Waarom lithiumbatterijen? - Deel 1

Het klinkt allemaal vanzelfsprekend. De accu is leeg, zet een acculader aan, of zet de motor van uw auto of boot uit en binnen een paar uur is de accu weer opgeladen. Zodat er weer volop energie beschikbaar is. Een eenvoudig proces en effectief, maar niet altijd even snel in geval van een loodzuur accu, voordeel is dat standaard laadapparatuur gebruikt kan worden. In 9 van de 10 gevallen hoeft u niet naar uw accu om te kijken en zijn ze na een nachtje slapen weer vol. Bij Lithium accu’s gaat dit verhaal niet op en zult u extra aandacht moeten besteden aan de laadinstallatie en het 12 of 24 VDC systeem in het algemeen. Want een Lithium accu kan bij verkeerd gebruik gevaarlijk zijn (lees opladen en ontladen).

Waarom lithiumbatterijen?

Een Lithium-Ion batterij is een batterij waarbij de ionen van de batterij verschuiven van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode, en omgekeerd. Lithium-Ion batterijtechnologie wordt veel gebruikt in consumentenelektronica, zoals telefoons, tablets en laptops. Maar ook in andere draagbare apparatuur, accu gereedschap en in elektrisch vervoer en interne transportsystemen enz. Voor de opslag van grotere hoeveelheden energie worden lithium-accu’s ook steeds vaker gebruikt waar vroeger standaard open en gesloten loodzuur-, AGM- of gel-accu’s werden gebruikt. Belangrijkste redenen: Lithium accu’s hebben een zeer hoge energiedichtheid en zijn daardoor compact en licht, er is geen geheugeneffect waardoor ze sneller kunnen worden opgeladen en hebben een zeer lage zelfontlading om maar een paar voordelen te noemen.

Verschillende technologieën lithiumaccu's

Er zijn verschillende soorten technologieën lithiumaccu’s op de markt, elk met specifieke eigenschappen. De belangrijkste zijn:

Lithium ijzer fosfaat (LiFePO4 of LFP) wordt beschouwd als de veiligste op de markt. Dit is dan ook precies de reden waarom wij bij WhisperPower dit type accu in de diverse uitvoeringen leveren. We zijn ons ervan bewust dat de andere types andere voordelen hebben zoals een iets hogere energiedichtheid, zoals het geval is met de NMC accu, maar deze types zijn beduidend minder veilig. Bij Whisper Power komt veiligheid op de eerste plaats.

Toepassing is beslissend

Het is uiterst belangrijk om te weten voor welke toepassing een lithiumaccu wordt aangeschaft. Met andere woorden, waar zal de batterij geplaatst worden, hoe zal deze gebruikt worden, hoeveel laad-/ontlaadcycli worden gepland, etc. De belangrijkste toepassing waar wij bij Lithium ION batterijen mee te maken hebben, is in hybridesystemen voor aandrijving en/of stroomvoorziening, die steeds vaker worden geïnstalleerd in een voertuig of vaartuig. De batterijen worden vaak gebruikt in situaties met veel laad-ontlaadcycli, of intensief cyclisch gebruik. Onder cyclisch gebruik verstaan we dat we de batterij diep ontladen en daarna snel weer opladen, wat ook zal worden opgeladen tijdens ontlading (gebruik van het systeem). In een elektrische auto wordt de batterij bijvoorbeeld ontladen tijdens het rijden. Tijdens het opladen zal de batterij niet worden aangedreven. Met andere woorden, tijdens het opladen wordt er geen energie uit de batterij in het systeem gebruikt. Al deze parameters worden meegenomen bij het kiezen van de juiste batterij en batterijtechnologie. Je zult zien dat voor auto’s de compactheid en het gewicht belangrijker zijn er is een geconditioneerde druksituatie. Dus in deze toepassing kiezen we een andere technologie batterij. Terug naar het kiezen van de juiste ION batterij. Nadat de juiste batterijcapaciteit en het totale AC- en DC-systeem zijn bepaald, zullen de bijbehorende systeemcomponenten moeten worden vastgesteld. De nominale spanning van een LFP-cel is 3,2V (bij een standaard loodzuuraccu is dit 2V per cel). Een 12 Volt LFP-batterij is eigenlijk een 12,8 Volt bestaande uit 4 cellen in serie geschakeld van 3,2 Volt = 12,8 Volt.

