Kuinka ladata 48 V:n litiumioniakku oikein?

48 V:n litiumioniakun latausprosessin ymmärtäminen

Vaiheittainen lataus: vakiovirta ja vakiojännite (CC-CV)

Litiumioniakkujen oikea lataaminen tarkoittaa tasapainon löytämistä nopean latauksen ja turvallisuuden välillä. Useimmat laturit käyttävät niin sanottua CC CV -menetelmää. Ne aloittavat lähettämällä akkuun vakiovirtaa, yleensä puolen ja kerran akun kapasiteetin välillä. Kun jännite saavuttaa noin 57,6 volttia (mikä on noin 3,6 volttia solua kohden standardissa 16-soluisessa 48 voltin paketissa), laturi vaihtaa vaihdetta. Sen sijaan että työntäisi vakiovirtaa, se pitää jännitteen tasaisena samalla kun vähentää virtaa hitaasti. Prosessi pysähtyy täysin, kun virta laskee alle 2 prosenttiin akun kapasiteetista. Otetaan esimerkiksi 100 ampeerintunnin akku – se lopettaa latauksen, kun virta laskee alle 2 ampeerin. Tämä kaksivaiheinen latausmenetelmä auttaa välttämään ongelmia, kuten hajoavaa elektrolyyttiä tai vaarallisia litiumsaostumia elektrodeille. Teollisuuden asiantuntijat ovat suositelleet tätä menetelmää jo vuosia, koska se on järkevä sekä turvallisuuden että tehokkuuden kannalta.

Monivaiheinen latausprofiili: Erityyppiset latausvaiheet – Bulk, Absorption ja Float

Paremmat laadun laturit lisäävät ns. kelluvan vaiheen (float) vakiovirta-vakiojännite-latausprosessiin, mikä auttaa pitämään akut kunnolla ladattuina, kun niitä ei käytetä. Erityyppisessä latausvaiheessa noin 80–90 prosenttia akkukapasiteetista täydennetään korkeimmalla mahdollisella virralla. Tämän jälkeen tulee absorptiovaihe, jossa jännitettä säädetään sopivaksi, jotta akku saavuttaa täyden varauksen. Sen jälkeen kelluvaa vaihetta käytetään, ja jännite lasketaan noin 54,4 volttiin tai noin 3,4 volttiin per yksittäinen solu. Tämä auttaa vastustamaan akkujen luonnollista taipumusta menettää varaustasoa ajan myötä. Joidenkin vuonna 2023 tehtyjen testien mukaan, jotka tarkastelivat akkujen kemiallista suorituskykyä, tämä kolmivaiheinen menetelmä itse asiassa pidentää akkujen kestoa latausten välillä noin 19–23 prosenttia verrattuna yksinkertaisempiin lataustekniikoihin.

Jännite- ja virtarajat turvalliseen 48 V:n litiumioniakkujen lataukseen

Yli 58,4 voltin jännitteen (noin 3,65 volttia kennoa kohden) saavuttaminen voi johtaa vaarallisiin lämpöongelmiin, kun taas lataaminen alle 44 voltilla (noin 2,75 volttia kennoa kohden) heikentää akun kapasiteettia nopeammin ajan myötä. Virta ei saisi ylittää akun nimelliskapasiteettia enemmän kuin 1,2-kertaisesti, mikä tarkoittaa esimerkiksi 100 ampeerintunnin akulle maksimissaan 120 ampeeria, jotta ylikuumeneminen vältetään. Useimmissa nykyaikaisissa akuissa on sisäänrakennettu hallintajärjestelmä, joka keskeyttää latauksen, jos jännite tai muut arvot poikkeavat turvallisista rajoista, mikä vähentää mahdollisten vikojen riskiä. Ennen liittämistä tarkista huolellisesti, että laturi vastaa akun vaatimaa jännitettä (puolen voltin heitto sallitaan) ja pysyy aiemmin mainittujen virtarajojen sisällä. Turvallisuus ensin aina!

Oikean laturin valinta 48 voltin litiumioniakkua varten

Käytä laturia, joka on erityisesti suunniteltu litiumioniakulle

Litiumioniakkujen lataamiseen tarvitaan erityisesti niiden kemiallisen toiminnan mukaisesti suunniteltuja laturia, jotka eroavat vanhemmista lyijyhaposta tai nikkelipohjaisista järjestelmistä. Laadukkaat litiumlaturit tietävät milloin lataus on pysäytettävä näiden hankalien jännitekäyttäytymisten perusteella, jotta ne eivät työnnä liikaa sähkövirtaa läpi ja aiheuta vaarallisia tilanteita. Esimerkiksi useimmat 48 voltin litiumjärjestelmät vaativat oikean latauksen saavuttamiseksi noin 54,4–54,6 volttia, kun taas perinteisiä lyijyhapoja akkuja ladataan huomattavasti korkeammilla jännitteillä absorptiovaiheessa. Moniin uudempiin laturimalleihin kuuluu lämpötila-anturit ja useita latausvaiheita, jotka auttavat estämään ongelmia, kuten terminaalista läpimurtoa. Viime vuonna Electrochemical Societyn julkaiseman tutkimuksen mukaan noin joka neljäs litiumakun vikaantuminen johtuu väärästä lataustavasta.

