Lithium-ion batterier er strømkilden der har revolutioneret bla. tranportabelt elektronik, og bliver også benyttet i el-biler. De har bare så meget mere at byde på end tidligere batterityper.
Lithium-ion batterier har i de senere år vundet indpas som energikilde. Dette skyldes batteriets evne til at indeholde en stor mængde energi.
Energiindholdet i batterierne steg betragteligt med litium-ion teknologien. Dette gav helt nye udfordringer med hensyn til sikkerhed og størrelsen på laderne. Med litium-ion-teknologien fulgte også nye risici for brand i batteriet, hvis spændingen kommer uden for det mulige driftsområde.
Sikkerheden er afhængig af en nøje overvågning af hver battericelle, så batteriet afbrydes inden der opstår fare. Selv små Lithium-ion batterier har normalt et elektronisk Battery Management System (BMS). Kvalitets Lithium-ion batterier har indbygget overvånings elektronik, for sikkerheden og optimal drift. Derfor er det også vigtigt holde sig forskellige faktorer for øje, når der er tillokkende billige Lithium-ion batterier på nettet fra Kina. Ifølge Industri ingeniør Philip Braun fra firmaet Orogenic, der har en PhD i bla. Lithium-ion batterier, findes der alt for mange farlige Lithium-ion batterier på det kinesiske marked, med enten for dårlige overvågning – BMS, eller slet ingen batteri overvågning.
Lithium-ion batterier har haft en del uheld i bla. i flyet, Boeings 767 Dreamliner, biler, computere og mobiltelefoner. Batterierne er kun farlige, hvis ikke der er fuldstændig styr på temperatur og spænding. En brand i et Lithium-ion batteri, kan kun slukkes med sand ! Forsendelse af Lithium-ion batterier sker også som farligt gods.
Fordele ved Lithium-Ion batterier
- 100% brugbar energi
- (næsten) ingen tab af kapacitet med øget strøm
- “Lang” levetid, Høj virkningsgrad
- Mulighed for hurtig af- og opladning
- Vægt & volumen (ca. 30% af blybatterier)
- Mulighed for “sjatladning”
- Lav selvafladning (lang lagerholdbarhed)
- Ingen ”memory effect”
Stabil spænding
Et lithium batteri holder spændingen næsten i hele afladeforløbet, indtil det er ved at være tømt. Herefter falder spændingen og strømstyrken pludselig. Det har den fordel at batteriet kan levere 100% ydelse i hele afladningsprocessen. Modsat et GEL/AGM batteri, hvor spændingen langsomt falder.
Lithiumbatterier består af en række individuelle lithium-celler, som alle skal opretholde den samme spænding for at lithiumbatteriet er funktionelt.
Vægt og størrelse
Vægten er < 50% af AGM/GEL batterier, og de fylder mindre ca. 40% af GEL/AGM batteri. Meget lav selvafladning. Ved længere lagring fyldes det bedst til 40-50% og stilles køligt.
Forkert valg af af Lithium-Ion batterier
- Ingen BMS (risiko for Termisk runaway – brand – eksplosion m.m.)
- Ingen temperaturovervågning
- Ingen UN 38.3 certificering
- Celler ikke selv-udligner
- Forkert lader
- Forskellig spændingsniveau
Termisk runaway
Lithium-ion batterier kan komme ud for termisk runaway og celle brud ved overophedning eller overbelastede, og i ekstreme tilfælde kan dette føre til forbrænding. For at reducere disse risici, lithium-ion-batteripakker indeholder fejlsikker kredsløb, der lukker ned batteriet, når dens spænding er uden for det sikre område. Når de håndteres forkert, eller om de er fremstillet mangelfuldt. I nogle genopladelige batterier kan termisk runaway resulterer i overophedning. Forseglede celler vil undertiden eksplodere voldsomt, hvis sikkerhedsmæssige ventilationskanaler er overvældet eller ikke-funktionelle.
Lithium-Ion kan opbevares (lagres) ved lave temperaturer med minimal batteri degradering. Batteriet skal dog varmes op til normal temperatur igen inden brug.
Det kan være farligt at opbevare Lithium-Ion batterier i længere tid uden tilsyn og ladning. Batteriet har en selvafladning og BMS-systemet belaster også battericellerne. Det betyder, at batteriet kan komme ned i et potentielt ustabilt område. Man bør undlade at forsøge at oplade et Lithium-Ion batteri, som er afladet under sikkerhedsgrænsen.
Lithium-ion batterier er væsentligt dyre end Gel/AGM batterier, men så enkelt kan regnestykket ikke gøres op.
Tager man et 100 Ah Lithium-Ion batteri og et tilsvarende AGM batteri, får man mere energi ud af Lithium-ion batteriet, idet AGM batteriet kun oplades til 80% og ikke har godt af en ladetilstand på mindre end 30% af total DOD (Dybde afladning), da det minimere batteriets levetid væsentligt. Det er kun et råderum på 50% af batteriets kapacitet, altså max 50Ah. For lithium-jern-fosfat (LiFePO4 eller LFP) som er det sikreste af Lithium-ion batteri typerne, er det 80% af DOD der anvendes, altså 80 Ah.
