Elsystem - LiFePO4 drop-in batteri

[Carl_XII 29]

Det har blivit dags att uppgradera elsystemet i min segelbåt. 

Tidigare hade jag blysyrabatterier och en CTEK D250S som skötte laddningen från solpaneler (23W + 80W) och generator. En shunt från förbrukningsbatteriernas minus-pol skötte övervakningen av batteriernas laddning via Bluetooth (NASA BM-1). 

Vid Black Friday slog jag till på ett LiFePO4 (LFP) batteri från Eco-Worthy (12V 100Ah) till kraftigt rabatterat pris. Hade inte kollat upp detta märke så noga innan, men insåg efterhand att det kanske inte håller så hög kvalitet(?). Tanken är att använda det gamla startbatteriet som laddas från generatorn och koppla en DC/DC laddare till det nya LFP batteriet. Generatorn är på 40A så jag slog till på en 12V 40A DC to DC On-Board Battery Charger från Renogy. Den kan justeras ned till halva effekten (20 A) och startas via tändningen (D+) eller annan 12V källa. Om LFP batteriet är fullt finns det ingen anledning att ladda det, så jag tänker lägga till en omkopplare så den kan slås av manuellt också. De gamla solpanelerna kommer att kunna ladda LFP batteriet och en Victron MPPT 75 - 10 regulator har beställts. Funderar på att lägga till en manuell omkopplare så att solpanelerna ska kunna ladda startbatteriet om behov skulle uppstå. Startbatteriet kan också laddas med landström vid behov. Den gamla shunten tänker jag testa även med LFP batteriet. Jag vet att den inte är avsedd för sådana, men den borde kunna ge lite användbar info ändå när den räknar Ah in och ut. En skiss som beskriver kopplingsschemat bifogas. Tacksam för synpunkter och tips!

[ChristerN 2 500]

Ingen BMS i systemet?

Eller har batteriet en inbyggd?

[Carl_XII 29]

6 minutes ago, ChristerN said:

Ingen BMS i systemet?

Eller har batteriet en inbyggd?

Inbyggt i batteriet. Lite oklart om den har tempsensor som stänger av laddning vid låga temperaturer... Får undersökas

[Lintott 1 878]

14 minuter sedan skrev Carl_XII:

Inbyggt i batteriet. Lite oklart om den har tempsensor som stänger av laddning vid låga temperaturer... Får undersökas

Å om det finns BMS inbyggd, kolla om den kan slås av under vintern (eller vid annan långtidsförvaring) så den inte suger ur batteriet när batteriet inte laddas (att det inte ska laddas vid minusgrader känner du ju till...).

[Raceboat 9]

14 minuter sedan skrev Lintott:

Å om det finns BMS inbyggd, kolla om den kan slås av under vintern (eller vid annan långtidsförvaring) så den inte suger ur batteriet när batteriet inte laddas (att det inte ska laddas vid minusgrader känner du ju till...).

På de två batterierna jag har så varken går eller behöver den inbyggda bmsen slås av. Förbrukningen hos bmsen är extremt liten.
Min uppfattning är att den totala urladdningen hos batteri inkl. bms är någonstans runt en 10-del av självurladdningen hos ett blybatteri.

[Carl_XII 29]

Här tas samma batteri isär och undersöks

[Carl_XII 29]

Del 2 av analysen

[Carl_XII 29]

Kapacitetstest av batteriet. Det verkar faktiskt rätt bra ändå!

[Carl_XII 29]

För att övervaka laddningen på startbatteriet tänker jag koppla in denna (kan avläsas via bluetooth med en app på mobilen).

https://www.amazon.se/dp/B00ZETXNAQ/ref=pe_24982401_503747021_TE_SCE_dp_1

[Carl_XII 29]

Kostnader för denna uppgradering:

LFP batteri Eco-Worthy 12V 100 Ah   2 840:-  (SEK)

Renogy DC/DC on-board charger        1 680:-

Victron MPPT 75-10                                 786:-

omkopplare mellan batterierna              239:-

batteriövervakare bluetooth                    255:-

Summa: 5960:-

[anuba 413]

Jag tror det finns många åsikter i den här frågan. Då jag själv är på väg att att bygga ett LFP-system har tittat rätt mycket Andy i Off-grid garage. Han har gjort en del tester med att avsluta laddningen under 3.05V och över 3.45V. Då är tanken att laddarna inte laddar till mer än 3.45V och externa underspänningsskydd går in under 3.05V.

