Batterier til det 21. århundrede

Dette er i øjeblikket den bedste strømkilde til moderne kraftige LED-forlygter, og der er ingen grund til at bruge nogen anden type batteri i dag. De bruges af NASA i satellitter og af bilfirmaer i elbiler på grund af deres klare fordele - høj kapacitet, lav vægt og pålidelighed.

Li-ion-batterier har det bedste forhold mellem kapacitet og vægt (volumen). De er testet ved industriel brug og er sikre. Cellerne er lette og lagrer en stor mængde energi. De er kun fremstillet til genopladning, så de forurener ikke miljøet som engangsbatterier. De holder i mange år uden komplikationer, og hvis du passer på dem på den rigtige måde, vil du ikke engang opleve noget fald i kapaciteten med årene. De er virkelig pålidelige, og hvis du oplader dem, vil de altid levere energi.

Li-ion-batterier (litium-ion) er næsten udelukkende cylindriske batterier med en ladespænding på 4,2 V og en levetid på 500-1500 fulde cyklusser. Der findes forskellige størrelser, men den mest udbredte type er 18650-størrelsen, en cylindrisk celle med en diameter på 18 mm og en længde på 65 mm. På det seneste har elbiler taget 21700-typen til sig.

Tekniske parametre for nuværende 18650-batterier

Alle standard Li-ion-batterier oplades med CC/CV-algoritmen til en slutspænding på 4,2V . Den gennemsnitlige, nominelle spænding er 3,6 V (eller 3,7 V). Batterier kan normalt aflades ned til 2,5 V, tidligere gik de kun til 2,8 V. Lavere spænding er farlig, du kan ødelægge cellen. Den indre modstand varierer fra 20 til 80 milliohm afhængigt af mærke og type (lav- eller højstrøm).

Den højeste strømkapacitet er ca. 3450 mAh med en lagret energi på højst 12,4 Wh. Ved højere strømtræk falder den lagrede energi (og kapaciteten) en smule.

Batteriet tillader normalt et maks. strømtræk (maks. kontinuerlig afladning) på 3-10A, højstrømsbatterier, der bruges i værktøj, op til 30A.

Batteriet kan klare 500-1000 fulde cyklusser, før kapaciteten falder til 70-80 % af den oprindelige værdi. Levetiden kan forlænges (eller aldringen bremses) ved at bruge en forsigtig opladningsstrøm (f.eks. C/5), langtidsopbevaring i delvist opladet tilstand (3,93 V = 70 %) og kun brug ved temperaturer over 0 °C. Du kan læse mere om levetidsforlængelse her: www.luciferlights.net/li-ion-starnuti

Batterier fungerer selv i ekstrem kulde - f.eks. -20 °C - men sådan brug vil irreversibelt og gradvist ødelægge dem. Du kan læse mere om at bruge dem i frostgrader her: www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

Batteriets ladetilstand kan måles med et voltmeter, og cellespændingen giver en ret præcis indikation af ladetilstanden. Opladningstilstanden kan variere en smule afhængigt af producenten og batteribetegnelsen. Generelt viser følgende tabel opladningstilstanden:

Fordele og ulemper ved Li-ion i forhold til konventionelle batterier

Sammenlignet med AA- og AAA-batterier (NiMh, NiCd osv.) har de mange fordele. Batterierne holder længere (typisk mange år), har lavere indre modstand og er bygget til høje strømtræk. Deres kapacitet falder ikke væsentligt under høj belastning. Li-ion-batterier behøver ikke at blive formateret på nogen måde før første brug, du kan bruge dem når som helst, i enhver opladningstilstand.

Li-ion har meget lav selvafladning, de kan ligge brak i månedsvis, og deres opladningstilstand vil ikke ændre sig meget.

Li-ion-batterier (størrelse 18650, 21700) har i øjeblikket den højeste kapacitet i forhold til vægt og kapacitet i forhold til volumen. NiMh-batterier er betydeligt (jeg vil næsten skrive "størrelsesordener") dårligere, så for den samme lagrede energi slæber du rundt på en mærkbart højere vægt og et større antal batterier.

Hvis der er nogen ulemper, så er det, at man i hvert fald ikke kan købe dem nogen steder i verden. En anden ulempe kan være, at din nuværende oplader sandsynligvis ikke kan oplade disse batterier, eller at batteripakken oplader sig selv med sin egen netoplader via et kabel. Den sidste ulempe er den større fare for at kortslutte batteriet med vilje eller beskadige det alvorligt mekanisk. Det vil dog aldrig ske ved normal brug, og kvalitetscellerne er meget sikre.

Også velegnet til lange rejser og ekspeditioner

Vi bliver ofte kontaktet af folk, som skal vælge en pandelampe til en ekspedition, og som har brug for klassiske AA-batterier. Argumentet er, at man kan købe dem overalt.