Sovita laturin ulostulo akun teknisiin tiedot (jännite ja ampeeri)

Kolme keskeistä tekijää määrittää yhteensopivuuden:

• Jännite : Yli ±0,5 V poikkeamat voivat aiheuttaa peruuttamattoman dendriittien muodostumisen
• Nykyinen : Lataus nopeudella ≃±1C kiihdyttää hajoamista 15 % verrattuna 0,5C nopeuksiin
• Kemia : LiFePO4-akut edellyttävät matalampia jännitethdysarvoja (enintään 58,4 V) verrattuna NMC-tyyppeihin

Tarkista aina valmistajan määrittämä nimellisjännite (esim. 48 V) ja suurin sallittu jatkuva latausvirta ennen liitäntää.

Noudata valmistajan suosituksia yhteensopivuuden ja turvallisuuden varmistamiseksi

Akunhallintajärjestelmät (BMS) tulevat valmiiksi asetettuina tietyille latausvaatimuksille. Jos joku jättää nämä säännöt huomiotta, hän saattaa menettää takuun tai vielä pahempaa, sammuttaa tärkeät turvatoiminnot kokonaan. Huomioithan, että monet 48 voltin järjestelmät pysähtyvät kokonaan, jos jännite nousee liian korkeaksi useita kertoja. Valitessasi laturia, noudata aina ensisijaisesti akunvalmistajan suosituksia. Yleiset vaihtoehdot usein puuttuvat noista edistyneistä ohjelmistoyhteyksistä, joita tarvitaan esimerkiksi latauksen säätämiseen lämpötilamuutosten mukaan tai akun kunnon palauttamiseen, kun se on vain osittain ladattu. Nämä pienet yksityiskohdat ovat erittäin tärkeitä, jos haluamme akkujen kestävän pidempään eikä kuolevan ennenaikaisesti.

Akunhallintajärjestelmän (BMS) keskeinen rooli latauksen turvallisuudessa

Kuinka BMS seuraa ja ohjaa latausprosessia

48 V:n litiumioniakkujärjestelmien ytimessä on akkujärjestelmän hallintajärjestelmä (BMS), joka tarkkailee tiiviisti jokaisen yksittäisen solun jännitetasoja, virran kulkua ja lämpötilalukemia – jopa 20 kertaa sekunnissa. Järjestelmä varmistaa, että kaikki pysyy turvallisilla käyttöalueilla, yleensä noin 2,8 volttia ja 3,6 volttia per solu, mikä yhteensä täydessä latauksessa nousee noin 54,6 volttiin. Tarvittaessa se säätää akun latautumisnopeutta. Useimmat uudemmat mallit kommunikoivat itse asiassa laturinsa kanssa niin sanotun CAN-välitysverkon kautta, mikä mahdollistaa tehonsyötön ohjauksen järjestelmän senhetkisten olosuhteiden mukaan.

BMS-suojaus ylilataukselta, syväpurkaukselta ja epätasapainoilta

Tärkeimmät BMS-suojaukset sisältävät:

• Latauksen pysäyttäminen 100 %:n varausasteella (±1 %:n tarkkuudella)
• Kuormien katkaiseminen, kun jännite laskee alle 40 V:n (osoittaen noin 20 %:n jäljellä olevaa kapasiteettia)
• Solujen jännitteiden tasapainotus ±0,03 V:n sisällä passiivisia tai aktiivisia menetelmiä käyttäen
  Nämä toiminnot lievittävät 78 % litium-ionijärjestelmien mahdollisista vikatiloista, mukaan lukien vuoden 2024 akkuanalyytikkaraportit.

Miksi et koskaan saa ohittaa akkujärjestelmän hallintajärjestelmää (BMS) nopeampaa latausta varten

BMS-suojausten poiskytkentä latauksen nopeuttamiseksi aiheuttaa vakavia riskejä:

1. Hallitsemattomat jännitepiikit, jotka ylittävät 4 V/kennosta (yhteensä 64 V)
2. Virtapiikit, jotka ylittävät 1C-arvon (esim. 50 A 50 Ah akussa)
3. Lämpötilan nousu yli 45 °C (113 °F)
4. Kennon tasapainohäiriöt, joissa ero on yli 0,25 V rinnankytkettyjen kennonjonojen välillä
   Testit osoittavat, että BMS:llä varustamattomissa järjestelmissä esiintyy termistä läpilaukahtamista 23 kertaa nopeammin kuin asianmukaisesti hoidetuissa järjestelmissä, kun niitä rasitetaan suunnittelurajojen ulkopuolelle.