BMS bör som vanligt vara inställd att skydda batteriet under 2.5V och över 3.65V men tanken är inte att den skall behöva aktiveras. Du kan kolla mer här och andra videor. 

Om du ställer in max 3.45V i din solpanel laddare och DC/DC-omvandlare så sköter de laddning utan några extra reläer.

Du kan använda lastutgången satt till 3.05på MPPT till laster som du befarar dra ut batteriet. 

 

Det säkert fler lösningar.

 

[IngemarE 3 598]

2 timmar sedan skrev Carl_XII:

Om LFP batteriet är fullt finns det ingen anledning att ladda det, så jag tänker lägga till en omkopplare så den kan slås av manuellt också

När LFP-batteriet är fullt kommer det (liksom de flesta andra batterier) inte att dra någon laddström. Så att ha en extra brytare för att slå av laddningen till det är nog inte så smart, för det blir en sak som du garanterat kommer glömma slå tillbaka. Och står plötsligt utan laddat batteri när du som bäst behöver det.

Sedan är ju frågan hur du annars skulle kunna veta om det är fullt, för så länge det drar laddström är det inte fullt. Och när det är fullt och inte drar ström längre behöver du ju inte slå av någonting.....

[ChristerN 2 500]

54 minuter sedan skrev IngemarE:

När LFP-batteriet är fullt kommer det (liksom de flesta andra batterier) inte att dra någon laddström. Så att ha en extra brytare för att slå av laddningen till det är nog inte så smart, för det blir en sak som du garanterat kommer glömma slå tillbaka. Och står plötsligt utan laddat batteri när du som bäst behöver det.

Sedan är ju frågan hur du annars skulle kunna veta om det är fullt, för så länge det drar laddström är det inte fullt. Och när det är fullt och inte drar ström längre behöver du ju inte slå av någonting.....

Sant, men om man vill undvika att batteriet laddas i kyla (om nu inte BMSen sköter det) kan det vara bra att ha en brytare tänker jag.

Redigerad 6 December , 2023 av ChristerN

[Carl_XII 29]

För att jämföra så såg det gamla elsystemet ut så här. CTEK laddaren har en avsulfateringsfas då den går upp till 15.8 V vilket gör att den är olämplig att använda för LFP batterier. Den är heller inte ställbar när det gäller bulk och absorptionsspänning, men det finns en nyare variant som heter CTEK D250SE som har en inställning för LFP batterier (den kostar dock närmare 3000 SEK). Det systemet har fungerat bra under många år, men nu vill jag prova något nytt. Viktmässigt blir det en stor förbättring med ett LFP batteri istället för två blybatterier. Laddningsmässigt blir det nog minst likvärdigt med 100Ah LFP jämfört med 2x80 Ah blybatterier och det bör gå snabbare att ladda LFP batteriet. I det gamla systemet hade jag dålig koll på startbatteriets kondition (vid en sjösättning var det helt dött), så därför lägger jag till övervakning av det.

Redigerad 6 December , 2023 av Carl_XII

[ABC 476]

Du funderar på att ha en omkopplare som kopplar solcellsladdningen till startbatteriet för att kunna ladda det. Det tror jag inte kommer att behövas, motorn kommer att klara av att hålla startbatteriet laddat. Men vill du ändå ha den, så tänk då på att du sannolikt vill ha två olika laddningsinställningar i Victron-laddaren beroende på vilket batteri du ska ladda. Varje gång du kopplar om behöver du då gå in i laddprofilen och ändra den. Verkar jobbigt... Och du riskerar att glömma bort att ändra profil om du ofta byter fram och tillbaka. Alternativt får du försöka hitta någon kompromissinställning som nästan passar båda batterityperna men som är mindre optimal.

