Tekst Sune Christian Lodal, Redigering Øyvind Bordal Foto Øyvind Bordal, div. produktfoto

Fra myte til fakta

Hvor sikre er lithiumbatterier egentlig?

Vi har alle hørt om det: Lithiumbatterier der bryder i brand i løbehjul, biler, løbehjul, droner eller smartphones. Samtidig hævder fortalere for at installere lithiumbatterier i både, at de er lige så sikre – eller endda mere sikre – end de velkendte blysyrebatterier. Er der grund til bekymring?


En omfattende strømforsyning er efterhånden et must på de fleste turbåde. Med det stigende antal strømforbrugende enheder om bord, er det måske nu tiden er inde til at skifte til lithium – især hvis man har en batteribank, der alligevel står foran en udskiftning.Hvis man overvejer lithiumbatterier til sin forbrugsbank, er LiFePO4 (LFP) den dominerende teknologi på markedet. Der findes andre lithiumteknologier, men hvis man skal købe i år, og man ser både på pris, ydelse og sikkerhed, er LiFePO4 i øjeblikket den mest interessante teknologi til en forbrugsbank i en båd. Hvis der går nogle år, før man står for at skulle skifte, kan det være, at en teknologi som lithium titanat-oxid (LTO) er et kig værd til den tid.
 
Mere brugbar kapacitet
LiFePO4-batterier har ofte en vægt og en størrelse på under halvdelen af et tilsvarende AGM-batteri med samme mærkede kapacitet. Men forskellen i brugbar kapacitet er endnu større: Selv ved udnyttelse af 100 % af kapaciteten på et LiFePO4-batteri, har batteriet ofte mere end fire gange så mange garanterede cyklusser end et AGM-batteri – også selv om man kun aflader AGM-batteriet til 50 %. Kort sagt kan man altså bruge dobbelt så meget strøm fra batteriet, og stadig have fire gange så lang en levetid, som med AGM-batterier. 

Sikker lithiumteknologi
Lithiumbatterier er allestedsnærværende i apparater som mobiltelefoner, computere og droner. LiFePO4 har dog – trods den store energitæthed, sammenlignet med AGM eller GEL – en relativ lav energitæthed i forhold til andre lithiumteknologier, og er derfor ikke velegnede til for eksempel droner, hvor plads og vægt er i fokus. Den lave energitæthed betyder omvendt, at batteritypen ikke har samme risiko for at overophede og bryde i brand under ladning, som det desværre er set med andre teknologier.LiFePO4 er altså en teknologi, hvor man er gået på kompromis med størrelse og vægt, for til gengæld at få et meget sikkert batteri. Den primære sikkerhedsrisiko er at visse typer af fejlbetjening kan ødelægge selve batteriet. Men der er altså ikke risiko for at batteriet starter en brand. 

BMS
Et færdigt (drop-in) LiFePO4-batteri består af et antal celler og BMS (Battery Management System), der overvåger cellerne og styrer op- og afladning, så det sikres at hverken cellerne eller BMS’en overbelastes. BMS’en er tilsluttet for at beskytte cellerne mod fejlbetjening eller det omgivende miljø, og stopper op- eller afladningen af batteriet, hvis der opstår en situation, der ellers ville kunne ødelægge cellerne.
”I vores research er vi stødt på flere test af billige batterier, hvor det har vist sig, at temperaturføleren ikke fungerer.”

Problemer i frostvejr
Den største risiko for en LiFePO4 installation i Danmark er temperaturen, der har indflydelse både ved af- og opladning. Ved afladning i lave temperaturer vil ydelsen på batteriet blive mindre. Sammenlignet med AGM eller GEL er problemet dog væsentligt mindre med LifePO4, eftersom spændingen i udgangspunktet ligger på et højere niveau mens det aflader. Det be-tyder at risikoen er mindre for at spændingen falder så meget, at bådens enheder får for lav spænding til at kunne fungere. Cellernes primære problem, når det gælder temperatur, er kombinationen af lave temperaturer og opladning. Hvis man oplader celler, der er under 0o C, kan de ”dø”. Men med de rigtige forholdsregler, eller de rigtige funktioner indbygget i batteriets BMS, kan den risiko undgås. 

