Detta inlägg är bara tillgängligt via dator!

I detta inlägg kommer vi gå igenom grunderna för batterisystem. Vi kommer att ta upp en del vanliga batteri-uttryck och tekniska termer, men också gå in på skillnaderna mellan de två stora topologierna: AC-kopplade batterier och DC-kopplade batterier.

Detta är det första inlägget av 2 i en kortare batteriskola och en del i teknikbloggens inlägg om batterier, batteritekniker och batteritillämpningar.

Lista över tekniska termer

Kapacitet

Ett batteris kapacitet anges vanligtvis i amperetimmar (Ah). Om ett batteri exempelvis har kapaciteten 15Ah kan det ladda i 15A under en timma. För att omvandla amperetimmar till wattimmar behöver man veta vilken spänning systemet är på. Exempelvis vid 15Ah och 12V multipliceras 15 med 12 vilket ger 180Wh. Vilket är lika med 0,18kWh.

C-rate

C-tal eller (C-rating) är ett mått på hur snabbt man kan ladda i och ur batteriet. Ett C-tal på 1 betyder att man kan ladda i eller ur hela batteriets kapacitet på 1h. Exempelvis ett batteri på 5kWh som laddar ur på 1h har ett C-tal på 1. Medan ett batteri på 10kWh som laddar ur under 2h har ett C-tal på 0,5. Som bloggen också skrev i Inlägg 10 (LÄNK) så har C-talet en central funktion för att kunna klippa effekttoppar!

State of Health (SoH)

På grund av kemiska processer i batteriet tappar man kapacitet i takt med att batteriet används. Batteriets hälsotillstånd anger hur mycket av den nominella effekten man hade från början som sedan degraderas. Exempelvis ett batteri med 10kWh kapacitet vid SoH 100% har endast 8kWh kvar av sin kapacitet efter x antal år när SoH har nått 80%.

State of Charge (SoC)

Batteriets uppladdning anges som state of charge, dvs hur mycket laddning batteriet har i sig. 100% indikerar på ett fulladdat batteri och 0% ett tomt batteri.

Depth of Discharge (DoD)

Urladdningsdjup innebär hur stor del av batteriets som används. För att batteriet skall hålla för fler cykler laddar man inte upp det helt och inte heller ur helt. Ju mindre urladdningsdjup sliter man mindre på batterier, men har en mindre del av batteriet som används.

Verkningsgrad

Batteriets verkningsgrad anger hur mycket energi man laddar i batteriet gent emot hur mycket man får ut. Olika batterikemier är olika effektiva. Verkningsgraden är något många missar då man projekterar, eftersom man alltid har förluster i systemet. Dessa behöver man ta hänsyn till för att få ett system som beter sig som önskat.

Cycle life (& energy throughput)

Det finns manga aspekter i hur många urladdningar man får ut ur ett batterisystem. Detta beror på många utomstående aspekter så som hur hårt batteriet laddas i och ur, temperatur vid drift med mera. En cykel definieras som en i och en urladdning, eller närmare bestämt som att gå igenom en SoC och tillbaka. Exempelvis ett batteri som arbetar i mellan SOC 20% till SOC 80%  är en cykel om man laddar från 20% till 80% och sedan laddar ur till 20% igen. Ett enklare mått på hur mycket livstidskapacitet ett batteri har är att mäta hur mycket energi som passerat genom batteriet, detta görs med måttet energigenomströmning (energy throughput)

Olika typer av batterisystem

DC-kopplat Ett DC-kopplat batteri laddas direkt av solelen med likström. Detta gör att man inte behöver göra några ytterligare omvandlingar då batteriet skall ha likström och solcellerna redan producerar likström. Fördelen med ett likströmskopplat batteri är att det vanligtvis använder samma växelriktare för omvandlingen av solel som för att ladda batteriet. Dvs samma växelriktare utför två uppgifter, både som batteriladdare och växelriktarfunktion.

Exempel på DC-kopplade system som finns på marknaden är:

AC-kopplat

Ett AC-kopplat batterisystem har två stycken växelriktare, en för att sköta omvandlingen från likström till växelström för solcellsproduktionen, och en för att ladda i och ladda ur batteriet. I princip är detta system möjligt att använda även utan solceller, man laddar då batteriet från elnätet. På grund av de extra omvandlingarna mellan likström och växelström uppkommer förluster. Ibland kan det också vara olika tillverkare på de olika omriktarna. Det leder då till olika appar och olika portaler, vilket kan vara irriterande för en slutanvändare. Fördelen med att de funktionaliteten i växelriktarna är separerad, är ett AC-kopplat energilager en bra lösning om man inte köpt en växelriktare som är batteriförberedd. Det möjliggör att alla system kan kompletteras med batterier. Det blir kanske inte det mest effektiva systemet men det blir en fullgod lösning med tanke på de förutsättningarna som finns!

Hybridsystem

Ett hybridsystem är ett system som klarar av att vara både kopplat mot elnätet vid normal drift men kan också vid strömavbrott klara av att hålla fastigheten igång i off-grid (ödrift). Det är relativt få växelriktare på marknaden som har denna förmåga, främst för att det ställer högre krav på växelriktaren (och övriga elinstallationen). De två viktigaste funktionerna för hybridsystem är om växelriktaren endast skall ha ödriftsfunktionalitet eller om den också skall ha UPS-funktion. UPS står för uninterruptable power supply och är vanligt inom kritiska applikationer som aldrig får stängas av (ens en sekund) under strömavbrott. Exempelvis i serverhallar eller på sjukhus. Kolla gärna på Teknikbloggens inlägg 9 där vi går in på grunden i hur solcellssystem som klarar av ödrift avhandlades.

Off-grid

Ett off gird-system är ett system som är designat för att aldrig vara uppkopplat mot elnätet. Historiskt sett har dessa system varit mindre system i sommarstugor, husvagnar etc. Vanligtvis så kallade 12, 24 eller 48V-system.

Har man behov av växelström i en off grid-tillämpning kan man då antingen använda en kombinerad laddregulator och växelritkare, eller ansluta en dedikerad växelriktare (med ren sinusvåg) till sina batterier. Vid större effektbehov kan flera växelriktare parallellkopplas, och ibland även i kombination med vindkraft eller dieselkraftverk. Detta kallas mikronät och är ett ämne för ett annat blogginlägg.