 

Hade jag haft en sådan brytare så hade jag haft den enbart för att ge startbatteriet underhållsladdning under vintersäsongen så att det klarar sig själv. Litiumbatteriet klarar sig om du kopplar bort det helt från båtens elsystem.

 

Dessutom finns inte några säkringar i ritningen, men jag antar att du planerar för några.

[Carl_XII 29]

LFP batteriet levererades igår och jag har börjat testa det. Vid uppackning var laddningen 13.19 V, vilket skulle motsvara ca 30% laddat enligt en tabell i databladet. Jag kopplade in laddaren som också köptes från Eco-Worthy och körde 4.5 A laddning (ca13.8 V) under ca en timme. Avbröt och kontrollerade spänningen mellan polerna: 13.35 V - 80% laddat enligt tabellen. Det verkar ju fungera, men då det saknas BMS med bluetooth har man ingen aning om de fyra cellernas individuella laddningar. Sker det någon balansering mellan cellerna? Vid vilken spänning i så fall? Ingen info om detta i databladet

[Carl_XII 29]

12 hours ago, ABC said:

Du funderar på att ha en omkopplare som kopplar solcellsladdningen till startbatteriet för att kunna ladda det. Det tror jag inte kommer att behövas, motorn kommer att klara av att hålla startbatteriet laddat. Men vill du ändå ha den, så tänk då på att du sannolikt vill ha två olika laddningsinställningar i Victron-laddaren beroende på vilket batteri du ska ladda. Varje gång du kopplar om behöver du då gå in i laddprofilen och ändra den. Verkar jobbigt... Och du riskerar att glömma bort att ändra profil om du ofta byter fram och tillbaka. Alternativt får du försöka hitta någon kompromissinställning som nästan passar båda batterityperna men som är mindre optimal.

 

Hade jag haft en sådan brytare så hade jag haft den enbart för att ge startbatteriet underhållsladdning under vintersäsongen så att det klarar sig själv. Litiumbatteriet klarar sig om du kopplar bort det helt från båtens elsystem.

 

Dessutom finns inte några säkringar i ritningen, men jag antar att du planerar för några.

Ja det stämmer det du säger. Det var tänkt mest i nödfall om startbatteriet skulle behöva laddas när man är ute med båten eller under vintern. Säkringar hade jag tänkt ha, förstås! Anpassade efter kablarna. Jag räknar inte med några stora strömmar egentligen, då den största förbrukaren är en kyl med kompressor, men det kan ju bli kortslutning...

[Lintott 1 878]

1 timme sedan skrev Carl_XII:

LFP batteriet levererades igår och jag har börjat testa det. Vid uppackning var laddningen 13.19 V, vilket skulle motsvara ca 30% laddat enligt en tabell i databladet. Jag kopplade in laddaren som också köptes från Eco-Worthy och körde 4.5 A laddning (ca13.8 V) under ca en timme. Avbröt och kontrollerade spänningen mellan polerna: 13.35 V - 80% laddat enligt tabellen. Det verkar ju fungera, men då det saknas BMS med bluetooth har man ingen aning om de fyra cellernas individuella laddningar. Sker det någon balansering mellan cellerna? Vid vilken spänning i så fall? Ingen info om detta i databladet

De beskriver i alla fall en BMS med cellbalansering på sin hemsida, men de anger inte vid vilken spänning den börjar arbeta. De flesta balanserare brukar gå in en bit ifrån toppspänningen (det är svårt att balansera med halvladdat LFP då spänningskurvan är väldigt flack). Det är därför LFP-celler inte ska halvladdas utan köras upp i topp rätt regelbundet. Annars kan cellbalanseringen utebli.

https://www.eco-worthy.com/blogs/lithium-battery/lithium-battery-battery-management-system-bms-explained

 

Sen vet jag inte var du hittat förhållandet mellan SOC o spänning. Tillverkarens hemsida anger andra förhållanden mellan dessa värden.