Hvad kan man gøre?
Mange batterier leveres desværre uden temperaturbeskyttelse, og i så fald skal man selv være opmærksom på temperaturen omkring batteriet. Det kan afhjælpes med en lader, der har indbygget temperaturstyring, og derved sørger for at frakoble opladning ved lave temperaturer. Endnu bedre er det at få et batteri, der har en intern temperaturstyring, der selv stopper for ladning, når temperaturen bliver for lav. På nogle systemer kan denne afkoblingstemperatur justeres, men i de fleste tilfælde afkobler den ved 5o C. I nogle batterier er man gået endnu videre og har indbygget varmelegemer, der varmer cellerne op, inden BMS’en åbner for strømtilførslen.

Batterier baseret på blyplader, som for eksempel AGM-batterier, er på flere måder mere sårbare end LifePo4-batterier.
Der er kommet rigtig mange producenter af LifePO4-batterier, og stor priskonkurrence. De billigste kan have en byggekvalitet, som gør dem udsatte for problemer. Velkendte producenter som Mastervolt her giver større driftssikkerhed – men til en højere pris.
Man kan bygge sin egen batteribank af separate celler, men det er en forholdsvis kompleks process. Til gengæld kan man få en meget stor kapacitet til en fornuftig pris.
De fleste moderne, digitale ladere har indbygget ladeprofil til lithiumbatterier. Man bør vælge en sådan, hvis man vil have fuldt udbytte af sine lithiumbatterier.

Ny lader?
Når man skal beregne økonomien i at skifte fra for eksempel AGM til LiFePO4, er laderen ofte et element, der bliver bragt op som en dyr post. Mange moderne ladere kan dog indstilles til lithiumbatterier, og hvis ens eksisterende lader ikke kan det, behøver man ikke nødvendigvis at ændre hele setup’et, for at skifte til lithium. En ny lader er dog værd at overveje, for at få fuld udnyttelse af de nye batterier. Hvis man vælger at beholde sine ladere, der er tilpasset AGM- eller GEL-batterier, vil de sandsynligvis have en ladeprofil, der lader ved 14,4 V. Når batteriet er fuldt ladet, float-lades der ved 13,6-13,8 V. LifePo4-batterier skal have højere ladespænding, og en lavere (eller ingen) floatspænding. Den lavere ladespænding fra en AGM-lader gør, at man ikke får batteriet fuldt opladet, mens den højere floatspænding kunne udgøre et problem.

Men BMS'ens styring skulle gerne beskytte cellerne, forklarer Michael Nielsen fra Awilco: ”I vores batterier styres opladningen af BMS’en. Ved en AGM-lader, der har en topspænding på 14,4 V, mangler man de sidste 0,2 op til de 14,6 V, man typisk lader LiFePO4-batterier med. Man mangler således lige det sidste stykke, og man får derfor ikke fuld udnyttelse af batteriet,” forklarer Michael Nielsen, og tilføjer: ”Værre er det, hvis man har en lader, der ikke går ned i float. Men selv i den situation er et lithiumbatteri med BMS bedre beskyttet end et AGM-batteri, da BMS’en her vil aflede strømmen via varme. Et AGM-batteri, derimod, risikerer overladning, og det kan blive alvorligt: Der opbygges varme, der kan forsage overtryk og brud på indkapslingen. Det medfører at syre og bly bliver eksponeret, hvilket igen (under uheldige omstændigheder) kan føre til en kombination af frigivet brint og ilt. Sammen med en gnist kan det forsage brand. Men altså: Det er en fare ved traditionelle batterier, og ikke LifePO4 lithiumbatterier.