Faktisk er li-ion helt perfekt til folk, der er væk fra civilisationen i 2-3 uger. Den høje kapacitet i en lille vægt og den høje effektivitet i vores pandelamper gør, at hvis du er økonomisk med lygten, vil den absolut holde til dig og overgå enhver anden pandelampe med AA-batterier. Et eksempel er Lucifer M-pandelampen, som på sit laveste niveau lyser med 25 lumen og holder 180 timer på en enkelt batteripakke. De 25 lumen er ofte det maksimale for almindelige plastikpandelamper, og du kan gå komfortabelt om natten med sådan et lys. De 180 timer burde holde i 2-3 uger, eller med en ekstra batteripakke kan du nå op på 360 timer, dvs. 15 dages kontinuerligt lys eller 30 dages lys hele natten!

Beskyttet og ubeskyttet li-ion

Beskyttede batterier har beskyttelse mod underafladning, overafladning og kortslutning. De er altid lavet af ubeskyttede celler ved at tilføje et beskyttelseskredsløb. De er derfor lidt længere (2-4 mm) og tykkere (0,5-1 mm). Beskyttede celler bruges normalt som udskiftelige, dvs. at brugeren kan håndtere dem, oplade dem i en ekstern skaktoplader og ligesom andre almindelige batterier sætte dem ind i lygtehuset. Beskyttede batterier tilbydes af mange forskellige producenter, og kvaliteten af det resulterende batteri afhænger af kvaliteten af den originale celle og kvaliteten af beskyttelseskredsløbet (f.eks. hvor høj den ekstra modstand i beskyttelsen er).

Ubeskyttede batterier forbindes ofte parallelt eller i serie ved at score, og derefter tilføjes et beskyttelseskredsløb ovenpå, som er fælles for hele batteripakken. Batteripakken oplades derefter via et kabel, og batterierne kan ikke skilles ad i individuelle celler på nogen måde. Dette er en almindelig batteripakke til kraftige forlygter, da batterierne ved højere belastning skal sættes i serie, f.eks. 2S. Derved opnås en højere spænding, og strømmen gennem ledningerne halveres.

Pas på de allestedsnærværende forfalskninger!

Det er almindelig praksis for kinesiske producenter at overdrive batteriernes kapacitet. Du skal vide, at li-ion-batterier af høj kvalitet udelukkende kommer fra Panasonic (Sanyo), Samsung, LG og Sony. Kun disse 4 producenter kan producere ubeskyttede li-ion-celler med topkapacitet i verdensklasse. Sidstnævnte betyder i øjeblikket (marts 2020) parametrene:

• 258,3 Wh/kg ved 0,5A afladning
• 749,7 Wh/l ved 0,5 A afladning

Disse parametre, som er meget ens, opnås af 18650-batterierne Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 og LG MJ1 18650. Ingen andre producenter kommer i nærheden af dem i kapacitet!

Batterierne i størrelserne 21700 og 20700, som især blev udbredt på grund af elektroautomobilitet (Tesla), har stadig ikke et bedre vægt/kapacitetsforhold end 18650-standarden, men de er tæt på. F.eks. LG 21700 M50 5000mAh og Samsung INR21700-50E 5000mAh.

Udviklingen af Li-ion-teknologi og prognosen for den fremtidige udvikling

Li-ion-teknologien opstod i 1980'erne og 1990'erne. I 1994 kunne man f.eks. få 18650-celler til en høj pris og med en kapacitet på kun 1100 mAh. Siden 2000 har Li-ion-teknologien oplevet en hurtig udvikling og regelmæssige, betydelige kapacitetsforøgelser. Efterhånden er den cylindriske 18650-cellestørrelse (18 mm diameter, 65 mm længde) blevet etableret, og batterierne har fundet vej til batterier til bærbare computere. I de sidste par år er udviklingen næsten gået i stå ved kapacitetsgrænsen på 3400-3500 mAh.

Først i de sidste par år er der opstået andre vigtige li-ion-anvendelser. På grund af deres tilstrækkelige kapacitet har de bredt sig i stor stil til elektrisk mobilitet (elbiler, el-scootere, el-cykler osv.) og bærbart el-værktøj. De har været brugt i forlygter i lang tid, men udgør et mindretal af det samlede antal producerede celler.

I øjeblikket har udviklingen af Li-ion-batterier ramt fysiske barrierer for yderligere kapacitetsforbedring, og mange forskere arbejder på den næste generation af Li-ion-batterier. Udviklingen af såkaldte "solid state"-batterier, dvs. batterier uden flydende elektrolyt og batterier med grafenelektroder, virker meget lovende. Der findes ingen sådanne batterier i dag (marts 2020)! Men det er realistisk, at de kan dukke op inden for 3-5 år. Forskerne forudser, at kapaciteten så kan øges med op til 1/3. Jeg ville være mere forsigtig og pessimistisk i alle skøn, hvor ordet "op" bruges.

Andre kilder til information

https://batteryuniversity.com/learn/ - en stor kilde til information om Li-ion-batterier
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - omfattende målinger af kapaciteten af alle mulige li-ion-batterier