningsfasen - se dock diagrammet längre ned, under punkt 11, hur urladdningsförloppet ser ut.)
Som bäst kan man utvärdera laddningsgraden, SOC, ur batterispänningen med en mätosäkerhet kring 25% när man bor i sin husvagn / off-grid stuga! Bäst överensstämmelse fås efter ett par dygns aktiv drift med omväxlande laddning urladdning och vid DOD >25%, allra bäst tidigt på morgonen innan solcellerna börjat ladda.
SOC / DOD tabell blybatterier, 2020-03-05, uppdaterad 2023-05-05
Polspänning i vila2. vs laddningsgrad (SOC) 12V blybatteri @25°C (≈Volt)
Spänning inom ( ) = vid svag urladdning: I < 0,3A/100Ah
Samt färgkodade generella urladdningsdjup (DOD) per blybatterityp.
Tabellen gäller för renodlat off-grid solcellssystem med den längre tid för urladdning ≥5 dygns dåligt-väder-reserv (days of autonomy) normalt ger.
Batterispänning 10,5V vid 0% SOC gäller normalt vid 20h urladdning, C20!
Normal cyklisk drift för blybatterier. OK DOD lite mer sällan. DOD som ett off-grid system dimensioneras för (max dåligt väder reserv). Arbetsområde som ska undvikas då det åldrar blybatteriet fort. Dock bör man följa det batteritillverkaren skriver i sitt datablad för blybatteriet, där deras angivna DOD kan antas motsvara det -kodade området i tabellen. BlyKol bör laddas fullt 100% SOC 1-2ggr/månad i drift, men klarar troligen driftsperioder på 3-4 månader partiellt laddade (PSOC). PSOC-drift är deras styrka. Övriga blybatterityper bör laddas fullt 100% SOC minst 1ggr/vecka i aktiv drift, samt snarast efter varje lite större urladdning. Alla blybatterier ska vid standby hållas vid 100% SOC för bäst livslängd. 1.)LiFePO4: Vid långvarig standby bör de hållas vid 50% SOC (40-60% SOC). Flera anger att cyklisk drift ska ske inom 10%-90% SOC, några inom 10%-80% SOC samt enstaka att 0%-100% SOC är OK, så jag använder 10%-90% SOC här. 2.) Efter minst 24h vila helt passivt.
OBS! Spänningarna kan skilja lite mellan olika fabrikat. Finns inga vetenskapliga SOC-spänningsnivåer, då de beror lite på den fysiska uppbyggnaden.
Jag har utgått från ett brett tekniskt underlag, både från batteritillverkare och vetenskapliga papper, då jag tagit fram dessa siffror!
BlyKol-batterier är ännu så nya att dataunderlaget är begränsat.
Vid lätt strömuttag säger en källa att man ska minska tabellens vilospänning med 0,2V för att få en hyfsad uppfattning om batteriets laddningsgrad. För blykol-batterier (lead-carbon) verkar det vara 0,1V. Men blir mer osäkert belastad.
2021-09-18
Linjärt samband mellan SOC och obelastad polspänning blybatteri.
Är det som brukar användas för tabeller enligt ovan.
Men anges lätt kurvformad för urladdning, se diagram nedan.
För blykol-batterier bör kurvformen vara flackare nämre linjär under urladdning.
SOC vs Open Circuit Voltage Pb, källa
2013-12-25
Vilospänningens temperaturberoende för underhållsfria blybatterier. Källa, samt egna iaktagelser om lägsta nattspänning vid solcellsladdning.
Gäller vilospänning vid >24hr vila efter senaste laddning av batteriet.
Tyvärr verkar det som om en ständigt inkopplad blybatteriaktivator påverkar vilospänning vs laddningsgrad, då batteriet ju aldrig riktigt befinner sig i vila.
(2013-12-25, verkar inte stämma. Jag baserade det på NASA BM1 SOC-visning, men egna uppföljningar av lägsta vilospänning nattetid under solcellsladdning motsäger det.)
Läs även mer i avsnittet 12. här nedan, om allt som gör en utvärdering av SOC via polspänningen extra svår och osäker i ett 12V elsystem under aktiv drift med dynamisk förbrukning och laddning av ström ur batterierna. (2013-05-29)
Uppskatta tillgänglig kapacitet / laddningstillstånd med Ah-mätare "tankmätare":
Blybatteriets tillgängliga kapacitet är beroende av väldigt många olika faktorer, vilket gör det svårt att få någon noggrann uppskattning av kvarvarande kapacitet eller laddningsgraden! Även vid avancerade Ah-mätare som inkluderar beräkningsmodeller typ Peukerts formel kan noggrannheten bli dålig över längre tid. En del Ah-mätare räknar dock bara negativa Ah och nollas / kalibreras därmed automatiskt var gång batteriet blir fulladdat!
Vid dynamisk ur- / uppladdning varierar förlusterna vid olika strömmar, påverka pauser i urladdningen, storlek på urladdningsström, temperatur, batteriålder, urladdningsdjup, upp- / urladdningsförlopp, återhämtning (vila), Peukert´s effekt, etc. - dvs väldigt många faktorer.
Peukert´s effekt blir dessuton större hos åldrade blybatterier.
Dessutom är laddningseffektiviteten högst under bulkfasen, sämre under absorptionsfasen och sämst under float, samt även beroende av laddningsströmmen med högre effektivitet vid lägre laddningsström! Vid laddström < ≈C/40 (<2A för 75Ah batteri) kan man nå 100% SOC vid enbart bulkladdning, se diagrammet nedan.
Battery State of Charge (SOC) vs voltage at charge, (källa), (Inlagd: 2013-05-29)
Så under kortare mättid där batteriet aldrig blir fulladdat, typ dagar till någon vecka, så kan en summering av upp- och urladdningsström (Ah) med hänsyn till 110-120% iladdningsbehov ge en hyfsad uppfattning hur man ligger till vid ett solelsystem. Men mätningen bör då nollas inför mätperioden, samt nollas automatiskt (stoppas) vid 0Ah urladdning dvs att "negativ urladdning" ej kan nås vid uppladdning. Varje gång batteriet blir fulladdat (= 100% SOC) sker en kalibrering av Ah-mätaren och man vet då helt säkert batteriets laddningsstatus (SOC) igen, om Ah-räknaren stoppas automatiskt när den når 0Ah.
