34 Batteriteknologi og energilagring

Batterigrunnlag

Kva er eit batteri?
Eit batteri konverterer kjemisk energi til elektrisk energi gjennom elektrokjemiske reaksjonar.

Oppbygning:
- Anode (negativ elektrode)
- Katode (positiv elektrode)
- Elektrolytt (leier ion)
- Separator (hindrar kortslutning)

Viktige omgrep:

Kapasitet (Ah eller mAh)
Kor mykje ladning batteriet kan lagre.
Eit 2000mAh batteri kan levere 2000mA i 1 time, eller 200mA i 10 timar.

Nominell spenning (V)
Typisk driftsspenning for batteriet.

Energitettleik (Wh/kg)
Energi per vektseining. Høgare = lettare for same kapasitet.

C-rate
Lade/utladefart relativt til kapasitet.
1C = fullt utlada på 1 time
2C = fullt utlada på 30 minutt

Syklusar
Tal på fulle lade/utlade-syklusar før vesentleg kapasitetstap.

Sjølvutlading
Gradvis kapasitetstap når batteriet ikkje blir brukt.

Batterityper

Blyakkumulator (PbA)
- Nominell spenning: 2V/celle (12V = 6 celler)
- Energitettleik: 30-50 Wh/kg
- Fordelar: Billig, robust, høg straumkapasitet
- Ulemper: Tung, vedlikehald, avgrensa syklusar
- Bruk: Bilbatteri, UPS, solcelleanlegg

Nikkel-metallhydrid (NiMH)
- Nominell spenning: 1.2V/celle
- Energitettleik: 60-120 Wh/kg
- Fordelar: Ingen minneeffekt, miljøvenleg
- Ulemper: Høg sjølvutlading
- Bruk: Oppladbare Å/AAA, eldre hybridbilar

Litium-ion (Li-ion)
- Nominell spenning: 3.6-3.7V/celle
- Energitettleik: 150-250 Wh/kg
- Fordelar: Høg energitettleik, låg sjølvutlading, mange syklusar
- Ulemper: Krev vernekrins (BMS), brannfare ved skade
- Bruk: Mobilar, laptopar, elbilar, powerbankar

Litium-jernfosfat (LiFePO4/LFP)
- Nominell spenning: 3.2V/celle
- Energitettleik: 90-160 Wh/kg
- Fordelar: Svært sikker, lang levetid (2000+ syklusar), termisk stabil
- Ulemper: Lågare energitettleik enn Li-ion
- Bruk: Elbilar (Tesla, BYD), stasjonært lagring, marinebatteri

Lading og BMS

Lademetodar for Li-ion:

CC/CV (Constant Current / Constant Voltage)
Standard ladeprofil:
1. CC-fase: Lad med konstant straum til spenninga når maks (4.2V)
2. CV-fase: Hald konstant spenning, straum søkk
3. Avslutning: Når straum søkk under terskel (C/20)

Hurtiglading
Høgare straum i CC-fasen (opptil 2-3C).
- Genererer meir varme
- Kan redusere levetid
- Stoppar ofte ved 80% SoC

BMS (Battery Management System)
Elektronisk system som overvakar og vernar batteriet:

Funksjonar:
- Overvakar cellespenningar
- Balanserer celler (utjamnar spenningsskilnader)
- Vernar mot overlading (>4.2V)
- Vernar mot for djup utlading (<2.5V)
- Temperaturovervaking
- Straumavgrensing
- Kommunikasjon (SoC, status)

SoC (State of Charge)
Kor mykje kapasitet som står att (%).

SoH (State of Health)
Batteritilstand samanlikna med nytt batteri (%).
Etter mange syklusar degraderer SoH.

Balansering
Celler i serie kan få ulik ladning over tid.
BMS balanserer ved å utlade høge celler eller overføre energi.

Batteritryggleik

Faremoment ved Li-ion:

Termisk rusing (Thermal Runaway)
Ved skade, overlading eller høg temperatur kan batteriet gå inn i ein ukontrollert reaksjon:
- Temperatur aukar → reaksjon akselererer → endå høgare temperatur
- Kan føre til brann eller eksplosjon
- Svært vanskeleg å sløkkje

Årsaker til skade:
- Mekanisk skade (punktering, klem)
- Overlading (>4.2V)
- For djup utlading (<2V)
- Høg temperatur (>60°C)
- Kortslutning (ekstern eller intern)

Tryggleikstiltak:

I design:
- BMS med alle vernefunksjonar
- Fysisk vern (robust hus)
- Sikringar
- Temperaturovervaking
- Gasslepp (vent) ved trykk

Ved bruk:
- Bruk berre godkjent lader
- Ikkje la i direkte sol
- Ikkje lad skadd batteri
- Oppbevar ved romtemperatur
- Ikkje bruk etter fall/støt

Ved brann:
- Evakuer umiddelbart
- Li-ion brann er svært vanskeleg å sløkkje
- Store mengder vatn for kjøling
- Ikkje bruk pulverapparat
- Profesjonell handtering