Författare: Joel Westerlund

Vi märker att många kunder som skall byta batterier nu funderar över om man skall uppgradera sin batteribank till AGM, litium eller behålla sina traditionella batterier. Litium har många fördelar, men passar inte alltid alla. Syftet med detta inlägg är att försöka öka kunskapen runt de olika teknikerna samt hur du på ett rättvist sätt kan jämföra litium mot blybatterier och på så vis fatta ett välgrundat köpbeslut.

Det är enkelt, men vilseledande att bara jämföra nominella amperetimmar (Ah) och avfärda litium som ett dyrt alternativ till blybatterier, AGM och GEL.

Då vi förbrukar mer och mer energi i våra båtar brukar valet idag ofta stå mellan litium och AGM. GEL batterier erbjuder lägre kapacitet vid höga urladdningsströmmar och kostar ungefär som ett AGM batteri. Jag kommer därför inte att prata så mycket om GEL, utan fokusera på AGM och litium.

Värt att nämna är att det också finns många olika sammansättningar med litium i batterier. Vi använder uteslutande litium-järnfosfat (LiFePO4) som är något mindre energität jämfört med den typen av batterier som sitter i t.ex. elbilar, men litium-järnfosfat är mycket säkrare.

Användbar energi och kostnad

Det är allmänt vedertaget att den mest ekonomiska och praktiska maximala urladdningen (Depth Of Discharge, i fortsättningen benämns som DOD) är 50% för ett AGM batteri. För litium-järnfosfat (LiFePO4) är motsvarande DOD 80%. För att sätta in detta i praktiska termer följer två exempel för 12 V system i en mindre segelbåt:

Ett batteri: Victron LiFePO4 – 12 V 200 Ah

Nominell spänning per cell är 3,3 V – detta ger en batterispänning på 13,2 V då batteriet består av 4 celler á 200 Ah kopplade i serie. Den tillgängliga energin blir då 13,2 V x 200 Ah = 2,6 kWh. Den användbara energin (80% DOD) blir då 2,6 kWh x 80% = 2,1 kWh.

Två batterier: Victron AGM – 12 V 110 Ah

Nominell spänning per cell är 2,0 V. Detta ger en batterispänning på 12 V eftersom batteriet består av 6 celler á 110 Ah kopplade i serie, per batteri. De två batterierna är i sin tur parallellkopplade i en bank, vilket ger en spänning på 12 V och en kapacitet på 220 Ah. Den tillgängliga energin blir då 12 V x 220 Ah = 2,6 kWh. Den användbara energin (50% DOD) blir således 2,6 kWh x 50% = 1,3 kWh.

Då börjar man undra, hur stor kapacitet behövs i en AGM-bank för att motsvara 2,1 kWh användbar energi – lika mycket som vi fick ut från litiumbatteriet?

Eftersom den användbara energin (DOD) är 50% hos ett AGM batteri, behöver en AGM batteribank ha dubbelt så stor kapacitet som litiumbatteriets användbara energi, dvs. i detta fall 2,1 kWh x 2 = 4,2 kWh. För ett elsystem på 12 V som i vårt exempel innebär detta att AGM bankens kapacitet behöver vara 4,2 kWh/12 V = 350 Ah, vilket är ganska nära dubbla kapaciteten på litiumbatteriet.

I våra beräknar ovan tar vi heller inte någon hänsyn till batteriets åldrande, omgivande temperatur eller batteriets förmåga att leverera ström vid stor belastning. För AGM batterier har stor belastning en större påverkan än för litium. Mer om det nedan.

Baserat på ovanstående exempel är det rimligt att påstå att ett AGM batteri bör ha dubbelt så stor användbar kapacitet som ett litiumbatteri, när man jämför ur kapacitessynpunkt (Ah).

Jämföra kostnader

Hur ser det då ut med prisbilden? I skrivande stund (februari 2023) kostar ett 12 V 110 Ah AGM batteri 3.960 kr. För 350 Ah innebär detta 12.600 kr (3.960 kr/110 Ah = 36 kr / Ah x 350 Ah) för ett 12 V system. Motsvarande litiumbatteri kostar 32.700 SEK ink moms. Skillnaden i kostnad för den användbara energin 2,1 kW blir således 32.700/12.600 ≈ 2,5 gånger dyrare med ett litumbatteri när man jämför Ah kapacitet.

Nu är det lätt att dra slutsatsen att litium inte är prisvärt eller kostnadseffektivt, dock är den användbara energin bara en del av ekvationen. Det finns flera faktorer att ta hänsyn till.

Vikt

De allra flesta batterier, oavsett typ, specificerar kapaciteten vid en total urladdning under 20 timmar (C20). Detta fungerade bra förr i tiden då lasterna inte var särskilt stora. Men allteftersom vi installerar fler förbrukare samt förbrukare som tar mycket energi ur batteriet under kort tid (exempelvis mikrovågsugn, dammsugare m.m.), måste man även ta hänsyn till batteribankens prestanda under dessa förutsättningar.