En ytterligare aspekt för noggrannheten för en Ah-mätare är inverkan av Peukert´s effekt, som påverkar både vid ur- och iladdning av batteriet. Är laddningsströmmen markant högre än förbrukningsströmmen, som det kan vara vid laddning från generator eller 230V-laddare, så stämmer inte den uppmätta mängden förbrukad ström mot mängden laddningsström pga skillnader i det elektrokemiska förloppet i batterierna för olika stor ström. Men vid ett rimligt dimensionerat solelsystem blir inte dessa strömskillnader så stora, utan Ah-räknaren fungerar hyfsat bra när man runt 1ggr per vecka eller oftare uppnår fulladdade batterier. (Uppdaterad: 2013-05-29)
För en bra nollström-kaliberad Ah-mätare fungerar det rimligt bra under 2-3 veckors tid också mellan gångerna man når fulladdad batteriststatus och får 0Ah-kalibrering, är min erfarenhet av NASA BM1. Så önskan är ju en batterimonitor / Ah-räknare som noll-strömkaliberar sig själv regelbundet automatiskt under drift. (2013-12-25) FrittLiv: Så nollströmkaliberera man NASA BM1 batterimonitor.
Många annser att mätning av polspänning, via digital panelvoltmeter ansluten direkt till batteriets poler, i kombination att man lär sig att få en känsla för sin anläggning ger en lika bra eller bättre uppfattning av laddningsgraden i blybatterierna i längden, jämfört med en dyr Ah-mätare. 2010-07-03
Min erfarenhet i husvagn med el från solpanel är att det är mycket svårt att bilda sig en uppfattning av laddstatus via voltmeter, beroende på att laddning och förbrukning av ström till / från batteriet hela tiden varierar så mycket! Kanske stör även min ständigt inkopplade blybatteriaktivator också möjligheten att avgöra laddningsgraden via batterispänningen. Jag har provat i ett år men tycker metoden är dålig.
En del förklaras nog av nedanstående figur. Det initiala droppet av batterispänningen i början av urladdningen är väldigt synligt för mitt husvagnsbatteri - brukar gå ned till 12,5V i den tidiga urladdningsfasen från fulladdat och sedan stiga igen till 12,7V.
Typical Discharge Voltage Curve Of Healthy Cell Lead Acid Battery (referens)
The first inital voltage drop at the beginning of a discharge is called "coup de fouet"
Battery state of health estimation is done through coup de fouet as a new technology källa
De första 15-20% av urladdning är omöjliga att avgöra via voltmeter och jag tycker inte det är förrän bortåt vid kanske 80% urladdning som batterispänning börjar ge en hyfsad info om laddstatus. Är lite väl sent, om man vill kunna planera och fördela kvarvarande kapacitet i batteriet över ett antal dygn i väder då solpanelen ger otillräckligt med ström!
Är i sådant väder totalt omöjligt att själv uppskatta hur mycket ström man fått från solpanelen och hur man ligger till med laddstatusen i blybatteriet, enligt min erfarenhet!
Diagrammet ovan förklarar också varför mätvärdena för batterikapacitet blir lite osäkra de först 15-20% av urladdning, när de presenteras som laddstatus (SOC) av en batterimonitor typ NASA BM-1. Men Ah-mätaren är säker och ger bra info då. 2022-05-18
Den s.k. "coup-de-fouet" effektens initiala spänningsdipp vid urladdning visad i diagrammet ovan är intressant och beskrivs såhär: "The float charge process maintains the positive plates in a nearly fully charged condition, in which the active material is all lead dioxide, PbO2, with very little lead sulfate, PbSO4, present under ideal conditions. During discharge, lead dioxide is converted to lead sulfate. However, the chemical reaction is better facilitated when a lead dioxide molecule is located adjacent to a lead sulfate molecule. In other words, the chemical reaction process improves in efficiency as lead sulfatesites are generated. During the initial moments of discharge, the chemical reaction is slightly less efficient, with the result that the voltage can dip to a lower than expected value and slowly recover from this voltage dip during the first few minutes of discharge as these lead sulfate sites are created."
"The coup de fouet parameters associated with the discharge of batteries with low SoH (State of Health) have a reduced magnitude compared with those associated with the discharge of batteries with a high SoH." källa
En tydlig "coup-de-fouet" spänningsdipp vid urladdning efter lite längre standby-drift float-laddning indikerar att blybatterierna blivit top 100% SOC fulladdade, samt en djupare att de är i bra kondition!
Eventuellt indikerar det även låg eller ingen alls sulfatering för blybatterierna?
Mina 1 år gamla blykol-batterier får efter någon veckas standby-drift med PWM-strömpulsad low-duty-cycle float-laddning en spänningsdipp ned till 12,3-12,4V som efter en stund återgår till 12,7V spänning vid den första inledande urladdningen. Så low-duty-cycle PWM-strömpulsad float-laddning ger en jättebra 100% SOC fulladdning samtidigt som den är skonsam mot blybatterierna.
2010-07-04
Diagramet nedan belyser än mer hur svårt det är att själv utvärdera batteriets laddstatus ur batterispänningen, när batteriet används aktivt i husvagnen och laddas via solpanel.
Battery Voltage vs State Of Charge (SOC) at charge / discharge, lead acid battery (referens)
2011-02-16
Det som inte framgår av diagrammet är att skiftningen mellan spänningskurvorna för urladdning / laddning respektive vilospänning inte sker spontant, utan är ett odefinierat utdraget tidsberoend förlopp! Tidsaspekten ger en påverkan på förloppet i upp till 24h! 2011-01-16
Batterispänningskurvan här ovan finns beskriven i en pdf, ihop med fler kurvor: Lead-Acid Battery State of Charge vs. Voltage graphs - (källa 2).
En person som väldigt noggrant undersökt hur osäkert det är att utvärdera laddningsgraden (SOC, State of Charge) via spänningsmätning (Volt) med en digital voltmäter. Mätfelet för SOC blir runt 15-25% enligt dessa spänningsmätningarna: Measuring A Lead Acid Battery State of Charge En till källa som anger att osäkerheten är 25% i att utvärdera SOC ur batterispänningen.
Hittade en taball över "Temperature Compensated Battery State-of-Charge (SOC)" (*.xls dokument)
Min batterimonitor BM-1 verkar inte använda sig av sådan temperatur-kompenserad spänningstabell vid sin utvärdering av laddningsgraden (SOC) och visar därför en hel del extra fel vid vintercamping. Men Ah-mätar hos BM-1 fungerar hyfsat bra!
