Ordlista och förtydliganden om litiumbatteri LifePO4

Kapacitet Anges oftast i Ah (Amperetimmar) men ibland även i Wh (Wattimmar). Vi anger kapaciteten i Ah vid urladdning från 14,6 Volt ned till 12,0 Volt. För enkelhetens skull kan vi säga att medelspänningen under urladdningsförloppet är ca 13 volt, då blir kapaciteten för ett 40 Ah-batteri ca 520Wh (13V x 40A = 520Wh).

Cyklingstålighet Det antal i- och ur-laddningar som ett batteri kan genomgå under gynnsamma omständigheter utan att kapaciteten minskar mer än 20 %. Till exempel visar standarden "SS-EN 60896-21, utg 1:2004" detaljer om hur detta kan provas.

Verkningsgrad Enkelt uttryckt är det ett mått på batteriets energieffektivitet räknat i procent. Hög verkningsgrad innebär låga inre förluster och vice versa. Naturligtvis inkluderas här inte förluster i kablar och kopplingar utan mäts direkt på batteriet. Förlusterna resulterar i värmeutveckling inuti batteriet. En intern temperaturstegring vid snabba i och urladdningsförlopp ökar slitaget på batteriet (temperaturspänningar och materialåldring). De låga inre förlusterna bidrar därför till den långa livslängden. Vidare bör påpekas att en låg verkningsgrad i batteriet gör att det dessutom tar längre tid att ladda batteriet givet övriga faktorer är lika. Emellanåt anges verkningsgraden för dessa batterier till 99%. Det gäller förhållandet mellan iladdad och urladdad strömmängd (Ah).

BMS = Battery Management System: Elektronisk krets för att utöka livslängden på litiumbatterier. Den kan t.ex bryta strömmen vid risk för djup urladdning av batteriet. I vårt system utgörs BMS av batterivakten och generatorns regulator.

Matchade celler = De litiumbatterier vi säljer byggs av vad som kallas matchade celler. Varje cell har en polspänning på ca 3 volt. Eftersom cellerna, som på grund av tillverkningstoleranserna, har något olika egenskaper kommer de normalt att ansträngas olika mycket vid i och urladdning. Matchning av cellerna innebär att dessa sorteras innan montering. Därefter byggs batteriet av celler som har mycket homogena egenskaper inbördes. Resultatet blir ett batteri med förbättrad livslängd tack vare att de enskilda cellerna belastas symmetriskt. Ett batteri byggt av matchade celler behöver en BMS, för över tid som kommer cellerna att bli obalanserade. Att matcha cellerna i ett batteri ställer högre krav på tillverkningsprocessen men ger en mer driftsäker slutprodukt.

Cellbalansering System för att utjämna spänningen över de enskilda cellerna för att förbättra livslängden i ett batteri byggt av celler med olika egenskaper (ej matchade).

Batterier med järn i katoden. Innehåller inte s.k konfliktmetaller. Lägre energitäthet (ca 100Wh per kilo) än t.ex Litiumpolymerbatterier men betydligt högre säkerhet. Idag känt som den säkraste batteritekniken. Högpresterande och med mycket god cyklingstålighet.

Mängden Litium i ett Litiumjärnfosfat batteri är i storleksordningen någon % av batteriets sammanlagda vikt. Den större delen av vikten är aluminium, koppar och det kraftiga aluminiumhöljet.

Litiumjärnfosfat är ett naturligt förekommande mineral som används som elektrod i LiFePo4-batterier. Tekniken beskrevs första gången av John Goodenoughs forskningsgrupp i Texas år 1996. Tack vare låg kostnad, järnets goda tillgänglighet, dess höga termiska stabilitet, elektriska prestanda och specifika kapacitet (170Ah per kg) uppnåddes snabbt en marknadsmässighet.

Litiumjärnfosfatbatterier (LiFePO4) använder en litiumjonbaserad kemi och delar många för- och nackdelar med andra litiumjontekniker. Dock finns även stora skillnader. Litiumjärnfosfat erbjuder en bättre cyklingstålighet än andra litiumjonkemier. Som nickelbaserade laddningsbara batterier, och olikt andra litiumjontekniker, har litiumjärnfosfatbatterier en mycket flack urladdningskurva. Spänningen håller mycket nära 3,2 Volt under större delen av urladdningsförloppet. Vid 3,0 Volt är det endast några procent kvar av energiinnehållet.

Tack vare att 4 st seriekopplade battericeller av litiumjärnfosfattyp bildar 12,8 Volt utgör batteritekniken en mycket lämplig ersättning för 6-celliga blysyrabatterier, inte minst i fordon, fritidsbåtar, UPS:er och solcellsanläggningar. Tack vare mycket hög säkerhet utgör litiumjärnfosfatbatterier en trolig framtida ersättning till så gott som alla blysyrabatterier. Detta förutsatt att hänsyn tas till hur litiumjärnfosfatceller skall laddas. De bör, för bästa livslängd, inte laddas långvarigt över 3,65 Volt per cell. Cellspänningen bör av samma skäl aldrig understiga ca 2,5 Volt per cell. Att utsätta batterier av denna typ för spänningar utanför området 2,5 till 4,0 Volt per cell leder i de flesta fall till skador i någon form på batteriet. Vanligast är en kapacitetsförsämring. Battericellerna måste åtminstone balanseras vid första sammankopplingen men kan därefter klara sig runt 3000 laddcykler med aktiv balansering utan att tappa mer än ca 20 % av ursprunglig kapacitet.

Fosfatet i batterierna ersätter kobolt och de svårigheter som kobolt medför avseende brytning och miljö, men även koboltkemiernas problem med termisk instabilitet. Flera fall av så kallad termisk rusning har beskrivits med litiumkoboltbatterier (mobiltelefoner, startbatterier etc. Mer information finns för den intresserade att tillgå på National Transportation Safety Board, i rapporten påtalas en del brister både inom tillverkning och validering av det Litium-Kobolt-Oxid- batteri som skapade kraftig rökutveckling efter en inre kortslutning. Litiumjärnfosfat-batterier är erkänt säkrare. Orsakerna till detta är främst ett lägre specifikt energiinnehåll och en högre termisk stabilitet.

Litiumjärnfosfatbatterier (LiFePO4)
-medger större strömuttag än LiCoO-batterier
-har ca 14% lägre energidensitet än LiCoO-batterier
-åldras långsammare (kalendariskt) än LiCoO- och LiMn-batterier
-är säkrare tack vare högre kemisk och termisk stabilitet
-LiFePo4 har en högre inbyggd säkerhet i katodmaterialet eftersom syrebindningarena är starkare och inte lika lätt släpper om battreiet utsätts för kortslutning t.ex.
-LiFePO har även en mindre strukturell förändring än LiCoO mellan laddat och oladdat tillstånd.
-Syret är starkare bundet i LiFePo4 än LiCoO.

Som ett resultat är Litiumjärnfosfatceller betydligt svårare att antända vid eventuellt felaktig hantering (särskilt laddning). Överladdning kan endast övergå i värme varför battteriet kan förstöras vid överladdning. Det är allmänt känt att LiFePo4 batterier inte lika lätt skadas av höga temperaturer.