Introduktion
Solcellsbranschen genomgår en snabb utveckling där energilagring blir allt viktigare för att maximera nyttan av installerade solcellsanläggningar. För installatörer innebär detta nya möjligheter och nya tekniska utmaningar. I detta blogginlägg går vi igenom hur litiumjonbatterier (med fokus på LFP-celler) tillverkas, de olika celltyperna, deras för- och nackdelar, samt hur de används både i elbilar och stationära energilager. Vi avslutar med en översikt över Senergias batterisortiment och vilken cellteknik som används i respektive produkt.
Missa inte vår miniserie ”Lilla Batteriskolan” som går igenom allt om hur batterier för solcellsanläggningar fungerar. Har du inte läst de tidigare inläggen kan du göra det via följande länkar:
Hur tillverkas ett litiumjonbatteri (LFP-cell)?
Litiumjärnfosfat (LFP) är en av de mest populära kemierna inom litiumjonbatterier, särskilt för stationära energilager tack vare dess säkerhet och långa livslängd. Tillverkningen av en LFP-cell sker i flera steg:
- Råmaterial: De viktigaste kemiska materialen är litiumkarbonat, järnfosfat, grafit (för anoden), koppar- och aluminiumfolie samt elektrolyt (ofta en litiumsaltslösning i organisk lösning).
- Elektrodtillverkning: Katodmaterialet (LFP) och anodmaterialet (grafit) blandas med bindemedel och lösningsmedel, appliceras på folie och torkas.
- Cellmontering: Elektroderna staplas eller rullas ihop med separator, och cellen fylls med elektrolyt.
- Förslutning: Cellen försluts (i pouch, cylindrisk eller prismatisk form) och genomgår så kallad ”formation”, där den laddas och urladdas kontrollerat för att aktivera kemin.
- Kvalitetskontroll: Slutligen testas och sorteras cellerna innan de byggs in i batterimoduler och -system.
Genomgång av olika battericeller
Battericeller finns i olika format, såsom prismatiska, cylindriska och pouch, eftersom olika tillämpningar och produkter har varierande krav på exempelvis utrymme, formfaktor, prestanda och tillverkningsprocess. Genom att erbjuda flera format kan batteritillverkare och produktutvecklare optimera batteriets egenskaper utifrån vad som är viktigast för just deras användningsområde. Det handlar om att skapa flexibilitet i design och funktion, så att batterier kan integreras på bästa sätt i allt från små elektroniska enheter till stora energilagringssystem och fordon. Olika format möjliggör därmed en bättre anpassning till tekniska, ekonomiska och praktiska behov inom olika branscher.
Nedan kommer de tre olika celltyperna listas och vilka olika för- och nackdelar de har baserat på deras fysiska utformning och format
Olika formfaktorer på battericeller, cylindriska, prismatiska och pouch-celler, spelar en avgörande roll för hur batteripack konstrueras och presterar i bilindustrin. Cylindriska celler, som länge varit standard inom elbilssegmentet, är robusta och enkla att tillverka, vilket möjliggör hög automatiseringsgrad. De staplas ofta tätt i moduler, vilket ger god mekanisk stabilitet men kan innebära utmaningar med värmeavledning, särskilt i större pack där cellerna ligger tätt intill varandra. Prismatiska celler, med sitt rektangulära format, kan packas mer effektivt och utnyttjar utrymmet bättre i fordonet. De har ofta inbyggda kylkanaler eller kylplattor, vilket förbättrar de termiska egenskaperna och gör det lättare att hantera både värme och kyla. Pouch-celler är flexibla i formen och kan anpassas för att fylla ut udda utrymmen i bilens chassi. De har låg vikt och hög energitäthet, men är mer känsliga för svällning och kräver därför noggrann mekanisk inramning och kylning. Valet av celltyp påverkar alltså inte bara energitäthet och kostnad, utan också hur effektivt värme kan ledas bort och hur batteriet presterar vid olika temperaturer – en kritisk faktor för både säkerhet och livslängd i elbilar.