Överhuvudtaget har visningen av laddningsgrad hos BM-1 dålig noggrannhet, med ofta för lågt visat värde! Men Ah-mätningen fungerar bra, så länge det inte är för varmt (typ markant över 20°C), då den driver lite och mest blir användbar inom en veckas tidsram. 2011-02-16
Ytterligare ett diagram med urladdningskurvor för blybatteri, vid olika strömmar:
Källor om varför behovet av batterimonitor / Ah-räknare finns: / 2013-12-26
- Monitoring Battery Capacity, Why it is important to be so accurate in monitoring batteries.
Ny 2020-04-08 Ampere timme klassificering (Ah), blybatteri:
"The Battery Council International (BCI) has established industry standards for rating batteries. Ampere Hour Rating (Ah): This is the number of amps that a battery can deliver for a 20-hour period. The test is also referred to as the 20-hour rate (C20)." (länk)
Including Lead Acid, LiFePO4 (Lithium), Standard AGM, TPPL AGM, Carbon Foam AGM, and GEL Batteries
Supports 12V-48V Battery Banks
Typically 97% Accurate for SoC% within 2 Cycles
Auto-Calibrating
Does not Lose Accuracy with Age
Expandable Architecture
Optional Smartphone/Bluetooth® Gateway
BALMAR SG200 User manual
"SoC is a percentage of the actual full-charge capacity of the battery, NOT the design capacity." From the SoH (State of Health) calculation. "SoH is the battery´s existing, or actual aged capacity compared to the initial design capacity.;" Dock är inte allt bra hos SG200 heller, som: "Time Remaining: Shows time remaining until battery is 50% (20% for LiFePO4) discharged when the battery is discharging." Blir helt fel för off-grid solcellssystem, är anpassat för generatorladdade AGM / GEL / LiFePO4 batterier i fritidsbåtar. BALMAR SG200 Battery Monitor - Frequently Asked Questions BALMAR SG200 Testimonials 2019-06-26
Jag skulle vilja ha en batterimonitor med GSM/3G/4G-anslutning som skickar data ett par gånger per dygn till en egen hemsida där jag kan följa husvagnens laddstatus och solpanelernas strömleverans hemifrån. Så man håller nere strömförbrukningen maximalt och bara startar upp GSM/3G/4G-anslutning den korta stunden just vid sändning av data. Då skulle man på sin webbsida kunna se diagram och tabeller över den senaste tidens laddstatus. Extra bra vid helgcamping vinterttid för att veta när batterierna åter är fulladdade för att kunna helgcampa nästa gång igen. Victron Energy Open source, har en del resurser för att ihop med Victrons produkter kunna bygga upp ett sådant system, med även länkar till externa resurser. Intressant!
Själv har jag osäkra planer på att bygga en egen GSM/3G/4G-anslutningsbar batterimonitor kring ett Arduino-kort med shields. Ska då även vara nollpunkts-självkaliberande regelbundet för att hantera temperaturdrift i elektroniken. Skulle då även kunna mäta temperatur och relativ fuktighet inne för dataloggning.
Kanske använda detta då: Signal K is a modern and open data format for marine use. Built on standard web technologies including JSON, WebSockets and HTTP, Signal K provides a method for sharing information independently of the underlying communications protocol (e.g. NMEA0183, NMEA2000, SeaTalk, I2C, 1-Wire, ZigBee, etc) in a way that is friendly to WiFi, cellphones, tablets, and the Internet.
Exempelprojekt från Victron Open source: victronPi, graphical display of power data.
Parallellkoppling av blybatterier / LiFePO4:
För att få en ökad kapacitet är det vanligt att man parallellkopplar flera blybatterier.
Vid parallellkopplling blir blybatterisystemet självreglerande och inte så känsligt för olikheter i batterierna pga dynamiken i spänningsförloppet under urladdning / uppladdning.
Riktlinjer för parallellkoppling:
Blybatteriena ska ha samma nominella spänning.
Blybatteriena ska vara av samma typ (fritids, vått öppet, AGM, GEL, VRLA, etc.).
Spänningskurvorna i diagrammet nedan skiljer lite smått mellan de olika blybatterityperna som GEL, Blykol, AGM, Fritidsbatteri, Djupurladdningsbatteri etc. samt kan även skilja lite mellan olika tillverkare då man har små skillnaden i materialsammansättning i elektroderna och batteriernas uppbyggnad, vilket då förklarar varför blybatterierna kan komma i lite otakt och obalans med varandra vid cykling om de inte är av samma typ och sort, samt helst samma modell från samma tillverkare. Uppdaterad: 2022-08-06
Batterierna kan ha olika kapacitet (inom rimliga gränser).
Batterierna kan ha olika ålder (men syradensiteten bör vara ungfär lika vid fulladdat). Det minst åldrade batteriet får arbeta lite hårdare, men ändå mindre än om det varit ensamt. Ett nytt batteri skadas inte av detta men ett åldrat avlastas lite.
Dock kan det bli känsligt vid snabbladdning, men fungerar bra vid laddning med 0,05C - 0,1C (5-10A/100Ah) och sannolikt vid ≤0,25C också. Det viktiga måste vara att man har en minst 3-stegs spänningsreglerad laddning: bulk / absorption / float.
Den kemiska och spänningsmässiga dynamiken i blybatteriernas cyklingsförlopp gör en parallellkopplling av blybatterier väldigt stabil. T.ex. ökar den inre resistansen och sjunker polspänningen med urladdningsgraden, vilket gör att det bäst laddade batteriet får ge mest ström, tills batterierna nått samma laddningsgrad (och omvänt vid laddning). Även högre strömbelastning (A/Ah) sänker spänningen, vilket gör att blybatterier med olika kapacitet ändå arbetar med ungefär samma strömbelastning parallellkopplade.
Samma vid viss skillnad i åldrande mellan batterierna, då det mer åldrade får en något lägre urladdningsspänning och lite högre inre resistans, vilket gör att det minst åldrade batteriet får jobba lite mer / cyklas lite djupare (och därmed avlastar det åldrade lite) tills batterierna så småningom via naturligt normalt åldrande är på samma status, eller det mest åldrade behöver bytas ut. Detta är inte på något sätt skadligt eller fördärvar det nyaste batteriet i förtid. Fungerar bäst vid lämpliga max strömmar.
