Lithium batterier eller bly/syre?

Først og fremmest, så er jeg ikke ekspert på området, men almindelig bruger som alle jer andre. Jeg har støttet mig til andres undersøgelser og prøvet at samle det til en let forståelig sammenligning mellem batterityperne traditionelle bly/syre batterier (almindelig bly/syre, GEL og AGM) og Lithium LiFePO4.

100 Ah AGM batteri

De traditionelle batterier kender vi alle fra almindelige startbatterier med flydende syre og til AGM og GEL som rigtig mange af os bruger som bodelsbatterier. Jeg har tilladt mig at tage disse typer under et, selv om der kan være store forskelle i både ydelse og pris. Den grundlæggende kemi er dog ens i alle tre typer.

LiFePO4 – edderkoppediagram der viser egenskaber for denne type.

LiFePO4 batterier er en af de typer Lithium batterier der kan erstatte bodels batteriet og endda startbatteriet – afhængig af sikkerhedssystemet (BMS). De er sikret mod overophedning og selvantændelse, og er en af de mest sikre typer af lithium batterier på markedet – så det er ikke denne type der er årsag til de skrækhistorier om lithium batterier der florerer. Energi pr kg. er ikke så høj som i andre typer, men den tåler højere belastning og er tolerant over for overladning. Begrebet “Thermal Runaway” står for den temperatur hvor batteriets temperatur fortsat vil stige for til sidst at bryde i brand, selv om man slukker for ladning/forbrug. “Cyklus” står for antal gange batteriet kan aflades og genoplades. Jo længere ude på akserne markeringen er, jo gunstigere er egenskaben i forhold til vores behov.

Forskellige typer Lithium med forskellige egenskaber

Der findes flere typer lithium batterier på markedet som kunne komme i spil som bodels batteri. Men fælles for dem alle er, at en eller flere egenskaber gør dem mindre egnede end LiFePO4.

I det efterfølgende, tager jeg udgangspunkt i et 100 AH AGM batteri af god kvalitet (kaldet traditionel batteri), og et 100 AH LiFePO4 lithium batteri af god kvalitet (kaldet lithium batteri).

Lad os kigge lidt på forskellene.

Størrelse:

Et 100AH traditionel batteri kan have målene 39,4 x 17,5 x 19,0, ialt 13.100 cm3.

Et 100 AH lithium batteri kan have målene 31,8 x 16,5 x 21,5 iat 11.281 cm3 (LiFePO4)

Altså fylder lithium batteriet typisk ca. 85% af det traditionelle batteri. Andre typer, f.eks. NMC, fylder væsentligt mindre.

Vægt:

Et 100 AH traditionel batteri kan veje ca. 30 kg.

Et 100 AH lithium batteri kan veje ca. 13 kg. (LiFePO4)

Altså vejer lithium batteriet kun ca. 45% af det traditionelle batteri. Igen vejer f.eks. NMC væsentligt mindre.

Størrelse og vægt hænger lidt sammen og kommer til udtryk i “Specific Energy” eller Ah/kg. Kigger man på diagrammet kan man se, at f.eks. LiNiMnCo2, eller NMC, kan lagre væsentlig mere energi pr. kg. og er dermed lettere og mindre end LiFePO4, men den opererer med lavere driftsspænding og har en lidt lavere sikkerheds tærskel.

Ydelse Ah:

Et traditionel batteri kan typisk aflades til ca. 50% før spændingen falder til et uacceptabelt niveau, og der sker et ekstra stort slitage på batteriet – altså ca. 50 Ah forbrug.

Et lithium batteri kan typisk aflades til ca. 20% eller mindre uden at spændingen falder – altså ca. 80 – 100 Ah forbrug.

Altså kan der trækkes ca. 60% – 100% mere strøm ud af et lithium batteri mellem opladninger.

Opladning:

Den anbefalede ladestrøm for et AGM batteri er på ca. 20% af den nominelle kapacitet – dvs at et 100Ah batteri kan lades med 20A, men effektiviteten – altså hvor meget af den strøm der ”fyldes på” batteriet også forbliver lagret i batteriet – ligger på max. 75% – under visse omstændigheder helt nede på 10%.

Et 100 Ah lithium batteri kan lades med op til 500A, men det anbefales, af hensyn til holdbarheden, at lade med max. 100A. Det er der næppe nogen der gør i en autocamper, men den store forskel ses når vi taler om effektiviteten, for den ligger for lithium på mellem 95% og 99% – gennemsnit 98%.