Lämpötilan hallinta ladattaessa 48 V:n litiumioniakkua

Tehokas lämpötilaväli lataukselle ja varotoimet kylmässä säällä

Kun lataamme näitä 48 V:n litiumioniakkujen ulkoisella lämpötilaikkunalla noin 25 °C:sta 40 °C:seen (noin 77 °F:sta 104 °F:hen), pyydämme käytännössä ongelmia tulevaisuudessa sekä turvallisuuden että akkujen keston osalta. Yksittäisten solujen välinen lämpötila tulee myös pitää melko lähellä toisiaan – mieluiten enintään noin 5 °C:n ero (noin 9 °F) sisällä. Jos ero kasvaa liian suureksi, järjestelmä alkaa epätasapainottua. Lataaminen pakkasella alle 0 °C (32 °F) on erityisen huono ajatus, koska se aiheuttaa niin kutsuttua litiumsaostumaa elektrodeille. Tämä ongelma voi itse asiassa vähentää akun kapasiteettia jopa 20 % jokaisella latauskelalla, ja tämä menetys pysyy ikuisesti. Onneksi useimmissa nykyaikaisissa akunhallintajärjestelmissä on älykkäitä ominaisuuksia, jotka estävät lataamisen kokonaan, jos lämpötila laskee noin 5 °C:een (noin 41 °F) alapuolelle. Toimiessaan erittäin kylmissä ilmastoissa käyttäjien on suunniteltava etukäteen asianmukaista eristystä tai lämmitysratkaisuja käyttäen, jotta nämä akut pysyvät turvallisella käyttöalueellaan.

• Säilytä akkuja eristetyissä koteloinissa ennen lataamista
• Anna 2–3 tuntia sopeutumisaikaa huonelämpötilaan
• Vähennä latausvirtaa 50 %:lla, kun lämpötila laskee alle 10 °C (50 °F)

Lämmönsuojauksen toimintaperiaatteet ja parhaat käytännöt

Modernit 48 V -järjestelmät käyttävät useita jäähdytysratkaisuja:

Edistyneet ratkaisut, kuten kaksinkertaiset jäähdytysjärjestelmät, voivat vähentää huippulämpötiloja 12 °C verran passiivisiin järjestelmiin nähden. Lataa aina hyvin tuuletettavissa paikoissa ja lopeta käyttö, jos akun lämpötila ylittää 50 °C (122 °F).

Parhaat käytännöt 48 V:n litiumioniakun eliniän maksimoimiseksi

Lataa 20 %:n ja 80 %:n välillä vähentääksesi akkuun kohdistuvaa rasitusta

48 V:n litiumioniakun pitäminen 20–80 %:n varausasteen välillä vähentää elektrodien rasitusta ja voi kolminkertaistaa syklin keston verrattuna useisiin täyteen purkamisiin. Tämä osittainen varausasteen (PSOC) strategia auttaa estämään litiumsaostumista, joka on merkittävä hajoamisen aiheuttaja korkeilla jännitteillä.

Vältä täydellisiä purkauksia ja pitkäkestoisia korkeajännitetiloja

Syvät purkaukset alle 10 %:n kiihdyttävät anodin hajoamista, kun taas varastointi yli 4,1 V/kennossa heikentää ajan myötä elektrolyyttejä. Aseta BMS rajoittamaan latausta 80 %:iin tavallisessa käytössä ja varaa täydet lataukset vain suurta kulutusta vaativiin tilanteisiin.

Toteuta säännölliset huoltolataus- ja varastointiohjeet

Jos varastointi kestää yli 30 päivää, pidä varaus välillä 40–60 % lämpötilassa, joka on alle 25 °C (77 °F). Täydessä varauksessa varastoidut akut menettävät 20 % enemmän kapasiteettia kuudessa kuukaudessa verrattuna niihin, jotka säilytetään 60–80 %:n varauksella. Lataa uudelleen 50 %:iin 90 päivän välein valmistajan hyväksymällä laturilla estääksesi itsepurkautumisen ilman ylivirtariskiä.

UKK

Mikä on CC-CV-latausmenetelmä?

CC-CV-menetelmä (vakiovirta – vakiojännite) tarkoittaa akun lataamista vakiovirralla, kunnes saavutetaan tietty jännite, jonka jälkeen virta vähenee ja jännite pysyy vakiona.

Mitä riskejä on ylittää 58,4 volttia latauksen aikana?

Lataaminen yli 58,4 voltin jännitteellä voi johtaa vaarallisiin lämpötiloissa ja mahdolliseen akun toimintahäiriöön.

Miksi minun tulisi käyttää litium-ionia varaukseen tarkoitettua laturia?

Litium-ioniakkuja varten suunnitellut laturit on tehty käsittämään näiden akkujen ainutlaatuiset lataustarpeet, estäen ongelmia, kuten ylilatausta ja lämpökarkaaminen.

Mikä on akunhallintajärjestelmän (BMS) rooli?

BMS seuraa ja säätää akun varaustasoa varmistaen, että se pysyy turvallisella alueella jännitteen ja virran suhteen, suojaten yleisiltä vioilta.