Det är blybatteriernas spänningsdynamik vs SOC (se diagram) som gör att de samkör så stabilt robust bra med varandra parallellkopplade även med lite skillnad i intern resistans av åldrande eller olika kapacitet, så är en bra egenskap! Gör även att de inte behöver någon BMS för en balanserad säker robust parallellkopplad drift!
Är att blybatterikemin ger en batterispänning tydligt kopplad till SOC-laddnivån som gör att de samkör så enormt robust parallellkopplade, då parallellkoppling ger tvingande samma batterispänning och därmed fås även samma SOC laddnivå med stor noggrannhet i samtliga parallellkopplade blybatterier (av samma sort och typ då förstås).
Blybatteriernas spänning är även lite kopplad till strömbelastningen, så även när man parallellkopplar blybatterier av lite olika kapacitet så får man en jämt fördelad strömbelastning (A/Ah) mellan blybatterierna, vilket också bidrar till den väldigt robusta driften parallellkopplade!
Gör att parallellkopplad blybatterier normalt åldras väldigt fint med varandra, och skulle något åldras lite snabbare så avlastas dess drift i motsvarande grad av dessa effekter så dess åldrande bromsas in.
Kort sammanfattat kan sägas vid olika ålder: Åldringen kompenseras automatiskt genom att både urladdning och laddning blir i proportion till blybatteriets skick!
Så lite olika blybatteriålder, så länge inget är skadat eller kraftigt åldrat, försämrar normalt inte batterilivslängden totalt sett. Jag har över 10 års driftserfarenhet av det!
Såhär som i diagrammet nedan ser generellt blybatterispänningen ut för laddning / urladdning för olika strömbelastningar (A/Ah) och SOC laddstatus, vilket tydligt förklarar varför blybatterier arbetar så fint synkade ihop parallellkopplade normalt sett.
Så både högre strömbelastning och djupare urladdning ger lägre batterispänning, vilket tvingar parallellkopplade blybatterierna att arbeta synkade med varandra, både laddmässigt och med strömbelastning (A/Ah) så långt jag kan se och har erfarenhet av!
Alla de parallellkopplade blybatterierna har ju hela tiden samma batterispänning, så då kan inte något enskilt blybatteri av flera parallellkopplade belastas på ett sätt som motsvarar högre eller lägre batterispänning!
Allra säkrast dock och bäst för att få lång stabil driftsäker drift är ändå att bara ha exakt samma och lika gamla batterier i sin batteribank, speciellt om man har en hög strömbelastning C (A/Ah) på batterierna!
Men samtidigt har jag i mitt off-grid solcellssystem med då 3dygns dåligt-väder-reserv parallellkört ett par olika uppsättningar med 2st Tudor TR350 80Ah fritidsblybatterier med 3-4 års åldersskillnad mellan under 14 års tid utan att jag kunnat notera någon nackdel eller problem av det alls! Batteriekonomiskt blev det en fördel då jag kunde låta det äldsta batteriet åldras lite mer med tappad kapacitet utan att hela batteribanken tappade för mycket i kapacitet! Jag fick ovanlig lång 9 års livslängd på de blybatterierna trots åldersskillnaden! Så visar på blybatteriers robusta förmåga att samköra stabilt parallellkopplade oavsett om de åldras lite olika eller har olika ålder etc, bara de är av samma typ (AGM / GEL / Öppna / etc) och helst samma modell! Voltage at rest vs SOC, LiFePO4 & AGM Lead-Acid battery
"What makes this even more tricky is that the voltage difference of a typical lithium battery at 80% and 40% is only 0.5V, which is also pretty close to the voltage variation found between batteries!" (källa) 2011-02-16, uppdaterad: 2022-10-29
2022-12-21 LiFePO4 batterier är känsligare för parallellkoppling då de mellan 40% - 80% SOC laddnivå varierar sin batterispänning så extremt lite, se diagram ovan! Måste finnas någon mekanism i batterikemin som får parallellkopplade batterier att samköra väl så att både deras SOC laddnivå och deras strömbelastning (A/Ah) följs väl åt, och vad jag kan se utifrån mina batterikemi tekniska kunskaper så är den lite väl svag hos LiFePO4 för robust sådan drift.
Dessutom kan batterispänningen för LiFePO4 variera lite för olika tillverkningsserier nämns det på flera ställen, ända upp till 0,5V mellan olika 4-cellers batteripack enligt Climbingvan som är lika mycket som skillnaden i LiFePO4-batterispänning mellan 40% - 80% SOC. Så det kan också vålla problem för parallellkopplade LiFePO4, speciellt om man tänker utöka en befintlig batteribank med mer kapacitet via nya parallellkopplade celler.
NyTeknik hade 2022-12-19 en intressant artikel (låst) om kunskap kring att öka livslängden på Litium-batterier i elfordon. Med kunskap från Thien Laubeck från rollen som vd för elektronikbolaget SHT Smart High-Tech och tidigare på Volvo Trucks och Volvo Penta, samt från Mattias Näslund som också jobbat för Volvo, senast som specialist inom elektromobilitet med fokus på batterier med erfarenheter inom batterirenovering. Även med batteriexperten Hans Eric Melin, som driver den egna konsultverksamheten Circular Energy Storage. Så är inga random tyckare!
"Enskilda [litium] celler eller moduler kan degraderas snabbare än förväntat, vilket försämrar hela batteripackets prestanda. Det är heller inte säkert att ett byte till en ny och frisk batterimodul hjälper särskilt länge. Modulerna i ett [litium]-batteripack ska helst ha samma eller liknande hälsa (state of health, SoH, ett nyckeltal som anger hur stor andel av batteriets ursprungliga kapacitet som är kvar).
– Den nya modulen kommer att ha en annan resistans än de gamla. Stoppar du då in en ny med 100 procent SoH och resten har 85 procent kommer den nya snabbt att förbrukas, och så har du helt plötsligt problem igen, säger Thien Laubeck till Ny Teknik." Jag gissar att detta gäller även för LiFePO4, och då beror på att litium-batterier har en väldigt svag mekanism i sin batterikemi för robust samverkan SOC- och strömbelastnings-mässigt parallellkopplade!
Hos blybatterier påverkas batterispänningen tydligt och distinkt både av SOC laddnivå och av strömbelastning C (A/Ah), och påverkan från strömbelastningen är inte främst från batteriets interna resistans utan från batterikemins egenskaper! Det ger blybatterier den mekanism som gör att de parallellkör väldigt robust både SOC-laddnivåmässigt och strömbelastningsmässigt!