Hvis man oplader celler, Hvis man oplader celler, der er under 0o C, kan de ”dø”
Pas på motorens generator
Ved ladning fra generator anbefales det dog, at man indsætter en dc-dc lader mellem motorbatteri og forbrugsbank, i stedet for at tilslutte begge direkte til generatoren. Årsagen er, at LIFePO4 kan aftage meget mere strøm, end et AGM- eller GEL-batteri. Et 100 Ah LiFePO4-batteri kan for eksempel aftage 100 A ladestrøm, hvor et 100 Ah AGM kun kan aftage 30 A. Dertil tager et LiFePO4 den fulde strømmængde igennem hele ladeprocessen, hvor et AGM-batteri går igennem forskellige faser, hvor den i en stor del af ladeforløbet tager væsentligt mindre end de teoretiske 30 A. Hvis man således lader fra en 70 A generator, så tager et LiFePO4 alle 70 A, uafhængigt af motoromdrejningerne, og generatoren bliver derfor nemt overophedet – særligt i tomgang. En lader på for eksempel 30 A vil begrænse ladningen til et niveau, som beskytter generatoren.

Man får hvad man betaler for
Efter at LiFePO4-cellerne er kommet ned i pris, er antallet af producenter af færdige lithium-batterier (drop-ins) til forbrugermarkedet steget, og kvaliteten svinger. Som udgangspunkt kan man læse på batteriet hvilke parametre batteriet er konfigureret til, og hvilke sikkerhedsanordninger der er installeret. Men kvaliteten kan være svær at gennemskue, når man modtager et lukket batteri, og det er svært at teste uden risiko for at ødelægge batteriet.

Svingende kvalitetI
Bådmagasinets research er vi stødt på flere test af billige batterier, hvor det har vist sig, at temperaturføleren ikke fungerer. På danske breddegrader kan det medføre et ødelagt batteri, hvis man for eksempel har det stående med lader på i frostvejr, og BMS’en ikke slår fra. Der er ligeledes eksempler på meget sparsom byggekvalitet, som ved brug i et meget hårdt miljø vil kunne medføre, at kabler hopper af, eller at BMS’en bliver ødelagt, fordi den ligger løst og hopper rundt inde i batterikassen. Ved at købe fra producenter, der kan dokumentere byggekvaliteten, eller via en forhandler, der selv definerer specifikationerne på de batterier, som de får bygget, kan man sikre sig bedst muligt imod disse faldgruber.LiFePO4 kan tåle lidt af hvertSelve LiFePO4-cellerne er ikke særlig sårbare for brud, og de kan skilles ad, uden at man risikerer brand. I Awilco har man testet sikker-heden på flere parametre: ”Kommer man et af vores batterier i vand, vil der opstå en kortslutning, hvorved BMS’en vil lukke for batteriet. Selv hvis cellerne kommer under vand uden beskyttelse af en BMS, vil de bare aflade,” forklarer Michael Nielsen. 

Ingen forbehold i branchen
BÅD har kontaktet talrige leverandører og installatører af LiFePO4-batterier i såvel indsom udland for at finde ud af om der er generelle problemstillinger omkring LiFePO4-batterier, der fører til fejl eller uheld. De eneste fejl, der har kunnet opspores, er fejl i anvendelsen, hvor brugere ikke har fulgt vejledningen, ved for eksempel at lade på LiFePO4-batterier uden temperaturbeskyttelse i frostvejr, eller hvor installationen har været foretaget så lemfældigt, at det har forårsaget kortslutning af selve polerne på batteriet, da polerne har haft berøring direkte til en metalkasse. BÅD har også kontaktet forsikringsbranchens brancheorganisation og forsikringsselskaber, der fokuserer på bådforsikringer, og heller ikke her har man kendskab til problemer med LiFePO4-batterier.

BÅD 570

Bådmagasinet er Danmarks maritime mediehus med begge fødder plantet solidt på dørken. Bådmagasinet følger med i den rivende udvikling medieverden er inde i, og udgiver således på flere platforme, hvad end det er i trykt eller elektronisk form.

Bådmagasinet har gennem tiderne hjulpet mange i bådbranchen med deres egne kundekataloger – kundemagasiner – brochurer – kataloger, eller et frisk design på virksomhedens brand – alt sammen under vores afdeling for Client Publishing.

Sejlsport

Nyheder

Inspiration

Medlemsskab


© 2020 Bådmagasinet ApS. All Rights Reserved.