Det kræver altså godt og vel 2 syre batterier, for at opnå den samme strøm leverance som 1 Lithium-ion batteri
Et Lithium-Ion batteri har en levetid, der er minimum 4 gange så lang, som et AGM batteri. Et AGM batteris antal dybde afladninger ligger på omkring ca. 1600 gange v/30% afladning og 2-300 gange v/100%, mens et Lithium-Ion batteri ligger på op til 4000 dybdeafladninger v/30% afladning, og 2000 v/100% afladning.
Ældning/levetid af Lithium-Ion batterier afhænger af cellespænding og temperatur.
Gode Lithium-Ion batterier har masser af sikkerhed indbygget. Et PTC kredsløb søger for at der ikke kan lades på et batteri der er for koldt, og et CID kredsløb afbryder ved for høj strøm. En sikkerhedsventil åbner ved for højt tryk i batteriet for at forhindre eksplosion. Udvikler batteriet for meget varme, sørger en Trilayer seperator for at afbryde kredsløbet. Den smelter ved 140 gr. C.
Vigtigt for et velfungerende Lithium-Ion batteri er BMS (Battery Management System)
- Beskyttelse mod over- og underspænding
- Beskyttelse mod høj lade/afladestrøm
- Identifikation af celler med skade
- Udligning af battericeller
- Temperatur overvågning
- Kølemiddel kontrol
- SoH estimering
- Cycle tæller
- SoC estimering
Batteri Management System (BMS)
LiFePO4 batterier har indbygget BMS, som er helt nødvendigt for alle LiFePO4 batterier. BMS er elektronik der sidder inden i batterikabinettet, og sikrer cellerne mod overlast. Det er blandt andet:
Intern celle ud-balancering
Overvåger hver eneste celle, og sikrer at de alle er opladet lige meget (ud balancering). Uden denne funktion, vil nogle celler trække hele læsset, og blive “trætte” for tidligt, og dermed reducere hele batteriets levetid betragteligt.
Beskyttelse mod overopladning og underafladning
Levetiden falder også betragteligt, hvis man overlader batteriet, eller aflader det for hårdt (<10V). Sker dette, vil den interne elektronik slå ladestrømmen fra.
Kortslutningsbeskyttelse
Lithium batterier kan levere meget høje strømme, og her sørger BMS’en for at begrænse afladestrømmen, feks. ved en kortslutning. Strømbegrænsningen kan ses af databladet.Der skal tages højde for flere ting, hvis ikke der skal ske uheld. Dermed ikke sagt at man hverken skal tage afstand fra Lithium-Ion batterier, bare tænke sig om, inden man lader sig friste af billige Lithium-Ion batterier. Prisen helt ned til 3500-4000 kr for 100 Ah er set, og autocamper-info.dk har bedt Orogenic om at se dem efter i sømmene, for at vurdere sikkerhed og kvalitet.
Transport af Lithium-ion batterier ved forsendelse. Alle lithium batterier skal sendes som farligt gods og være underlagt UN 38.3, der forskriver at hver celle, samt hele batteripakken skal certificeres.
Misbrug af Lithium batterier
- Opladning i <0 grader med et for høj strøm eller overhoved opladning (lithiumplating termisk runaway)
- Overladning (>3,6V per cell for LFP) termisk runaway
- Dybt afladning (<2V per cell for LFP) Reverse polarity, termisk runaway
- For høj temperatur af celler
- For lav temperatur af elektrolyt (under frysepunkt)Faldgruber ved valg af li-ion batteri
- Forkert valg af celle type contra applikation
- Ingen BMS (risiko for Termisk runaway – brand – eksplosion m.m.)
- Ingen temperaturovervågning
- Ingen UN 38.3 certificering
- Celler ikke selv-udligner
- Forkert lader
- Forskellig spændingsniveau
Konklusion
- Det kan være svært at forstå, men forskellen på et godt og et dårligt batteri kan være enorm ! Det samme kan prisen.
- Lithium ion batterier er meget kraftfulde og giver mere energi til et højt forbrug modsat traditionelle bly-syre-batterier.
- Lithiumbatterier kan aflades med 80%, i forhold til traditionelle batteriers 30%-50% –og uden at det beskadiger lithiumbatteriets lange levetid.
- Derudover kan lithiumbatterier oplades ekstremt hurtigt, ned til 1-2 timer for et 12V – 100Ah Lithium-ion batteri –modsat 10-20 timer for et Gel/AGM batteri.
- Lithium-ion batterier vejer 1/3 – 1/4 af Gel/AGM batterier.
- Selvaflader kun med 10% per år
- Oplad aldrig et frossent batteri pga. eksplosionsfare. Oplad aldrig et beskadiget batteri.
Vær kritisk overfor Litium batterier til brug i biler og autocampere for 120-180 USD i Kina. Det kan være et katastrofalt køb, hvis ikke du kan gennemskue hvad du køber.
Kilde:Orogenic, Victro Energy, Super B Lithium-Ion Læs også: Kraftigt super batteri fra hollandske Super B