Har läst om några stycken som fått problem just med en obalanserad ojämn laddströmfördelning mellan parallellkopplade LiFePO4-batterier, så ena LiFePO4 får ta en signifikant större del av cyklingen där man förväntar sig en jämn fördelning. Som då beror på den enormt flacka urladdningskurvan för batterispänningen hos LiFePO4, vilken ger svag nästan obefintlig synkning av SOC mellan dem under stor del av kapacitetsområdet.
Så att blybatteriers spänning så tydligt varierar med SOC är inte en nackdel som det ofta beskrivs, utan en stor fördel vid parallellkoppling som ger en robust drift!
Sedan har traditionella blybatterier vid lite djupare DOD urladdning tappat spänningen lite för mycket vid lite större strömbelastning, vilket är en orsak till att LiFePO4 blivit populära, men där är blykol-batterier mycket spänningsstyvare så inte lika tydlig skillnad längre!
Behövs normalt ingen avsäkring mellan blybatterierna pga hysteresen (skillnaden) i laddnings- / urladdningspänning. Om en cell kortsluter i ett batteri fås ändå ingen farlig strömrusning som kan lösa ut en säkring. Dock laddas övriga batterier ur och åldras / skadas, om det ej uppmärksammas.
Dock vid större batteribanker med många 12V blybatterier parallellkopplade kan säkring för varje batteri vara vettigt, då annars den mesta laddströmmen kan koncentreras i ett batteri där en cell kortlutit och värma upp det farligt mycket och gasa det. Denna urladdning av övriga batterier vid en cellkortslutning är svårt att skydda sig mot med hjälp av säkring, då man normalt inte får den kraftiga strömrusningen som utlöser säkringen. 2019-07-19
Eftersom spänningsdynamiken i blybatterier är sådan att det skiljer 1,0 - 1,5V mellan urladdnings- och uppladdnings-spänning så blir det heller ingen strömrusning även om blybatterierna är lite olika laddade när de parallellkopplas. De kommer inte ens utjämna varandras laddstatus inom snar tid om de inte är inkopplade i aktiv drift efter parallellkopplingen. 2011-02-16
I diagrammet nedan ses att för inte alltför stora strömmar blir hysteresen (skillnaden) mellan laddnings- och urladdningsspänningen nära 2Volt, dvs motsvarande förlusten av cellspänningen för den kortslutna cellen, vilket förklarar det ovan sagda:
Hysteresen i spänningen mellan laddning och urladdning av blybatteri. (referens)
C/100 innebär en strömbelastning på 1A/100Ah batterikapacitet och C/5 20A/100Ah
Vid parallellkoppling ökar den sammanlagda kapaciteten med mer än summan av batteriernas nominella kapacitet pga av att urladdningsströmmen fördelas på fler batterier. Två lika batterier ger ofta upp mot 2,5ggr tillgänglig kapacitet mot ett!
Gäller vid lite större urladdningsströmmar. Vid de låga urladdningsströmmar man har vid off-grid i snitt blir det inte så. Orsakas av Peukert´s law.
Vid parallellkoppling av två blybatterier fås en gynnsamm symmetri vid korskoppling av anslutningsledningar, dvs last- / laddkablar ansluts till (+)-pol på ena batteriet och (-)-pol på det andra batteriet. Ger jämn laddfördelning mellan batterierna! SmartGauge´s artikel "How to correctly interconnect multiple batteries to form one larger bank." ger lite ytterligare mer fakta och mätvärden, samt visar på några fler olika kopplingar vid fler batterier.
2014-06-18
Har lite mer utförlig information om parallellkopppling av blybatterier, vilken jag kommer sammanställa och föra in här någon gång under sommaren, hoppas jag... blev inte så men hoppas fixa i framtiden...
2019-06-26
I min husvagn har jag två 80Ah blybatterier av samma öppna marina typ (Tudor / Exide 12V 80Ah TR350 Dual) men helt olika ålder (för andra gången). Nuvarande blybatterier är från: 2012-07-07 resp. 2015-05-21. De är fortfarande väldigt fräscha och välfungerande och har absolut inte skadats av att ha så olika ålder (denna gången heller)! De har ihop nästan nykapacitet, men får då strömpulsad laddning från solceller via PWM-regulator, numera ihop med min strömbuffrande RC-krets för förstärkt strömpulsande vid underhållsladdning samt absorptionsladdning.
Samt de (underhålls)laddas varje dag via solpanelerna.
Med olika ålder kan man utnyttja batterierna längre i sitt åldrande, då det bara är det/de äldsta batteriet som behöver bytas pga för mycket tappad kapacitet, så totalt har ändå batteribanken hyfsad kapacitet kvar då, eftersom inte alla batterierna är åldrade lika mycket. Samtidigt avlastast det mest åldrade blybatteriet lite av de minst åldrade, så man får längre livslängd totalt på batterierna.
I April 2021 uppnådde mitt blybatteri från 2012 sin livslängd efter nästan 9 års drift! Var en cell som fick ett resistivt överslag så den laddade ur sig med ca 1A "cellkortslutning". Är en väldigt hög ålder för batteritypen, så bevisar att livslängden påverkas inte negativt av lite olika ålder vid parallellkoppling. Batteriet från 2015 är fortfarande fräscht och bra med grönt indikerande magiskt öga fulladdat, så inte det heller har fått förkortad livslängd då även 6 år är en väldigt bra livslängd för det!
Hos dessa blybatterier märktes ännu ingen tydlig effekt av sulfatering trots åldern!
I alla fall är det resultaten i mitt off-grid solcellssystem med strömpulsad laddning.
Sedan 11 Maj 2021 har jag 2x106Ah blykol-batterier, vilket ger 5 dygns dåligt-väder-reserv urladdade till 90% DOD, vilket är OK urladdningsdjup så sällan för dem. Nu Februari 2022 är erfarenheten såhär långt väldigt positiv från dem. I Juni 2022 sammanfattade jag mitt första års erfarenhet av mina 2x 106Ah Victron lead carbon blykol-batterier.
Seriekoppling av blybatterier 2021-04-27
Vid off-grid solcellssystem är det vanligt med både 12V, 24V och 48V systemspänning, och för 24V / 48V behöver man då seriekoppla 12V blybatterier. Högre systemspänning används vid behov av högre effektuttag för att hålla nere strömstyrkan då.
