JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
torsdag 21 november 2019 VECKA 47

Batteriet du kan glömma

Ny kemi i kombination men intelligent elektronik gör svensk-amerikanska Nilars nickelmetallhydridbatterier till något du kan installera och sedan glömma. Efter tio år av utvecklingsarbete är företaget i full färd med att dra igång storskalig produktion i Gävle.
 
Den nya vd:n Peter Lageson med Lars Fredriksson, som är en av grundarna.
– Vi går efter industriella applikationer där man använt blybatterier trots att de inte riktigt klarat jobbet, säger Lars Fredriksson som startade bolaget tillsammans med amerikanen Neil Puester år 2000.

Försäljningsargumenten är robusthet, enkelhet för användaren och låg kostnad över livscykeln. Som grädde på moset innehåller batteriet elektronik som övervakar tillståndet och styr laddningen. Batteriet kan även kommunicera med omvärlden via exempelvis Can-bussen.

– Vi säljer kompletta batterisystem och konstruerar dem så att de fungerar som kunden vill ha dem.

Företaget anpassar driftcykeln, energiinnehållet och spänningen till kundens behov. Varje kund får ett skräddarsytt batteri-system som i princip är underhållsfritt.

– Vår teknik är modulär så vi plockar ihop batterierna ungefär som legoblock. Det krävs ingen specialanpassning för att bygga ett skräddarsytt batteri.

Batterier har klarat över 3 000 laddcykler på labbet. Cyklerna baseras på att ett fullt batteri laddas ur till 20 procents laddning innan det laddas upp igen.

Men vi backar bandet till tidigt 90-tal när Lars Fredriksson jobbade på automationsdistributören Gylling.

– Vi snubblade över ett extremt kraftfullt batteri som vi ville bli Europadistributör för, istället blev erbjudna att köpa företaget.

Fyra batterityper
Det finns fyra kemier för lite större batterier till industriella tillämpningar. Det är bly, litiumjon, nickelcadmium och nickelmetallhydrid. Alla har sina för- och nackdelar.
Bly är en välbeprövad klassiker men får en kort livslängd om batteriet misshandlas. Det kan handla om att det står för varmt, djupurladdas eller får för många laddcykler. På grund av sin enkelhet, och att det finns en väl utbyggd infrastruktur, är det trots nackdelarna mycket vanligt.
Precis som bly fungerar nickelmetallhydrid bra när man behöver lite större energimängder samtidigt som det har lågt inre motstånd vilket gör att batteriet kan lämna förhållandevis höga strömmar. Det är en av orsakerna till att det bland annat sitter i hybridbilar som Toyota Prius.
Dessutom är nickelmetallhydrid temperaturtåligt och jämfört med bly lagar det dubbelt så mycket energi per kilo och tre gånger så mycket om man jämför volymen.

Litiumjon är dock snäppet bättre men har andra nackdelar när energiinnehållet blir för stort. Då kräver litiumjon en rigorös övervakning och styrning på grund av de högre cellspänningarna. De så kallade sidoreaktioner man kan få är irreversibla och därmed försämrar eller i värsta fall förstörs batteriet. I extremfall kan det börja brinna.
Batterier med vattenbaserad kemi, som bly, nickelmetallhydrid och nickelcadmium gasar om de överladdas men fortsätter sedan att jobba, man säger att sidoreaktionerna är reversibla, batteriet förstörs inte.
Sagt och gjort. Lars Fredriksson blev vd för det amerikanska batteriföretaget Optima som tillverkade ett lindat blybatteri kallat Powerpack. I samband med börsnoteringen 1996 lämnade han företaget.

På Optima arbetade teknikchefen Neil Puster. Han var även inblandad i ett amerikanskt projekt kring nickelmetallhydridbatterier, som dock havererade.

– Vi resonerade om vad man skulle kunna göra av det projektet. Neil hade en ide om ett bipolärt nickelmetallhydridbatteri och jag hade några andra idéer kring hur man skulle kunna få det intressant ur produktionssynpunkt.

Neil och Lars slog sig ihop och började bygga prototyper i Neils källare i Denver. År 2001 lämnades den första patentansökan och man startade Nilar.

– Från början anspelade namnet på Neil och Lars men idag är det bara ett bra namn.

Redan från start fanns kunder som var intresserade av att köpa mindre volymer och som bidrog med synpunkter.

– Vi har haft ett antal testprojekt i USA, bland annat med gruvtruckar och fryscontainrar för flygplan. Ett stort projekt var också med Scania.

Nilar har också deltagit i ett antal hybridbilsprojekt men aldrig i rena elbilsprojekt.

– Det är högriskprojekt och vi har varit ett utvecklingsprojekt så det hade blivit alldeles för osäkert att satsa på rena elbilar.

Istället har fokus legat på att ersätta blybatterier där de inte riktigt klarat kraven vare sig det gäller antalet laddcykler, vikt, miljö- eller temperaturkrav.

– Vår sweetspot är höga temperaturer. Där är både bly och litium dåligt.

Allt faller tillbaka på Arrhenius lag. Höjer man temperaturen tio grader händer radikala saker med kemin. Lars Fredriksson tar ett blybatteriet som exempel.