Ett batteri monteras genom att flera individuella celler först sätts samman till en modul. Cellerna kan vara cylindriska, prismatiska eller pouch-typer, och de kopplas ihop både elektriskt och mekaniskt i modulen. Flera moduler byggs sedan ihop till ett batteripack, som är den färdiga enheten som används i exempelvis elfordon eller energilagringssystem. I ett batteripack ingår, förutom celler och moduler, även komponenter som övervakningssystem (BMS), kylsystem och skyddande höljen. Dessa delar ser till att batteriet fungerar säkert och effektivt. Monteringen sker stegvis: celler → moduler → batteripack, där varje nivå bidrar till att bygga upp den totala kapaciteten och säkerheten i batteriet.
- Pouch-celler
Pouch-celler har en flexibel, platt förpackning av aluminiumplastfilm. De är lätta och kan anpassas i storlek, vilket gör dem populära i applikationer där utrymme är en begränsning, t.ex. i elbilar och vissa stationära system. Med pouchceller får man generellt plats med fler celler per modul vilket får upp spänningen. I stationära system installeras pouch-cellerna i ”fack” vilket för att de håller sig mekaniskt stabila.
- Cylindriska celler
Cylindriska celler är de mest klassiska litiumjoncellerna, ofta i formatet 18650 eller 21700. De är robusta, enkla att tillverka i stora volymer och har god mekanisk stabilitet. De används ofta i elbilar och batteripack där kylning och moduluppbyggnad är viktigt. - Prismatiska celler
En prismatisk battericell är en typ av litiumjoncell där de elektrokemiska materialen är inneslutna i ett hårt, rektangulärt metallhölje. Inuti cellen ligger anod, katod och separator i tunna lager som rullas eller staplas på varandra för att maximera ytan och därmed energitätheten. När batteriet laddas och laddas ur, rör sig litiumjoner mellan anoden och katoden genom elektrolyten, vilket genererar elektrisk ström. Prismatiska celler är populära eftersom deras form gör det enkelt att stapla och packa dem tätt i moduler och batteripack, vilket sparar utrymme och ger en stabil konstruktion. De är ofta utrustade med säkerhetsventiler och skydd mot överhettning. Prismatiska celler används vanligtvis i elfordon och stationära energilagringssystem tack vare sin höga energitäthet och flexibla design.
För- och nackdelar med olika celltyper och exempel från bilindustrin
Bilindustrin och transportsektorn är en stor pådrivare på batterimarknaden i stort och de stora volymerna i världen tillverkas för transportsektorn. Elektrifieringen av transportsektorn driver på flera olika typer av teknologier och teknisk utveckling. Bland annat har många olika biltillverkare gjort olika satsningar på olika typer av celler, med olika för- och nackdelar som följd.
| Celltyp | Fördelar | Nackdelar | Exempel på elbilstillverkare |
|---|---|---|---|
| Pouch |
|
|
|
| Cylindrisk |
|
|
|
| Prismatisk |
|
|
|
Tesla har använt både cylindriska (18650, 21700) och prismatiska celler i sina modeller. Model S och X har traditionellt använt cylindriska celler, men de nyare Model 3 och Y har även prismatiska celler i vissa versioner, särskilt de med LFP-kemi.
Porsche Taycan, Audi E-Tron, Volvo XC40 och nya Porsche Cayenne använder pouch-celler, vilket möjliggör hög prestanda och låg vikt, men ställer krav på noggrann batterihantering och kylning.