Sidan 11  https://cdn.shopify.com/s/files/1/0253/9752/6580/files/12V100AH_12V150AH_24V100AH_48V50AH_ce70dfd7-0a5b-4929-94ed-4e77cbd1b9c0.pdf?v=1673424334

[Jernhand 55]

Jag skulle säga att om du inte har en bms med blåtand skulle jag skaffa en Victron smartshunt eller motsvarande.

[Carl_XII 29]

11 hours ago, Lintott said:

...Sen vet jag inte var du hittat förhållandet mellan SOC o spänning.

Från det datablad som tillverkaren skickade med batteriet.

[skippeer 417]

Jag har ett LFP system där alla laddningskällor är kopplade till en ”charge busbar” med konstant anslutning till AGM batteri.

Alla mina förbrukare är grovt sett kopplade till en ”load busbar”.

Jag har en BMS som styr laddning/förbrukning mha 500 A reläer.

 

Om motorns generator laddar för fullt vill man ta hand om en möjlig spik då BMS kopplar bort LFP cellerna, med min design räddar AGM batteriet.

 

TS kan låta generatorn ladda startbatteriet med bly och sedan använda DC/DC för att ladda LFP.

 

TS tankar att ha solpanelerna kopplade till LFP med BMS låter bra i mina öron under båtsäsongen.

 

(Ran II Sailing med Malin och Johan hade samma system som jag har, Battery Balance X2 BMS.)

Redigerad 7 December , 2023 av skippeer

[Carl_XII 29]

Igår laddade jag batteriet till 90% enligt tabellen, men idag när jag mätte på batteriet visade det bara 60%. Det har inte varit inkopplat till något under tiden. Jag tolkar det som att BMS gjorde en balansering av cellerna vilket resulterade i att man uppfattar det som en förlust av laddning. Högre laddade celler har laddats ur till samma nivå som celler med lägre laddning.

Provar att ladda upp batteriet igen ... Det skiljer bara 0.1 V mellan 90% och 60% laddning så jag använder en multimeter med två decimaler.

[Carl_XII 29]

4 hours ago, Jernhand said:

Jag skulle säga att om du inte har en bms med blåtand skulle jag skaffa en Victron smartshunt eller motsvarande.

Jag har en NASA BM-1 batterimonitor med shunt sedan tidigare och tänker använda den även i LFP systemet. Hoppas den kan ge någon info då den åtminstone mäter laddningsströmmen och förbrukningen genom shunten.

[Carl_XII 29]

20 minutes ago, skippeer said:

Jag har ett LFP system där alla laddningskällor är kopplade till en ”charge busbar” med konstant anslutning till AGM batteri vilket TS oxå skulle kunna ha.

Alla mina förbrukare är grovt sett kopplade till en ”load busbar”.

Jag har en BMS som styr laddning/förbrukning mha 500 A reläer

TS kan använda sin DC/DC för laddningskontroll.

Som skydd av LFP kanske det finns inbyggd BMS eller så kan TS använda underspänningsrelä som skydd. 

 

(Ran II Sailing med Malin och Johan hade samma system som jag har, Battery Balance X2 BMS.)

Vad kostar det systemet? Kollade snabbt på X2 BMS och bara den kostar lika mycket som hela mitt system - 695 euro. Men principen verkar intressant. Hur undviker man att startbatteriet laddas ur när man laddar LFP banken från generatorn? Jag antar att X2 BMS sköter detta på något sätt.

[skippeer 417]

X2 BMS lösningen med 500 Ah är tänkt för bekymmerslös längesegling under kanske 10 år, många skyddsfunktioner, smart balansering mm.

Med ny kablering (95 mm2) hamnade kalaset på ca 50 ksek.

 

Hade jag seglat hemmavid hade jag troligen inte köpt ett sådant system.

Jag kom till Helgoland under vår uppstart med längesegling och fick batteriproblem pga för gamla AGM batterier (klantigt av mig att inte kollat tillverkningsdatum). 

Velade mellan AGM eller LFP, Ran Sailing YouTube video inspirerade mig att satsa fullt på lösa LFP celler framför Victron LFP system.