– Säg att det klarar 800 laddcykler vid 25 grader, kör man det i 35 grader kanske det klarar 400 cykler och vid 45 grader bara 200 stycken. Antalet laddcykler halveras vid varje ökning på 10 grader.

Här sticker nickelmetallhydrid ut eftersom batteritypen funge-rar annorlunda, materialen är inte inblandade i kemin på samma sätt som för blybatterier.

– Det här är bingo på ekvatoriala marknader.

Efter ungefär tio år av utveckling och mindre fältförsök var det dags att dra igång serietillverkning. Att den hamnade i Sverige och inte i USA berodde på att många av kunderna fanns här.

– Vi tittade på många olika ställen men så lade Ericsson ned fabriken i Gävle och här fanns möjlighet att rekrytera mycket bra folk.

Huvudkontoret finns dock i Täby och en liten del av verksamheten är kvar i Colorado, bland annat elektronikutvecklingen och lokal kundanpassning. Företaget har också ett säljkontor i Nairobi för att bearbeta den afrikanska telekommarknaden.

Totalt har Nilar spenderat runt 300 miljoner kronor på utveckling och den nya fabriken. Grundarna har stått för en stor del av kapitalet men även några riskkapitalbolag har satsat pengar.

– Det har varit svårt att hitta kapital i Sverige så vi har tillbringat mycket tid i London.

Just nu finns bara en produktionslina men en hel hall i den före detta trähusfabriken i Gävle där Nilar huserar ska fyllas med produktionsutrustning.

– Vi räknar med att producera för 200 miljoner år 2015 i den här fabriken. Sen får vi se hur behovet ser ut. Batterierna väger en del så logistiskt är det bra att finnas nära marknaden.

Om det innebär att nästa fabrik hamnar i USA, Afrika, Sydamerika eller kanske Asien är ännu för tidigt att säga.

Lasagne à la Nilar
Allt börjar med cellen som i ett nickelmetallhydridbatteri har en spänning på 1,2 volt. Tio celler ger en modul på 12 volt. Modulen tillverkas i en helautomatisk robotcell ungefär som om det vore en lasagne.

Genom att kombinera flera moduler i serie eller parallellt går det att bygga ett batteri med det antal amperetimmar och den spänning som kunden vill ha. Det är lite som att bygga lego där bitarna utgörs av gråa 12-voltsmoduler.

Mellan varje modul finns en kylplatta. Behövs det kan man blåsa luft igenom hela paketet för att ytterligare öka kylningen. Varje paket med moduler hålls ihop av blåa ”ändplattor” och ett antal skruvar. Räfflorna i ändplattorna är inte kylflänsar utan sitter där för att ta upp det tryck som finns i batteriet.

Varje paket innehåller elektronik som övervakar batteriet och styr laddningen. Att modulen har den storlek och form den har är mer en slump än styrt av hur de blybatterier man konkurrerar med ser ut.

– Vi ville ha lite mer än tio amperetimmar och då var det en lämplig form. Vi har större celler på gång som rymmer mer energi.

Lasagnetekniken – eller den bipolära tekniken om facktermen lyder– eliminerar många av de problem som man annars får i lite större batterier. Botten på varje 1,2-volts cell i lasagnen består av ett membran, ovan på det läggs en positiv elektrod, sedan kommer en separator och därefter en negativ elektrod för att avslutas med ett membran. Därefter kommer nästa cell som delar memebran med cellen under. Membranet är av rent nickel och utgör alltså både cellvägg och kontakt.

– Det här gör att du får otroligt lågt motstånd mellan cellerna eftersom membranet är 223 kvadratcentimeter stort och bara 50 mikrometer tjockt.

I konventionella nickelmetallhydridbattrier består varje cell av en rulle vars elektroder måste lödas eller svetsas ihop med nästa cell. Förutom att kontaktytan är betydligt mindre laddas batteriet mest vid kontakten och sämre längre ned i rullen. Dessutom finns risken att svetsarna eller lödningarna brister, ett problem som fick det hypade amerikanska batteri-företaget A123 på fall.

För att få ut strömmen har varje paket polplattor som sticker ut på vardera kortsidan för plus och minus. Men det finns fler egenskaper som gör Nilars batteri unikt.

– Det som fick oss att sätta igång var torrvalsningsegenskaperna.

Elektroderna liknar som sagt lasagneplattor vilka valsas fram från ett torrt pulver. De innehåller inga polymerer vilket är fallet i sintrade eller så kallade foamde elektroder

– Vi får betydligt lägre självurladdning.

Äldre nickelmetallhydridbatterier kan tappa så mycket som 50 procent av sin laddning på bara ett dygn. För Nilars batterier tar det ett halvår. Batterierna klarat sig dessutom betydligt bättre i kyla, de fungerar från –20 grader till +55 grader.

– I våra batterier stiger motståndet vid låga temperaturer så sätter du igång att belastar batteriet blir det varmt och kommer ganska fort tillbaka.
Litiumjonbatterier är känsligt för låga temperaturer och kan gå sönder om man försöker ladda dem i 20 minusgrader.
MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)