Det betyder så, at stort set al den strøm dine solceller producerer, havner i batteriet, klar til brug, og det betyder også, at dit batteri oplades omtrent dobbelt så hurtig som et traditionelt batteri med samme ladestrøm.

Høj Belastning:

“C” står for den nominelle kapacitet, så “1C” betyder i dette tilfælde 100A. Diagrammet viser et 24V system, men princippet er ens for et 12V system.

Et traditionelt batteri er mere følsom over for et højt forbrug (mange amp). Jo flere Amp du trækker ud af batteriet jo færre Ah har du til rådighed. F.eks. hvis du har et 100Ah batteri og trækker 100A vil du kun kunne trække ca. 20% af den til rådighed værende strøm inden spændingen dykker. Trækker du derimod kun 5A vil du kunne trække 80% af den til rådighed værende strøm inden spændingen dykker.

 

 

 

 

Her vises afladningskurve for et lithium batteri. Bemærk, at batteriets sikkerhedssytem (BMS) forhindrer i de fleste tilfælde afladning over 1C.

Laver du samme øvelse med et lithium batteri vil du kunne trække næsten lige så stor en del af den til rådighed værende strøm i begge tilfælde.

Men bemærk, at den til rådighed værende strøm i lithium batteriet er 80% til 100% større end i det traditionelle batteri.

 

 

 

 

Selvafladning:

Et traditionelt batteri selvaflader ca. 8% pr. md. medens et lithium batteri kun selvaflader med ca. 1,5% pr. md.

Levetid:

Et batteris levetid afhænger af de forhold hvorunder det bruges. Afladningsgrad, temperatur, dimensionering i forhold til forbrug m.m. er faktorer der påvirker levetiden for begge typer batterier.

Levetiden måles i afladningscyklus. Hvor mange gange kan batteriet tåle dybdeafladninger?

Et traditionelt batteri ligger typisk på 400 – til maks 1500 cyklus. Et lithium batteri ligger på typisk 2000 – 4000 cyklus.

Altså vil et lithium batteri teoretisk holde ca. 5 gange så lang tid som et traditionelt batteri når de behandles lige godt.

Pris:

Pris er lidt mere vanskelig. Der er ingen tvivl om, at prisen på et lithium batteri ligger væsentligt over et traditionelt batteri, men priserne ændrer sig hele tiden. En af årsagerne til at lithium batterier er så meget dyrere, er det omfattende sikkerheds software (BMS) der skal bygges ind i dem. Men lad os bruge mit eget batteri som eksempel.

Mit lithium batteri kostede ca. 6.500,00 inkl. moms. Hvis jeg er forsigtig og sætter en levetid på 20 år (det er der vel ingen af os der rigtigt ved endnu) er det en pris på kr. 325,00 pr. år.

Skulle jeg erstatte mit oprindelige batteri, et 80Ah GEL batteri med et nyt 100Ah GEL batteri, ville den nok koste ca. 2000,00, og med en levetid på ca. 5 år er det 400,00 pr. år.

Men så skal der lige tages højde for, at jeg kan trække ca. dobbelt så meget strøm ud af mit lithium batteri som hvis det havde været et traditionelt batteri, og så ville regnestykke pr. Ah se helt anderledes fordelagtig ud i lithium batteriets favør. Der skal også tages højde for, at investeringen i nyt batteri skal foretages 5 gange i et traditionelt batteri i samme periode som et lithium batteris levetid.

Samspil mellem lithium batteriet og camperens teknik

Her skal vi være opmærksomme på, at der er forskel på de forskellige batteri fabrikater og teknikken i de forskellige camper fabrikater. Derfor kan jeg i dette afsnit kun tage udgangspunkt i mine egne, foreløbige erfaringer med mit batteri og min camper.

Mit batteri er et Topband TB12100 12V/100Ah LiFePO4 batteri købt hos Sahl Akkumulatorfabrik.

Min camper er en Adria Coral S 670 SLT model 2012 på en Fiat Ducato 250 3,0 180HK.

Der er nogle ting man skal være opmærksom på når man skifter fra traditionel til lithium.