Som trygghetsnarkoman känns det bra att veta exakt vilka celler jag har (BGS),

vågade inte chansa på no-name från Kina och då får det svida till i plånboken.

 

Inga problem med att kombinera bly och LFP, finns en del beskrivningar publicerade på nätet. Tror att du kan finna länkar här på MG tex i tråden nedan med referens till NordkynDesign (Alternative 1 – Lead-Lithium Hybrid Bank).

Har använt min LFP installation sedan våren 2022, vi har seglat 7 månader och jag har bott i båten 2 månader, X2 BMSen sköter det bra.

 

 

https://nordkyndesign.com/electrical-design-for-a-marine-lithium-battery-bank/

Redigerad 8 December , 2023 av skippeer

[Lintott 1 878]

1 timme sedan skrev Carl_XII:

Från det datablad som tillverkaren skickade med batteriet.

Märkligt att de har så olika tabeller medskickat och generellt på hemsidan... Vilken ska man tro på?

47 minuter sedan skrev Carl_XII:

Igår laddade jag batteriet till 90% enligt tabellen, men idag när jag mätte på batteriet visade det bara 60%. Det har inte varit inkopplat till något under tiden. Jag tolkar det som att BMS gjorde en balansering av cellerna vilket resulterade i att man uppfattar det som en förlust av laddning. Högre laddade celler har laddats ur till samma nivå som celler med lägre laddning.

Provar att ladda upp batteriet igen ... Det skiljer bara 0.1 V mellan 90% och 60% laddning så jag använder en multimeter med två decimaler.

När laddningen avbryts så faller spänningen och därför är det svårt att med spänningsmätning, samtidigt som laddningen pågår, avgöra när cellen/batteriet är laddat till en viss SOC.

 

På min loggning nedan kan du se hur spänningen faller direkt när laddningen avbryts. I mitt fall så bryts laddningen av att laddningsströmmen (som var 2A tills spänningen nådde 3,65V) minskat till en inställd "brytnivå" (i detta fallet 0,1A) och får då tydligare avslut. Du ser även hur spänningen (blå kurva) började raka i höjden när cellen närmade sig fulladdat tillstånd (det omtalade knäet på LFP laddningskurva) . Å så väntade jag i 10 min för att se spänningen efter en stunds vila. (Cellen laddades bara ur delvis inför detta test, jag ville specifikt kolla viloperioden vid avslutad laddning)

 

 

[Carl_XII 29]

On 12/8/2023 at 1:12 AM, Lintott said:

Märkligt att de har så olika tabeller medskickat och generellt på hemsidan... Vilken ska man tro på?

Den tabell du visade gäller spänningen över batteriet medan laddning pågår, skulle jag tro.

Den tabell jag hänvisade till gäller vilospänningen över batteriet en tid efter att laddningen har avslutats. Då har spänningen gått ned så som det såg ut i dina mätdata.

[Carl_XII 29]

On 12/6/2023 at 12:42 PM, Carl_XII said:

Inbyggt i batteriet. Lite oklart om den har tempsensor som stänger av laddning vid låga temperaturer... Får undersökas

LFP-batteriet har INTE någon tempsensor som stänger av vid låga temperaturer, men Victron MPPT regulatorn kan ställas in så att den stänger av vid temperaturer under t ex 5 grader C (default). Under vintern så kommer jag att koppla ur LFP batteriet helt från systemet ändå. Då  kan MPPT regulatorn ställas om för blysyrabatterier och ladda startbatteriet (om det ens behövs).

[Carl_XII 29]

Jag har funderat vidare och börjar nu intressera mig för att göra ett hybridsystem med kombinerade LFP och blybatterier på förbrukningssidan. En microcontroller (Arduino) mäter spänningar och ström och sköter till/frånkoppling av LFP batteriet beroende på laddningsnivå, temperatur, spänning etc.

Inspirerat av https://www.emilyandclarksadventure.com/bbms vars system tyvärr inte är till salu i EU.

[ChristerN 2 500]

Intressant att någon ger sig på att labba med det systemet. Lycka till om du går vidare med det och låt oss andra, som bara är nyfikna, veta hur det går.