I ett 12V batterisystem balanseras de enskilda battericellerna genom Equalization-laddning (mest effektivt) eller lite längre absorptionsladdning. Även långvarig float-laddning i standby-drift ger viss balansering. Men vid seriekopplade 12V blybatterier räcker kanske inte det till och det rekommenderas ibland aktiv batteribalansering typ via en Victron Batteribalanserare eller liknande för stabil långvarig drift - se dock om självbalansering högre upp. Annars finns risken att man får en skadlig obalans mellan de enskilda 12V blybatterierna vid långvarig drift.
Fördelen med seriekoppling är att alla celler får exakt samma ström genom sig, oavsett skillnader i inre resistans eller vid kabelskor, och det är strömmen som laddar cellerna. Så dessa skillnader i resistans behöver inte kompenseras för vad jag kan se.
Ordentligt balanserade bör en skillnad i kapacitet mellan cellerna mest märkas vid riktigt djup urladdning och det undviker man ju vanligen för blybatterier.
Vid normala urladdningscykler blir det hela tiden samma strömmängd man laddar ur / i alla cellerna, även om cellerna i sig har lite olika total kapacitet.
Så det batteribalanseraren behöver kompensera för i drift är en eventuell skillnad i Coulomb Efficiency och självurladdning mellan cellerna, och vad jag förstår bör dessa skillnader vara väldigt små mellan olika celler för friska blybatterier.
För att säkert ha väldigt små skillnader i Coulomb Efficiency och självurladdning mellan de olika battericellerna kan man därför bara seriekoppla identisk typ av blybatteri, samma märke, samma modell, samma kapacitet samt samma ålder!
Några exempel på fritidsbatterier:uppdaterat 2017-07-08 Tudor Husvagn/Fritid (Nautica Freeline Fritidsbatteri brukar användas till husvagn).
Nautica Freeline har fickseparatorer som gör batteriet tåligare mot vibrationer och skakningar. Därmed fås en stabilare och bättre livslängd för ett batteri som skumpar runt i en husvagn.
Troligen är Tudor Nautica Freeline ett av de vanligaste husvagnsbatterierna.
Banner Camping / Caravan ett Österikiskt kvalitetsbatteri med fickseparatorer.
Banner säljs bl.a. av Bauhaus.
Fickseparatorer är som en påse runt elektroderna och förhindrar risk för kortslutning eller hög självurladdning orsakat av nedfallet poröst elektrodmaterial, vilket annars ibland förkortar blybatteriets livslängden!
VARTA Fritid & Marin (VARTA LEISURE användas till husvagn). Säljs bl.a. hos båttillbehör.
OBS: Snabbfaktan ovan om blybatteri är en sammaställning av kunskap ur många olika källor samt från egna erfarenheter och kunskaper, men utger sig ej för att vara den enda absoluta sanningen.
Strategi för mobil / off-grid 12/24/48V elförsörjning
Off-grid 230V solcellsbaserade växelriktare system med batterilager Uppdaterad: 2021-06-28
För lite kraftfullare och / eller smidigare off-grid elsystem i stuga är det ganska vanligt att man installerar ett rent 230V elsystem utifrån en inverter / växelriktare. Oftas hoppar man då helt över en 12V installation, annat än möjligen för batterilagringen, även om 24V eller 48V systemspänning är vanligare då. Är även bra när man behöver lite längre ledningsdragning.
Finns färdigkopplade system, hybrid inverters / växelriktare, i en apparatlåda med laddregulator, växelriktare samt nät/generator inkoppling.
Viktig då är att se upp med egenförbrukningen för ett sådant system då den drar ström 24/7 när det är tillslaget, främst sinusinvertern då. Blir lätt att den står för en signifikant del av ens strömförbrukning och blir en begränsande eller fördyrande faktor!
Om hybridinvertern / hybridväxelriktaren har ett lågeffekts standby-läge, så gäller det att effektgränserna för till/från-slag ur standby är så låga att de blir praktiskt användbara, t.ex. att kunna slå på bara en 4-6W LED-lampa för att lämna standby och få 230V.
Vid 24V eller 48V batterispänning kan man använd DC-DC-omvandlare 24/12V eller 48/12V för ett parallellt 12V-elsystem.
Vanligt med standby-problem pga elektronik i apparater som kräver ständigt 230V:
Har fått feedback från de som testat mycket med standby-funktionen i sina off-grid system, att det är vanligt med problem. Som att kyl/frys med elektronisk termostat funkar ej då den behöver ha spänning hela tiden, ytterbelysning som tänds automatiskt vid mörkrets inbrott blir tända alltid, vissa LED-lampor går ej att tända, klockradion tappar inställningar, t.o.m. en handöverfräs som tydligen har någon mjukstart funktion som gör att den ej startar, etc.
Så är inte alls säkert man kan utnyttja en annars välfungerande standby-funktion!
Allt som har någon form av ständigt aktiv elektronik i sig störs ju ut när standby-läget stänger ned 230V ut från växelriktaren.
Lite synd för tanken är ju bra annars.
Jag skulle hellre se att växelriktaren hade som två växelriktare i sig, en liten strömsnål på kanske 150-200W ständigt aktiv i drift och en med fulla effekten som blixtsnabbt kunde starta upp när det behövdes och arbeta synkront med den mindre. Ska tydligen finnas sådana men jag har inte lyckats hitta någon.
Men när man nu kommit ned till en egenförbrukning på 7W för en 1600W ren sinus växelriktare så är man rätt nära ändå.
Exempel varför låg egenströmförbrukning är så viktigt hos växelriktare:
Om vi tar Steca Solarix PLI 2400-24 som exempel med sin 45W egenströmförbrukning tillslagen så förbrukar då enbart den 1080Wh/dygn. Är stor risk det är lika mycket som övriga strömförbrukningen man har i off-grid stugan och då bekostar man ju halva sitt off-grid solcellssystem enbart för att driva växelriktaren!!!
Som exempel då i Karlstad med solpaneler på ett 30° lutande tak mot söder skulle enbart Steca Solarix PLI 2400-24 växelriktaren kräva ett solcellssystem på ca 600Wp solpaneleffekt och 6st 110Ah 12V AGM blybatterier för drift Maj t.o.m. Aug! Bara för växelriktarens drift (!), så det blir ju en kännbar kostnad man får plussa på för den!