  1. Med det traditionelle batteri kan du i princippet trække lige så mange amp som du har lyst til. Med et lithium batteri begrænser BMS softwaren dette – i mit tilfælde, og de fleste andre jeg har set, til 100 amp. (ca. 1200W) og 300 amp spidsbelastning i max. 3 sekunder. Jeg har dog set et der kunne gå op til 1000 amp i 5 sekunder. Disse begrænsninger sætter fabrikanten af sikkerheds hensyn.
  2. På grund af dette skal man begrænse sig i valg af f.eks. inverter. Jeg havde en billig 1500W sinus inverter der fungerede udmærket med mit GEL batteri, men med lithium batteriet virkede det ikke. Den aktiverede sikkerhedssystemet så batteriet lukkede ned når inverteren blev tændt fordi den åbenbart havde en startstrøm på over 300 amp. Det står der ingen steder, og det varede lidt før jeg fandt sammenhængen, men der er ingen tvivl om, at det var inverteren der gav mig problemer. Den blev skiftet til en Victron Phoenix 12/800 (800W sinus inverter) med SoftStart, og så kørte det. Men store invertere til at trække meget strømkævende udstyr (hårtørrere, kaffemaskiner m.m.) er ikke egnede sammen med lithium batterier da det i de fleste tilfælde kun er muligt at trække ca. 1200W ialt på dit batteri. Man skal også være opmærksom på strømkrævende udstyr som el-støtteben som også kan trække en for stor startstrøm. En løsning er selvfølgelig at montere 2 batterier parallelt så man med samme spænding får den dobbelte kapacitet. Her vil man kunne trække 2400W, men jeg vil stadig anbefale udstyr med softstart. Jeg er bekendt med et eksempel hvor alt el i camperen kører 230V over en 2000W Waeco inverter forbundet til to parallel forbundne Polaris 100Ah LiFePO4 batterier. Der bliver brugt almindelige husholdings el-artikler i camperen. Men så bliver investeringen jo af en anden størrelse.
  3. Ladning. Kan vi bruge de ladere vi har? Ja, i det stor hele kan vi. Vi har nok alle 2 eller tre forskellige lademuligheder i vore biler. Bilens generator, enten en separat lader eller en lader indbygget i vores elektroblok (EBL), og evt. en solcelleregulator. Kravet er en max. indladning på 14,6V og en vedligeholdelsesladning på 13,8V. Det vil de fleste kunne overholde. Kan de ikke det vil batteriets BMS lukke af for ladningen.
  4. Solcelleregulatoren KAN give problemer. Det bedste er en MPPT regulator som

    PWM regulator med ekstra udgang til start batteriet.

    lader med en jævn spænding svarende til det man har indstillet den til. Men mange har en PWM regulator, som regulerer spændingen ved at sende impulser ud der er væsentlig mindre – ca. 13V – end de 14,6V og impulser der er væsentlig højere – 18-20V – end de 14,6V så gennemsnittet bliver 14,6V. Disse høje impulser kaldes spændingspidser, og med et traditionelt batteri betyder de ikke noget da batteriet absorberer dem. Men med et lithium batteri har man en anden situation. Da den er ”intelligent” og udstyret med et avanceret sikkerhedssystem, lukker den af for opladning når max SOC (State of Charge/ladetilstand) er på 100%. Regulatoren sender så disse impulser ud i vognens 12V system, og det er der nogle af de elektroniske kredse der ikke kan tåle. Der er eksempler på afbrændte print i Truma Combi fyr. Dette kan imødegås hvis din PWM regulator har en separat udgang til startbatteriet – som formentlig ikke er lithium. Man forbinder denne udgang til plus polen på sit startbatteri. Herved optager startbatteriet spændingsspidserne og dit startbatteri bliver også vedligeholdt af solcellerne.

  5. Som noget specielt har Topband batteriet indbygget en Bluetooth del som kan kommunikere med en Android eller IOS enhed. Hermed kan du overvåge batteriets tilstand.

Summa Sumarum: At skifte til et lithium batteri er ikke nødvendigvis uden udfordringer, men der er rigtig mange fordele og få ulemper. Man skal bare være opmærksom på begrænsningerne og de evt. problemer der kan opstå.

Hvis du er tvivl om din camper kan køre med Lithium, bør du kontakte din forhandler, og måske lade ham udføre opgaven. Så er du sikret mod ubehagelige overraskelser.

Kilder:

Battery University

Victron Energy

Relion Battery

UltraLife Corporation

 

 

 

 

november

3nov - 5nov 316:00nov 5DFAC IT-kursus - bliv fortrolig med FritForumIT kursus i Nordjylland

10nov - 12nov 1016:00nov 12DFAC IT-kursus - bliv fortrolig med FritForumIT kursus i Sydjylland

december

1dec - 313:00dec 3- 12:00Juletræf i Aabenraa

Sikkerhedscertificat

SiteLock