Litiumbatterier er den beste løsningen for en lang rekke anvendelser, det er de fleste enige om. Denne batteriteknologien er likevel ikke uten problemer, både med tanke på sikkerheten og normal bruk. Det er for eksempel forbudt å lade opp litiumbatterier som er kaldere enn null grader celsius, og de mister også ytelse og levetid om de lades og brukes i for høy temperatur.
Det største problemet er likevel brannfaren. Alle litiumbatterier kan under uheldige omstendigheter varme seg opp ukontrollert, såkalt «thermal runaway». Dette gjelder for alle batterikjemier, selv litium-jernfosfat-batterier, LiFePO4 eller LFP, som regnes som den aller sikreste kjemien kan under spesielle vilkår løpe løpsk.
Se video: Så brannfarlige er litiumbatterier
Dette har den franske batterileverandøren Wattalps prøvd å gjøre noe med. De har forsket seg fram til batterier med innebygd væskebasert «klimaanlegg» som forbedrer batteriet på flere av problemområdene.
Moduler med celler og klimaanlegg
Nøkkelen til forbedringene er hvordan standard litiumceller er montert sammen i et batteri. Den grunnleggende enheten er et batterimodul der cellene er omsluttet av en væske. Denne væsken omtaler selskapet som «en dielektrisk (altså elektrisk isolerende), ikke brennbar, biologisk nedbrytbar, ikke giftig væske». Når vi ser nøye på en reklamevideo som viser designet og konstruksjonen, ser vi at cellene ikke er satt helt inntil hverandre, noe som er det normale i batterier. Det er i stedet et lite tomrom mellom hver enkelt battericelle som fylles med væsken.
Dette gjør den store forskjellen. Ved å sirkulere væsken gjennom et kjøle/varme-element kan temperaturen i batteriet kontrolleres, slik at både for varmt og for kaldt kan unngås. Ifølge modulens datablad er brukstemperaturen alt mellom -20 til +60°C. I tillegg beskytter væsken mot korrosjon på cellene, og sannsynligheten for at problemer sprer seg fra celle til celle blir redusert.
Dette gjør at det er enklere å gi battericellene den optimale temperaturen, både under opplading og utlading. Det gjør at batteriet kan lades opp raskere uten at batteriet blir skadd eller levetiden redusert – to fluer i én smekk.
Batterisystemer med skreddersøm
Wattalps lager tre forskjellige varianter av batterimodulene vi har beskrevet over. Disse modulene har forskjellig batterikjemi, slik at modulene kan ha forskjellige egenskaper. Forskjellene er høyest mulig energi i modulen, maksimalt antall oppladingssykluser for modulen eller høyest mulig konstant utlading av energi fra modulen. Det de har til felles er at modulene har 48 volt spenning.
På det maksimale har en slik modul en energitetthet som nærmer seg 300 Wh per liter, eller 1750 Wh på én modul. Denne energitettheten tilsvarer omlag to tredjedeler av energitettheten til batteriene i elbiler produsert fra 2020.
Bly, nikkel og litium - dette skiller batteri-familiene
Antall ladesykluser fram til batteriet har 80 prosent igjen av sin opprinnelige kapasitet (SOH 80%) varierer mellom 400 opp mot 10 000 ganger, alt etter kjemien i bruk og om batteriet lades raskt eller langsomt.
Disse modulene er bygd for å settes sammen i batteripakker. Hver modul har eksterne batteripoler, slik at modulene kan parallell- eller seriekobles for å oppnå den ønskete spenningen og strømmen/kapasiteten. Modulenes kjølesystem kobles også sammen i batteripakken, slik at en hel pakke bare trenger étt kjøle/varmeelement.
Hver batterimodul har sitt eget Battery Management System (BMS), som holder oppsyn med cellene i modulen. I tillegg har hver batteripakke en Master BMS, som administrerer hele stabelen. Denne enheten har kapasitet til opptil 128 moduler i en enkelt batteripakke. Denne BMS-løsningen tillater også å blande modultyper i pakken, slik at det er mulig å designe batteripakkens egenskaper med tanke på energi og levetid mer presist for den aktuelle anvendelsen.
Forbedret design, men til ukjent pris
Summen av forbedringene som væskekjølingen medfører, oppsummerer Wattalps slik i en pressemelding Min energi har mottatt i en e-post:
- 25 prosent økning i levetiden, sammenlignet med andre kjøleteknikker
- Kapasiteten til å lades opp med dobbelt så høy rate uten at batteriet tar skade av det
- En redusert risiko for at batteriet løper termisk løpsk
Selskapet opplyser at disse batterimodulene nylig har oppnådd sertifisering etter to bransjeledende sikkerhetsstandarder, ISO 26262 og IEC 62619. Sikkerhetstestingen omtaler selskapet som «det som skulle vært destruktive tester», men som batteriene altså var fullt funksjonelle etter at testingen var gjennomført. Selskapet har lagt ut en video om denne testingen:
Denne batteriarkitekturen har vært forsket og utviklet på i en ti-års periode, opplyser selskapet. Batteripakkene som denne løsningen kan realisere er tiltenkt mange anvendelser, primært maskiner som ikke brukes på vei, som anleggsmaskiner, utstyr som håndterer materialer, gruvemaskiner, jordbruksmaskiner og andre spesialisere brukere. I tillegg peker selskapet på lystbåter og skip, i tillegg til kjøretøy til bruk i byer, som har kortere rekkevidde enn det vanlige elbiler tilbyr i dag.
Det eneste verken pressemeldingen eller nettsidene til Wattalps ikke nevner, er prisen. Det er opplagt at denne løsningen er dyrere per wattime enn for eksempel batteripakker i 12V bilbatteri-format, antakelig mye dyrere. Det er likevel tenkelig at denne teknologien er verd prislappen, gitt forbedringene det kreative designet bringer med seg.