En dyrare strömsnålare växelriktare med lägre egenförbrukning kan därmed ändå vara billigare, då den kräver ett mindre solcellssystem för sin egna drift.
Beräknat / analyserat med FrittLiv´s "Kalkylator små Solelsystem II".
Jag tar här upp sex olika systemexempel på hybrid växelriktare och dess olika data:
Ett hybridsystem med 2400VA (W) sinusinverter och 24V systemspänning batteri.
Enligt dess tekniska data är egenförbrukningen ON 45W och vid standby 14W, vilka båda är rätt höga. Laddregulatorn ensam dra <2W.
Max verkningsgrad för sinusinvertern är >91% och för laddregulatorn >98%. Manual (pdf)
Power saving mode (standby) aktiveras vid ansluten last <50W och då slås 230V av, samt lämnas vid en last >100W, vilket den känner av var 5:e sekund. Avkänningen för >100W verkar vara av typ resistansmätning, då en påslagen elektroniskt varvtalsreglerad vanlig dammsugare inte uppfattas som last >100W (den drar ingen ström förrän elektroniken får 230V)!
Lastnivåerna på 50/100W för standby är fasta, och så höga att de blir oanvändbara för de flesta vid 230V off-grid. Steca Solarix PLI har enligt mig för dålig standby-funktion samt på tok för hög egenströmförbrukning!
Ett hybridsystem med 2000VA (W) sinusinverter och 24V systemspänning batteri.
Enligt databladet är egenförbrukningen ON 11W och vid standby 4W, vilket är hyfsat bra siffror.
Max verkningsgrad för sinusinvertern är >94% och för laddregulatorn hittar jag inte.
Search mode (standby) aktiveras vid ansluten last <40W och då slås 230V av, samt lämnas vid en last >100W vid standard inställning, vilket den känner av var 3:e sekund (justerbar) genom att slå på 230V utspänning. Effektgränserna är justerbara inom visa gränser. För Victron Phoenix Inverter Smart 1600VA - 3000VA kallas standby / search mode för ECO mode i manualen och där kan gränsen för att inta standby-läge justeras ända ned till 0VA, samt ned till 10VA för när standby lämnas och uteffekten slås på. Se även manual (1,3W/9W).
Med 10VA från standby börjar det bli användbart, men t.ex. en ensam tillslagen 6W LED-lampa kan då inte väcka upp och få ström från standby.
Victron Energy har flera modeller av inverter/chargers.
Numera är det nog modellen Victron MultiPlus-II som gäller. 2022-08-17
Ett hybridsystem med 1600VA (W) sinusinverter och 48V systemspänning batteri, men utan servicepartners i Sverige. Finns även för 12V & 24V. Klarar 3ggr i startström.
Studer Compact XPC verkar väldigt bra ur dessa aspekter med låg egenströmförbrukning och användbar standby. Typ för XPC 2200-48:
Consumption OFF/Stand-by/ON: 1.2/1.3/7W
Stand-by adjustment: 1 to 25W
Så ska tydligen kunna väckas upp från standby av så lite som 1W inkopplad effekt. Studer XPC 1400-12 drar OFF/Stand-by/ON 0.5/0.6/4W med 94% max verkningsgrad. Har en stand-by adjustment 1 to 25 W vilket jag tror är den lägst inkopplade effekten som kan väcka upp den från standby igen, vilket då är riktigt användbart. Samt klarar hela 3ggr nominell effekt i startström. Är den effektivaste växelriktare jag sett hittills i 1000W segmentet! Studer compact-series XPS hybrid inverters - "The Compact is a high value Swiss product that brings together the essential functions of a robust and compact construction, meeting all requirements, and with an excellent price-features relationship."
Studer har även bra djupurladdningsskydd: Studer inverters: B.L.O (Battery Lifetime Optimizer), protects the battery from repeated deep discharges, thus significantly prolonging the useful life of the battery.
Studer compact-series XPS är de bästa jag sett hittils avseende användbar standby-drift och låg egenströmförbrukning för off-grid system (juni 2021)! manual, datablad
Är samma för deras renodlade växelriktare Studer AJ series inverters
"The new smart inverter-charger for off-grid and grid-tied applications. A single-phase smart inverter-charger with low frequency topology ensuring the highest overload capability and the minimum standby consumption."
New improved smart boost function: The Smart Boost2 function helps adapting to the source limitations with the battery in the most versatile way, facilitating for example phase balancing or peak-shaving.
Studer Next1, low frequency topology ensuring the highest overload capability and the minimum standby consumption
Studer next interface, the new gate to the next ecosystem using nextOS: With the inverter-charger, we have developed a new comprehensive interface. One single and central user interface per complete system. The next interface is the new gate to the next ecosystem using nextOS. nextOS is an intuitive smart platform to configure, control and analyse your system. Making life easier for both professional installers and final users.
Med bra laddreglering: 6 steps: Bulk, Absorption, Floating, Equalization, reduced floating, periodic absorption. Number of steps, thresholds, end current and times completely adjustable.
Lågfrekvens-topologin i växelriktaren syns på den stora spolen / transformatorn, vilket ger lägre interna elektriska förluster och därmed även låg tomgångsström standby. Studer Next-serien, länkar:
OpenStuder gateway , Monitor and control your Studer Innotec devices using Open-Source software. The OpenStuder gateway is the link from the IT world to a Studer Innotec installation. Using a bus converter unit like the XCom-485i, the devices on the Studer CAN bus can be accessed using a simple message-based protocol on top of WebSockets or optionally via a proprietary Bluetooth LE profile.
Ett hybridsystem med 2000VA (W) sinusinverter och 24V systemspänning batteri.
Vad jag ser har dock denna inte en solladdregulator integrerad.
Drar egenförbrukning standby 1,6W samt ON 9W, så också bra.
Load detection (stand-by): 2 to 25W, så verkar också användbart.
Har dock ingen aning om kvalitet m.m.
Sägs vara en Studer-XTM kopia, om legal med licens eller pirat vet jag så ifall inte.
Enklare off-grid 230V system med strömsnålt fokus
Om man tänkt sig ett enklare 230V system utan en komplett installation i stugan kan man få en strömsnål funktion med två växelriktare med olika effekt. En med låg effekt för laddning av verktygsbatterier, kamerabatterier, driva laptop, Dremel på låg effekt och liknande, samt en med högre effekt lämplig för den maxbelastning man önskar för typ dammsugare etc.
