Ładowanie akumulatora litowo-jonowego
Akumulatory litowo-jonowe coraz częściej w samochodach i motocyklach bywają stosowane jako zamienniki tradycyjnych baterii kwasowych. Mają one tę szczególną zaletę, że można je zamontować w dowolnej pozycji. Do tego ich masa jest znacząco niższa od odpowiedników kwasowo-ołowiowych. Problem zaczyna się jednak w momencie, kiedy zachodzi konieczność naładowania takiego akumulatora.
Akumulatory litowo-jonowe to pojęcie dość szerokie. W skład tej grupy wchodzą baterie wykonane w różnych technologiach, które różnią się między sobą związkami chemicznymi stosowanymi do produkcji ogniw. W efekcie spotkać można następujące rodzaje tych baterii:
- litowo-niklowo-kobaltowo-manganowe (NMC)
- litowo-niklowo-kobaltowo-aluminiowe (NCA)
- litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP)
- litowo-manganowe (LMO)
- litowo-tytanowe (LTO)
Różne napięcie
Samo użycie różnych pierwiastków w budowie akumulatora powoduje, że ogniwo wytwarza różne wartości napięcia i z różnym maksymalnym napięciem może być ładowane. I tak na przykład dla ogniwa wykonanego w technologii LFP (najczęściej stosowane ogniwa tego typu to LiFePO4) jest to odpowiednio 3,2 V i 3,65 V. Dla porównania, napięcie ogniwa typu LTO z tytanianem litu wynosi 2,4 V, zaś ładować je można prądem o napięciu nie większym niż 2,85 V.
System zarządzania baterią
I tu pojawia się problem właściwego doboru napięcia do ładowania akumulatora wykonanego z ogniw wykonanych w takiej lub innej technologii. Co prawda najczęściej akumulator wyposażony jest w elektronikę zabezpieczającą, czyli system zarządzania baterią (BMS – Battery Management System), która chroni przed doprowadzeniem do ogniw podczas ładowania napięcia wyższego niż zalecane, jednak może się zdarzyć, że akumulator nie jest wyposażony w taki system, co automatycznie powinno wykluczyć możliwość jego bezpiecznego ładowania.
Krzywa ładowania
W tym miejscu podkreślmy, że tradycyjne prostowniki transformatorowe nie nadają się do ładowania akumulatorów wykonanych w technologii litowo-jonowej. Konieczne jest użycie prostownika ze sterowaniem elektronicznym przystosowanego do tego typu baterii.
Głównym powodem wykluczającym użycie transformatorowego prostownika jest jednak nie maksymalne napięcie ładowania, ale przebieg tego procesu, gdyż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych ma on kluczowe znaczenie. Dlatego zapisuje się go w sterowniku elektronicznego prostownika w postaci krzywej ładowania, która określa strategię ładowania akumulatora. To od jej charakterystyki zależy, jakie napięcie i natężenie będzie miał prąd podawany podczas kolejnych etapów ładowania akumulatora.
Ładowarka rozpozna
Ponieważ parametry prądowo-napięciowe procesu ładowania są podstawową różnicą między akumulatorami kwasowo-ołowiowymi a litowo-jonowymi, nowoczesne ładowarki, takie jak np. NOCO z serii Genius, są w stanie na podstawie procedur pomiarowych rozpoznać, jaki rodzaj akumulatora jest ładowany. Do tego następnie dopasowują odpowiednią krzywą ładowania, co zapobiega zniszczeniu akumulatora oraz optymalizuje cały proces. Warunkiem bezpiecznego ładowania akumulatorów litowo-jonowych jest, powtórzmy, nieprzekraczanie przez ładowarkę dopuszczalnego napięcia i prądu ładowania.
Na rodzinę ładowarek Genius od NOCO składa się kilka modeli. Bazowy Genius1 obsługuje baterię o pojemności 30 Ah, zaś topowy Genius10 – 230 Ah. Gamę uzupełniają, stworzone z myślą o profesjonalistach urządzenia wielostanowiskowe Genius2x2 czy Genius2x4. Wszystkie mają praktyczne rozwiązania ułatwiające wykonanie poszczególnych czynności. Są zabezpieczone przed iskrzeniem i odwrotną polaryzacją, rozpoznają spadki napięcia poniżej 1 V i automatycznie aktywują tryb odsiarczania. W przypadku wyższych modeli dodatkiem jest funkcja autonaprawy akumulatora. Wbudowana elektronika pozwala na automatyzację procesu ładowania i reagowanie na spadki lub zanik napięcia w sieci 230 V.
Specyficzne cechy
Akumulator litowo-jonowy działa bezpiecznie w wyznaczonych napięciach roboczych, jednak staje się niestabilny, jeśli będzie ładowany napięciem wyższym, niż przewidywane przez producenta ogniwa. Przekroczenie napięcia ładowania powoduje nieodwracalne zmiany chemiczne skutkujące znacznym wzrostem temperatury i zniszczeniem ogniwa. Najczęściej obecnie używane ogniwa wykonane w technologii LiFePO4 są pod tym względem jednymi z bezpieczniejszych, ponieważ w przypadku uszkodzenia nie spalają się w gwałtowny sposób, jak starsze typy ogniw.
Wspomnijmy jeszcze, że akumulatory litowo-jonowe ze względu na bardzo niski stopień samorozładowania nie potrzebują doładowania wyrównującego, jak w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych. To oznacza, że po naładowaniu nie ma potrzeby zostawiania ich z podpiętą ładowarką w celu doładowywania w razie spadków napięcia.
Pod względem kontroli stanu naładowania są natomiast dość wymagające. Nie należy ich rozładowywać „do zera”, ale też ciągłe doładowywanie do 100% może źle wpłynąć na ich żywotność. Optymalne jest utrzymywanie stanu naładowania między 20, a 80%.
Nie na mrozie
Nie jest zalecane ładowanie akumulatorów litowo-jonowych w temperaturze poniżej 0˚C. Prędkość reakcji spada w tych warunkach tak drastycznie, że ładowanie staje się utrudnione lub niemożliwe. Zaleca się, aby ładowanie odbywało się przy temeraturze od 0˚C do +45˚C.
Ogólne zasady
Przeprowadzając ładowanie akumulatora litowo-jonowego należy:
- odłączyć jego obciążenie, gdyż wszelkie odbiorniki prądu pobierające energię będą myliły elektronikę sterującą prostownika;.
- ładowanie przeprowadzać w umiarkowanej temperaturze, nie robić tego na mrozie;
- pamiętać, że akumulator litowo-jonowy nie musi być w pełni naładowany, lepsze jest ładowanie częściowe;.
- przerwać używanie ładowarki i/lub baterii, jeśli akumulator nadmiernie się nagrzeje;
- naładować pusty akumulator przed przechowywaniem, najlepiej jeśli będzie on naładowany w 40-50%;
- akumulator litowo-jonowy powinien być ładowany w temperaturze od 0 do +45˚C, natomiast może być używany w szerszym zakresie temperatur – od -20 do +65˚C.
