Batterier för det 21:a århundradet

Detta är för närvarande den bästa strömkällan för moderna kraftfulla LED-strålkastare och det finns ingen anledning att använda någon annan typ av batteri idag. De används av NASA i satelliter och av bilföretag i elbilar på grund av sina tydliga fördelar - hög kapacitet, låg vikt och tillförlitlighet.

Li-ion-batterier har det bästa förhållandet mellan kapacitet och vikt (volym). De är testade för industriell användning och är säkra. Cellerna är lätta och lagrar en stor mängd energi. De tillverkas endast uppladdningsbara, så de förorenar inte miljön som engångsbatterier. De kommer att hålla i många år utan komplikationer och om du tar hand om dem på rätt sätt kommer du inte ens att uppleva någon kapacitetsminskning under åren. De är verkligen pålitliga, om du laddar dem kommer de alltid att leverera energi.

Li-ion (litiumjon) batterier är nästan uteslutande cylindriska (cylindriska) batterier med en laddningsspänning på 4,2 V och en livslängd på 500-1500 fulla cykler. Det finns olika storlekar, men den mest använda typen är 18650-storleken, en cylindrisk cell med en diameter på 18 mm och en längd på 65 mm. På senare tid har elbilar börjat använda 21700-typen.

Tekniska parametrar för nuvarande 18650-batterier

Alla standard Li-ion-batterier laddas med CC/CV-algoritmen till en slutspänning på 4,2 V . Den genomsnittliga, nominella spänningen är 3,6V (eller 3,7V). Batterier kan vanligtvis laddas ner till 2,5V, tidigare gick de bara till 2,8V. Lägre spänning är farlig, du kan förstöra cellen. Det inre motståndet varierar från 20 till 80 milliohm beroende på märke och typ (låg- eller högström).

Den högsta strömkapaciteten är ca 3450mAh med en lagrad energi på högst 12,4Wh. Vid högre uttag minskar den lagrade energin (och kapaciteten) något.

Batteriet klarar normalt ett max strömuttag (Max. Discharge Continuous Current) på 3-10A, högströmsbatterier som används i verktyg upp till 30A.

Batteriet klarar 500-1000 fulla cykler innan kapaciteten sjunker till 70-80% av det ursprungliga värdet. Livslängden kan förlängas (eller åldrandet bromsas) genom försiktig laddningsström (t.ex. C/5), långtidsförvaring i delvis laddat tillstånd (3,93V = 70%) och användning endast över 0°C. Du kan läsa mer om livstidsförlängning här: www.luciferlights.net/li-ion-starnuti

Batterier fungerar även i extrem kyla - t.ex. -20°C - men sådan användning förstör dem gradvis och oåterkalleligt. Du kan läsa mer om användning i minusgrader här: www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

Batteriets laddningstillstånd kan mätas med en voltmeter, cellspänningen ger en ganska exakt indikation på laddningstillståndet. Laddningstillståndet kan variera något beroende på tillverkare och batteribeteckning. I allmänhet ger följande tabell en indikation på batteriets laddningsstatus:

För- och nackdelar med Li-ion jämfört med konventionella batterier

Jämfört med AA- och AAA-batterier (NiMh, NiCd etc.) har Li-ion många fördelar. Batterierna håller längre (vanligtvis många år), har lägre inre motstånd och är konstruerade för höga strömuttag. Deras kapacitet sjunker inte nämnvärt under hög belastning. Li-ion-batterier behöver inte formateras på något sätt före första användningen, utan kan användas när som helst och i vilket laddningstillstånd som helst.

Li-ion har mycket låg självurladdning, de kan ligga i träda i månader och deras laddningstillstånd förändras inte mycket.

Li-ion-batterier (storlek 18650, 21700) erbjuder för närvarande de högsta förhållandena mellan kapacitet och vikt och kapacitet och volym . NiMh-batterier är betydligt (jag skulle nästan skriva "storleksordningar") sämre, så för samma lagrade energi släpar du runt på en betydligt högre vikt och ett större antal batterier.

Om det finns några nackdelar så är det att de inte går att köpa någonstans i världen. En annan nackdel kan vara att din nuvarande laddare troligen inte kan ladda dessa batterier, eller att batteripacken laddar sig själv med sin egen nätladdare via en kabel. Den sista nackdelen är den större risken för att avsiktligt kortsluta eller allvarligt mekaniskt skada batteriet. Detta sker dock aldrig vid normal användning och kvalitetscellerna är mycket säkra.

Lämpar sig även för långa resor och expeditioner

Vi blir ofta kontaktade av personer som vill välja en pannlampa för en expedition och som kräver att den ska drivas med klassiska AA-batterier. Argumentet är att man kan köpa dem överallt.