Jag har så i mitt lilla off-grid ställe med en VOLTCRAFT Växelriktare SW-100 12V 100W fläktlös ren sinus växelriktare, som bara drar 2,5W i egenförbrukning (0,2A). Laddar kamerabatterier, verktygsbatterier, strömsnål laptop, driver lödstation samt kan köra min Dremel med låg belastning. Ger 200W peak-effekt ut kortvarigt och 120W(<30min).
Sedan har jag en RIPEnergy inverter på 350W med hög peak-power när jag behöver lite mer, också strömsnål och med ren sinus. Kan koppla in via snabbkoppling, så har den hemma i permanentboendet när jag inte behöver den. Typ kunna köra Dremel med full effekt, etc.
Man ska även tänka på att kör man en låg effekt på typ 50W från en växelriktare på 2000W så arbetar den oftast med rätt dålig verkningsgrad då, så man slösar än mer med ström än det först kan verka. Tar jag ut 50W från min 100W växelriktare så arbetar den med hög verkningsgrad då, mycket effektivare och mer strömsnålt. Extra viktigt när man laddar batterier som kräver många timmars drift.
Vilket är det "bästa" växelriktare valet? 2021-06-28
En omöjlig fråga att svara på då det beror på så många faktorer och personliga preferenser!
Vad ska drivas (låg/hög effekt?, drifstider?, hög startström?, konstant påslagen tillgänglig 230V?, etc), budget, krav på strömsnål, tyst drift (ej konstant vinande kylfläkt), storlek batteribank, utrymme, budget, etc?
Ska man ha den aktivt påslagen (ON) långa tider så är egenström-förbrukningen en väldigt viktig faktor. Samt själv tycker jag en växelriktare idag bör ha ren sinus 230V, men vet det finns delade åsikter om det. Samt jag tillhör de som köper bra kvalitet för denna typ av prylar, då det oftast blir billigast i längden, fast jag inte har så stark ekonomi.
Men i princip är det omöjligt att rekommendera vad som är bäst köp för någon annan?!
En billig växelriktare har då ofta en högre egenström-förbrukning (och inte sällan en vinande kylfläkt), som då förbrukar en större del av den ström din solcellsanläggning producerar om den är inkopplad påslagen långa tider, dvs en större del av kostnaden för din solcellsanläggning går då åt bara till att driva växelriktarens egenström-förbrukning. Så en billig växelriktare kan på så sätt bli dyr för den förbrukar mer av den installerade solpaneleffekten och batterikapaciteten du betalt dyrt för bara för sin egen drift! Billiga växelriktare marknadsförs ibland även med sin kortvariga höga starteffekt och inte sin kontinuerliga uteffekt, vilket man får se upp med!
Ska du bara ha växelriktaren påslagen (ON) en kort stund precis när du använder någon 230V pryl så är det inte lika viktigt.
Studer AJ series verkar vara en av de växelriktar-fabrikat som har lägst egenström-förbrukning samt de har en användbar riktigt strömsnål standby-funktion, där effektgränsen för att gå i/ur standby kan sättas så låg att den blir praktisk användbar (Detection of the load: Adjustable: 1 - 20 W). Men standby-funktionen är inte användbar om man ska ha prylar inkopplad med elektronisk funktion som kräver ständig 230V, typ kylskåp med elektronisk termostat, utebelysning som tänds automatiskt, etc.
Studer växelriktare har även en hög startströmförmåga.
Dock verkar deras växelriktare vara avsedda för fast installation då de inte har ett inbyggt 230V stickproppsuttag. Studer AJ-serie växelriktare. Studer AJ 1000-12V 800VA växelriktare drar 10W egenförbrukning samt i standby 0,7W.
Studer har även ett intelligent djupurladdningsskydd för batterierna:
"Battery protection: The inverters offer a battery protection function that intelligently manages the low voltage disconnect level as a function of how the battery is being used. The so-called B.L.O (Battery Lifetime Optimizer) protects the battery from repeated deep discharges, thus significantly prolonging the useful life of the battery."
Annars ligger nog Victron hyfsat bra till också som en del tipsar om, även om jag uppfattar Studer något vassare. Victron Phoenix Inverters 1000VA 12V drar i egenförbrukning 8W och i ECO-mode standby 1W enligt datablad.
Men även RIPEnergy har väldigt fina växelriktare av hög kvalitet - jag har en RIPEnergy ren sinus 350W växelriktare som jag är väldigt nöjd med. RIPEnergy Jazz pro 1000W 12V ren sinus växelriktare drar i egenförbrukning 0,93A (11W) och i Power save mode 0,25A (3W)
Även Mastervolt Mass sine växelriktar-serien verkar strömsnål och effektiv, med ett speciellt "Low energy mode" där utspänningen sänks till 208V för <30W uteffekt och då sparar 10% i strömförbrukning. Men har även ett strömsnålt standby-läge. Mastervolt 1000VA 12V Mass sine drar Standby/Low energy/High power mode: 0,5W/4,5W/5W enligt datablad.
Här kommer fler förslag på strategi för mobil 12V elförsörjning lite senare...
Vanliga "12V" 36 cellers solpaneler brukar vara indelade i två sektioner med bypass-dioder över dem och 60-72 cellers i tre sektioner, så vid partiell skuggning på en sådan sektion är det bara effekten / strömmen från den sektion man tappar, när man har flera sådan "12V" solpaneler seriekopplade anslutna till en MPPT-regulator.
2009-10-15
2009-10-17
Kollade åter 2013-11-08 vid 9:30-tiden i solsken hur laddningen i husvagnen arbetade. Float-underhållsladdade vid 14,2V med 0,2A medelström via 3,7A PWM-laddpulser från solpanelen.
Hade jag haft så PWM-regulatorn startade en ny laddcykel via rebulk efter kvällen och nattens aktiva strömförbrukning även dessa soliga dagar, så kan jag tänka mig att med absorptions-laddningens högre spänning hade jag nått 98-99% SOC innan PWM-regulatorn började strypa strömmen från solcellerna i sin laddreglering, vilket är riktigt häftigt och effektivt!
Vid parallellkoppling av två blybatterier fås en gynnsamm symmetri vid korskoppling av anslutningsledningar, dvs last- / laddkablar ansluts till (+)-pol på ena batteriet och (-)-pol på det andra batteriet. Ger jämn laddfördelning mellan batterierna!