Översikt av stationära batterier
Stationära energilager kräver batterier med lång livslängd, hög säkerhet och stabil prestanda. LFP-celler är därför dominerande inom detta segment. Nedan följer en tabell över några av de vanligaste batterierna Senergia säljer samt ett axplock av andra batterier på Svenska marknaden. Listan inkluderar vilken celltyp de använder:
| Produktnamn | Celltyp | Batterikemi | Kapacitet (kWh) | Ah | Cell-konfiguration | Celltillverkare |
|---|---|---|---|---|---|---|
| qapasity Arctic Series | Pouch | LFP (semi solid state) | 5,42 | 53Ah | 32S1P | Qingtao |
| qapasity Max | Prismatisk | LFP | 5,22 | 102Ah | 16S1P | RJE |
| Dyness Tower | Pouch | LFP | 3,55 | 37Ah | 30S1P | COSMX |
| Dyness Tower PRO | Pouch | LFP | 3,68 | 40Ah | 30S1P | COSMX |
| Dyness Stack100 | Prismatisk | LFP | 5,12 | 100 | 16S1P | BYD |
| Dyness Stack100 PRO | Prismatisk | LFP | 5,12 | 100 | 16S1P | BYD |
| SAJ HS3 (BU3-5.0-TV2-Pro) | Prismatisk | LFP | 5,32 | 52 | 32S1P | EVE |
| Huawei Luna S0 | Prismatisk | LFP | 5,12 | 100 | 16S1P | CATL/BYD |
| Huawei Luna S1 | Prismatisk | LFP | 7,17 | 280 | 8S1P | EVE |
För- och nackdelar med olika celltyper i stationära applikationer
Som tabellen visar ovan förekommer både prismatiska och pouch-celler i stationära applikationer på Nordiska solenergimarknaden. Som det tidigare har nämnts har de prismatiska cellerna en fördel i kostnad då de innehåller fler amperetimmar per cell och därmed är större rent fysiskt. Ett sätt att se på det är att man skulle kunna se större battericeller som 1,5-litersflaskor med läsk och mindre pouchceller som 0,5l-flaskor. Dvs även om totala mängden läsk är densamma i de båda lådorna, går det åt olika många flaskor att fylla upp lådan.
Detta innebär att då varje battericell med LFP-batterier är på 3,2V nominellt så kommer spänningen bli olika baserat på hur många celler (coca cola-flaskor) som ingår. Om vi tar qapasity Arctic series innehåller den 32st pouchceller (53Ah) vilket gör att spänningen blir 3,2 x 32 =102,4V per batterimodul. Qapasity MAX innehåller 16st (102Ah) celler. Det gör att spänningen blir 16 x 3,2 =51,2V per batterimodul. Detta får konsekvenser för växelritkaren sedan som kräver en viss startspänning på batteriingången. Exempelvis en Solis S6 10kW kräver 120V. Detta gör att det krävs minst 2st moduler från qapasity Arctic series (10,84kWh) och det krävs minst 3st moduler när man använder qapasity MAX (15,66kWh). Systemens minsta storlek beror alltså av spänningen. Spänningen i sin tur beror på hur många battericeller man har installerat i batterimodulen.
Det finns ingen direkt nackdel att använda ena eller andra celltekniken. Exempelvis pouch-celler har ingen inbyggd mekanisk eller strukturell styrka då de är designade som en påse. Det man gör i de fallen man använder pouch-celler är att man kapslar in dom strukturellt i batterimodulen så att cellen håller sig på plats och att den inte flyttar på sig. På grund av de olika fysiska förutsättningarna löds pouch-celler och prismatiska celler ihop på olika vis och de prismatiska cellerna har inbyggda tryckventiler om det skulle uppstå ett övertryck i cellen.
För att sammanfatta pouch vs prismatiska celler:
- Det finns ingen uppenbar vinnare rent tekniskt mellan pouch vs primatiska celler. Båda har tydliga för- och nackdelar.
- Olika tillverkare satsar på olika formfaktorer beroende på applikation. Ex mindre system med pouch och större system vid prismatiska celler.
- Prismatiska celler är något billigare per kWh då det går åt mindre icke-cellmaterial. Ex har qapasity arctic 31st kopplingar mellan cellerna och qapasity max & Dyness Stack100 har 15 kopplingar. Dessutom går det åt mindre material per Wh cell om cellern byggs större. Därför finns en tydlig trend på större energilager att använda stora (prismatiska) battericeller
- Stationär energilagring i hemmiljö och i hemapplikation är en betydligt mindre påfrestande än att appliceras i transportsektorn (där både temperatur, högre effekter, vibrationer, fukt och smuts är förekommande).
Sammanfattning och avslutning
För dig som solcellsinstallatör är det viktigt att förstå skillnaderna mellan olika battericeller och hur dessa påverkar installation, drift och livslängd. LFP-celler erbjuder hög säkerhet och lång livslängd, och finns i flera olika cellformat – alla med sina unika för- och nackdelar. Genom att välja rätt batterilösning för rätt applikation kan du maximera värdet för dina kunder och bidra till en mer hållbar energiframtid.
Har du frågor om batterier eller vill veta mer om Senergias sortiment? Kontakta oss här – vi hjälper dig gärna vidare!