Ett extremt exempel är en luftkonditionering som körs under 10 h och förbrukar 10 kWh (10.000 Wh), jämfört med LED lampor som förbrukar 100 Wh under samma tidsperiod. För att balansera sådana skillnader och allt där mellan kan det innebära att man behöver en mycket stor batteribank. I bilden nedan jämförs AGM kontra litium viktmässigt i ett 48 V system där man behöver en kapacitet om ca 20 kWh för att täcka upp behovet ovan. Detta visar att AGM är 1360 kg/336 kg = 4 gånger tyngre än litium.

Effekt på urladdningskapacitet och spänning vid olika belastningar

Som tidigare nämnts specificeras ofta urladdningskapaciteten vid en belastning om 20 timmar (C20). Om ett batteri har kapaciteten 100 Ah, så innebär en förbrukning på 5 A i 20 timmar att batteriet blir helt urladdat (100 Ah/20 h = 5 A). För ett AGM batteri med 50% DOD innebär detta att vi endast kan använda 5 A i 10 timmar = 50 Ah, innan det är dags att ladda upp batteriet igen.

Ökar man uttaget av ström i batteriet (se graferna nedan), kan det få negativ påverkan på tillgänglig energi och batteriets spänning. Detta fenomen kallas Peukert’s effekt. För AGM och andra typer av blybatterier, måste Ah kapaciteten ökas, ju mer uttaget av ström ökas – för att övervinna Peukert’s effekt. Däremot för litiumbatterier kan laster som överstiger 5 gånger batteriets kapacitet (5C), behålla batterispänningen vid 80% DOD. Detta utan att öka kapaciteten på litiumbatteriet. Detta gör att litiumbatterier är mycket lämpliga för höga strömlaster. Observera dock att det finns litiumbatterier som har begränsat strömuttag, så det gäller att välja rätt batteri.

Denna illustration visar på hur den användbara energin förändras i ett blybatteri vid strömuttag från 5% av batteriets kapacitet till 500% av batteriets kapacitet under en given tid. Vi kan här se att ju mer ström vi tar ut ur blybatteriet, desto snabbare ”krymper” den användbara energin.

Enligt exemplet ovan visar denna illustration hur den användbara energin förändras i ett litiumbatterivid strömuttag från 5% av batteriets kapacitet till 500% av batteriets kapacitet under en given tid. Vi kan här se att även om vi tar ut mycket stora mängder energi, så påverkas den användbara energin inte särskilt mycket.

Effektivitet vid laddning

Det som vi sett i urladdningskapacitet är också sant i den omvända processen, dvs. vid laddning. Låt oss först jämföra laddningseffektiviteten för ett AGM batteri respektive litiumbatteri under en komplett laddcykel. Att ladda de sista 20% i ett AGM batteri är alltid en långsam och ineffektiv process jämfört med litiumbatteri. Detta innebär ökade kostnader i bränsle eller el (eller vilken laddkälla du använder).

Den rekommenderade laddströmmen för stora AGM batterier är 0,2C (20% av batteriets kapacitet – exempel 100 A för en batteribank på 500 Ah). Högre laddström kommer att hetta upp batteriet, vilket leder till att batteriets inre resistans ökar. Detta innebär i sin tur att laddaren övergår i absorption-spänning när batteriet är laddat till 60% eller mindre, vilket resulterar i en längre absorptionstid för laddaren för att ladda batteriet fullt ut.

Att ladda med hög ström kommer därför inte att förkorta laddningstiden för ett AGM batteri (eller andra typer av blybatterier).

Det är nödvändigt att batteriladdaren känner av batteriets temperatur och spänning, samt ha god ventilation för att undvika överladdning.

Som jämförelse kan ett litiumbatteri laddas med 2,5C (250% av batteriets kapacitet), vilket innebär 500 A för ett batteri på 200 Ah. Dock är rekommendationen för maximal livslängd 0,5C (50% av batteriets kapacitet) eller mindre, vilket i detta exempel innebär 100 A. Detta visar att litium är överlägset för både laddning och urladdning.

Val av batteri, användningsområden och livslängd

Beroende på hur du behandlar ett batteri kan du förvänta dig ungefär antalet cykler som anges nedan, förutsatt att batteribanken är dimensionerad för lasterna så att inte DOD överskrids. Temperatur spelar också stor roll. Ju varmare ett batteri blir, ju kortare blir dess livslängd. Batteriets kapacitet reduceras också när dess temperatur varierar. Batteritillverkarna utgår i beräkningarna från en temperatur på + 25°C.

Sammanfattning

AGM batterier behöver ersättas oftare än litiumbatterier. Det är värt att ha i åtanke att detta drar med sig tid, installations- och transportkostnader, vilket ytterligare minskar skillnaden till den högre initiala kostnaden för litium.

Oavsett val, väger både kapital och teknik in. Om du har möjlighet till en dyrare investering för litium, kan det ge dig en större kapacitet, lägre vikt och lägre kostnad över längre tid.

Källa (engelska): https://www.victronenergy.com/blog/2015/03/30/batteries-lithium-ion-vs-agm/?_ga=2.53109352.176956752.1677053465-552936247.1675430998.