Faktum är att li-ion-batterier är perfekt användbara för personer som är borta från civilisationen i 2-3 veckor. Den höga kapaciteten i en liten vikt och den höga effektiviteten hos våra pannlampor gör att om du är ekonomisk med ljuset, kommer det absolut att hålla dig och överträffa alla andra pannlampor med AA-batterier. Ett exempel är Lucifer M-pannlampan, som i sitt lägsta läge lyser med 25 lumen och håller i 180 timmar på ett enda batteripaket. Ljusstyrkan på 25 lumen är ofta den maximala för vanliga pannlampor i plast, och du kan gå bekvämt på natten med en sådan ljusstyrka. De 180 timmarna bör räcka i 2-3 veckor, eller med en extra batteripack kan du nå 360 timmar, dvs. 15 dagars kontinuerligt ljussken eller 30 dagars ljussken hela natten!

Skyddade och oskyddade li-ion

Skyddade batterier är försedda medskydd mot underladdning, överladdning och kortslutning. De tillverkas alltid av oskyddade celler genom att en skyddskrets läggs till. De är därför något längre (2-4 mm) och tjockare (0,5-1 mm). Skyddade celler används vanligtvis som utbytbara, dvs. användaren kan hantera dem, ladda dem i en extern axelladdare och precis som andra vanliga batterier sätta in dem i lamphuset. Skyddade batterier erbjuds av många olika tillverkare, och kvaliteten på det resulterande batteriet beror på kvaliteten på originalcellen och kvaliteten på skyddskretsen (t.ex. hur högt det extra motståndet i skyddet är).

Oskyddade batterier ansluts ofta parallellt eller i serie genom poängsättning, sedan läggs en skyddskrets till ovanpå, gemensam för hela batteripaketet. Batteripaketet laddas sedan via en kabel och batterierna kan inte demonteras till enskilda celler på något sätt. Det här är ett vanligt batteripaket för högeffektstrålkastare, eftersom batterierna vid högre belastning måste sättas i serie, t.ex. 2S. På så sätt uppnås en högre spänning och strömmen genom ledningarna halveras.

Se upp för förfalskningar!

Det är vanligt att kinesiska tillverkare överdriver batteriernas kapacitet. Du ska veta att li-ion-batterier av hög kvalitet uteslutande kommer från Panasonic (Sanyo), Samsung, LG och Sony. Endast dessa 4 tillverkare kan producera oskyddade li-ion-celler med toppkapacitet i världsklass. Det senare innebär för närvarande (mars 2020) följande parametrar:

• 258,3 Wh/kg vid 0,5A urladdning
• 749,7 Wh/l vid 0,5 A urladdning

Dessa parametrar, som är mycket lika, uppnås av 18650-batterierna Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 och LG MJ1 18650. Ingen annan tillverkare kommer i närheten av dem när det gäller kapacitet!

Batterierna i storlekarna 21700 och 20700 som spreds främst på grund av elektroautomobilitet (Tesla) erbjuder än idag inte ett bättre vikt/kapacitetsförhållande än 18650-standarden, men de är nära. T.ex. LG 21700 M50 5000mAh och Samsung INR21700-50E 5000mAh.

Utvecklingen av Li-ion-tekniken och prognosen för den framtida utvecklingen

Li-ion-tekniken har sitt ursprung i 1980- och 1990-talen. År 1994 fanns till exempel 18650-celler tillgängliga till ett högt pris och med en kapacitet på endast 1100mAh. Sedan 2000 har Li-ion-tekniken upplevt en snabb utveckling och regelbundna betydande kapacitetsökningar. Gradvis har 18650 cylindriska cellstorlekar (18 mm diameter, 65 mm längd) blivit etablerade och batterierna har hittat sin väg in i batterier för bärbara datorer. Under de senaste åren har utvecklingen avtagit och nästan avstannat vid kapacitetsgränsen 3400-3500 mAh.

Först under de senaste åren har andra betydande li-ion-applikationer dykt upp. På grund av sin tillräckliga kapacitet har de spridit sig i massor till elektrisk mobilitet (elbilar, elscootrar, elcyklar etc.) och bärbara elverktyg. De har använts i strålkastare under lång tid, men utgör en minoritet av det totala antalet producerade celler.

För närvarande har utvecklingen av litiumjonbatterier stött på fysiska hinder för ytterligare kapacitetsförbättringar och många forskare arbetar med nästa generations litiumjonbatterier. Utvecklingen av s.k. "solid state"-batterier, dvs. batterier utan flytande elektrolyt och batterier med grafenelektroder, verkar mycket lovande. Inga sådana batterier finns idag (mars 2020)! Men det är realistiskt att de kan dyka upp inom 3-5 år. Forskarna förutspår att kapaciteten då skulle kunna öka med upp till 1/3. Jag skulle vara mer försiktig och pessimistisk i alla uppskattningar där ordet "upp" används.

Andra informationskällor

https://batteryuniversity.com/learn/ - en stor källa till information om litiumjonbatterier
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - omfattande mätningar av kapaciteten hos alla möjliga litiumjonbatterier