Eigenschappen van lithium

De spanning van een enkele batterijcel bedraagt 3,2 Volt. Dit wordt de nominale spanning genoemd. De werkelijke spanning tijdens het gebruik kan echter variëren van 2,5 tot 4,2 volt. Wanneer de spanning onder de 2,5 Volt zakt, zal de cel beschadigd raken. De cel is dan te diep ontladen en zal onherstelbaar beschadigd zijn. Wanneer de spanning boven de 4,2 Volt komt zal de cel ook beschadigd raken. De cel is dan te diep ontladen en zal onherstelbaar beschadigd zijn. De cellen van een LFP accu balanceren zichzelf niet, zoals meestal het geval is bij loodzuur. De cellen in de accu zijn nooit 100% identiek, dus na verloop van tijd zullen de cellen ongelijkmatig geladen zijn. Om dit op te lossen is het noodzakelijk om de cellen te balanceren zodat ze allemaal gelijk geladen zijn. Whisper power lithium accu’s hebben deze balanceerfunctie ingebouwd. Bij goedkopere lithium accu’s moet deze balanceerfunctie worden toegevoegd. Dit gebeurt vaak via een losse printplaat die op de cellen moet worden aangesloten. Bij loodzuur accu’s loopt er altijd een stroom tijdens de onderhoudslading. Hierdoor zullen cellen die minder vol zijn toch helemaal vol zijn en wordt het balanceren dus eigenlijk automatisch gedaan zonder dat we het merken. Bij lithium-accu’s is er geen stroom meer als de accu vol is. Daarom vindt er geen balancering plaats als de cellen ongelijk zijn.
Het is dus van groot belang dat de accu’s goed worden geconditioneerd en beschermd tegen diepontlading en overbelasting en dat de cellen worden gebalanceerd.

Looptijd

Wat we in de praktijk zien is dat de meeste loodzuur-accu’s voortijdig defect raken door sulfatering, d.w.z. het verharden van de platen in de accu. Dit komt doordat de gebruiker de accu gedurende langere tijd geheel of gedeeltelijk ontladen heeft gelaten. Dit komt vaak voor bij toepassingen waarbij de accu’s slechts een deel van het jaar worden gebruikt, zoals bij jachten, campers en caravans. Kort onder elkaar de voordelen van een Li-Ion accu:

Prijs

De aankoopprijs is hoger dan die van een loodzuuraccu, maar houd er rekening mee dat de accu een veel langere levensduur heeft. Hierdoor zal de lithium accu over de gehele levensduur gerekend voordeliger zijn.

Wat is belangrijk?

We hebben gezien dat de Lithium batterij gevaarlijk kan zijn bij verkeerd gebruik. Het is dus belangrijk te werken met een betrouwbare leverancier die de juiste systemen kan configureren voor de toepassing van de gebruiker. Dit kost misschien iets meer in de aanschaf, maar het voordeel is dat het systeem gegarandeerd werkt, betrouwbaar is en vooral veilig is. Zodat u optimaal gebruik kunt maken van de energie waar en wanneer u die nodig heeft.

Daarom zijn LFP lithium accu’s (LiFe PO4) de enige juiste keuze voor systemen in veeleisende omstandigheden en waar gewicht, afmetingen, prestaties en energie-efficiëntie belangrijk zijn. WhisperPower levert de volgende lithium accu’s:

De Li Ion Basic accu’s zijn uitermate geschikt voor gebruik in voertuigen en vaartuigen, waar de ontlaadstroom beperkt is tussen 50A en 100A, afhankelijk van het precieze accutype. Het is noodzakelijk om even stil te staan bij het laad- en ontlaadproces van zo’n accu. Niets is zo vervelend als een lege accu wanneer u stroom nodig hebt. Daarom is het belangrijk ervoor te zorgen dat de accu onmiddellijk na het ontladen weer volledig wordt opgeladen. Maar wat is de beste manier om dat te doen? Zoals gezegd mag een Li-Ion-batterij nooit worden overladen. Gebeurt dit wel, dan zal de accu gaan ‘stressen’ en in het ergste geval kan hij vlam vatten met alle gevolgen van dien. Gebruik daarom altijd de juiste Whisper Power Lithium accu voor de juiste toepassing met het bijbehorende WhisperPower laadsysteem. De Lithium ION accu heeft een speciaal beveiligingscircuit (BMS , Battery Management System), dat ervoor zorgt dat de accu de maximale spanning niet overschrijdt. Dit BMS zorgt er ook voor dat de accu niet te diep wordt ontladen. Als de spanning te laag of te hoog is, zorgt het BMS ervoor dat de accu niet wordt beschadigd.

Hoe beschermen we de accu?

Met de ION Basic hebben we een interne ontkoppelingstechnologie we raden altijd een externe DC ontkoppelingsoptie aan, zoals de Remote Battery Switch type 12-500A of de 24-500A voor 24 Volt accusystemen. De DC Modular Remote Battery Switch (de schakelaar) is een slimme magneet-sluitschakelaar voor hoge stromen, die continue DC-stromen tot 500 Ampère aankan. De schakelaar kan gemakkelijk in een motorruimte of batterijcompartiment worden geïnstalleerd, terwijl hij vanaf een handigere plaats wordt bediend door een kleine op een paneel gemonteerde schakelaar. Maar de schakelaar kan ook worden bediend door een accumonitor of een lithiumbatterij, bijvoorbeeld als ontladings-/overlaadbeveiliging. Met de ION Power Plus hebben we de WIB die zorgt voor de ontkoppeling in de volgende Tip leggen we dat meer specifiek uit.

Levensduur WhisperPower lithiumaccu's

De levensduur van een batterij neemt af naarmate de batterij ouder wordt en het aantal laad- en ontlaadcycli wordt gespecificeerd. Met andere woorden, hoe vaker de batterij wordt opgeladen en ontladen, hoe korter de levensduur. Kortom: de levensduur van de batterij hangt af van de mate van opladen en ontladen. Voor de ION power basic is dit meer dan 2000 cycli met een 1C en 100% DoD (ontladingsdiepte). 1C ontlading betekent bij een LFP batterij dat een 100Ah batterij gedurende 1 uur met 100A kan worden ontladen. Dit is aanzienlijk langer dan een lood-zuur accu met een levensduur van 200-300 cycli met een DoD van 50%. We zien dus dat bij loodzuur-batterijen de ontlaadstroom vaak vele malen lager is dan de batterijcapaciteit een veel gebruikte batterij is dan C20. C20 is een ontlading van 20 uur, dus een 100Ah lood-zuur met C20, betekent een ontlading van 5A gedurende 20 uur. Waar wij de accu maar voor 50% kunnen ontladen. In veel gevallen is de lithium batterij de beste keuze wat betreft lange levensduur en de laagste kosten over de gehele levensduur.

Zoals eerder vermeld hebben Li-Ion accu’s een minimale zelfontlading. Het BMS heeft een kleine stroom nodig, zodat er toch wat energie wordt verbruikt. Hiermee zal rekening moeten worden gehouden, de accu moet worden onderhouden door middel van de juiste acculader, zonnepaneel windmolen of een andere laadbron. In het geval de accu voor langere tijd niet gebruikt zal worden, zult u hier rekening mee moeten houden. Hoe meer de accu opgeladen is, hoe sneller de accu van binnenuit begint te oxideren en dus de levensduur afneemt. Als u de accu langere tijd niet gebruikt, zorg er dan voor dat er nog zo’n 60-70% capaciteit in zit en neem maatregelen dat de accu niet ontladen wordt door het GBS. Het is dus niet geheel onverstandig om de accu met een accumonitor in de gaten te houden.