Litiumioniakkujen suorituskyky ja käyttöikä eivät riipu pelkästään itse kennosta, vaan ratkaisevassa roolissa on myös laturi. Väärä lataus voi heikentää kapasiteettia, lyhentää elinikää tai pahimmillaan vaarantaa turvallisuuden. Oikein valittu laturi ja latausstrategia taas varmistavat, että akku toimii luotettavasti vuodesta toiseen – ja jopa kymmeniä prosentteja pidempään.
|
Artikkelin kirjoittaja Dag Pedersen toimii Mascot AS:n markkinointipäällikkönä. |
Litiumioniakkujen (Li-ion) optimaalinen suorituskyky riippuu vahvasti käytetystä laturista. Valmistajat määrittelevät tarkat latausasetukset turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Toisin kuin monet muut akkukemiat, Li-ion-akut eivät kestä ylilatausta. Eri latausstandardien, teholuokkien, kaapeleiden ja valmistajakohtaisten termien suuri määrä tekee oikean laturin valinnasta usein haastavaa. Seuraavassa esitellään keskeisiä tekijöitä, jotka auttavat valitsemaan oikean ratkaisun omaan sovellukseen.
Itse latausmenetelmä on ratkaiseva: oikea lataustapa varmistaa, että akku toimii luotettavasti ja kestää mahdollisimman pitkään. Laturin valinta on siksi yhtä tärkeä päätös kuin itse akkutyypin valinta. Laturin tuottaman tasavirran on oltava riittävän laadukasta, jotta se ei vahingoita ladattavaa laitetta. Tämä johtuu siitä, että kaikki tasavirtapiiriin kytketyt laitteet saavat käyttöjännitteen suoraan laturista sen ollessa käytössä.
Kun kyseessä on liiketoimintakriittinen laitteisto, kuten mittalaitteet tai lääketieteelliset laitteet, oikean hankintapäätöksen merkitystä ei voi liioitella. Jos laitteita käytetään ulkomailla, tarvitaan usein laajalla syöttöjännitealueella (90–264 V) toimiva laturi. Vaativiin ja ulkokäyttöön tarkoitettuihin sovelluksiin voi lisäksi olla tarpeen vedenpitävä (IP67) laturi. Lämpötila-anturi voi olla välttämätön, jos laitetta käytetään erittäin kuumissa tai kylmissä olosuhteissa.
Akun kapasiteetin (mAh/Ah) tunteminen on tärkeää latausvirran valinnassa. Tiedot löytyvät yleensä akun kyljessä tai päällä olevasta tarrasta. Useimpia Li-ion-kennoja ei tulisi ladata yli 1C:n virralla, ja akun käyttöikä pitenee merkittävästi, kun latausvirta pidetään alle 0,5C:n. C-arvo kertoo, kuinka suurella virralla akkua ladataan tai puretaan suhteessa sen kapasiteettiin. Esimerkiksi 3,5 Ah kennolle 1C vastaa 3,5 A ja 10 Ah akulle 0,5C vastaa 5 A.
Miten Li-ion-laturit toimivat?
Li-ion-akkujen lataus perustuu selkeästi määriteltyyn kolmivaiheiseen prosessiin: vakiovirtalataus, vakiojännitelataus ja latauksen päättyminen. Jokainen vaihe varmistaa turvallisen ja tehokkaan energiansiirron sekä suojaa akkua ylilataukselta.
Vaihe 1 – vakiovirtalataus:
Kun laturi kytketään verkkoon ja akku liitetään siihen, lataus alkaa automaattisesti. Tässä vaiheessa laturi toimii vakiovirtatilassa (CC) ja syöttää nimellistä maksimivirtaa. Laturin LED-merkkivalo palaa keltaisena. Akku latautuu nopeasti ja saavuttaa tyypillisesti 80–95 % kapasiteetistaan.
Vaihe 2 – vakiojännitelataus (ajastettu):
Kun akku lähestyy yläjänniterajaansa, laturi siirtyy vakiojännitetilaan (CV). Tässä tilassa jännite pidetään vakiona ja virta pienenee vähitellen. Vaiheen alussa LED alkaa vilkkua keltaisena. Lataus jatkuu, kunnes virta laskee määriteltyyn rajaan tai ajastin päättyy. Tämän vaiheen lopussa akku on täyteen ladattu.
Vaihe 3 – lataus valmis:
Kun akku on täynnä ja virta on pudonnut nollaan, LED muuttuu vihreäksi. Laturi voi jäädä kytketyksi ilman riskiä. Jos akun jännite myöhemmin laskee yli 0,1 V per kenno, laturi käynnistää automaattisesti uuden lataussyklin.
Kuva 1: Latauksessa on tyypillisesti kolme päävaihetta.
Laturin oikea käyttö
Sekä laturin että akun suorituskyvyn ja käyttöiän maksimoimiseksi on tärkeää noudattaa seuraavia käytäntöjä.
Vältä jättämästä säätelemätöntä “automaattista” laturia akkuun yöksi, ellei se katkaise latausta kokonaan täyttymisen jälkeen. Jatkuva lataus tällaisissa olosuhteissa rasittaa kennoja ja lyhentää käyttöikää. Yhtä tärkeää on varmistaa, ettei latausjännite koskaan ylitä valmistajan määrittelyjä. Tarkka jännitteensäätö estää metallisen litiumin muodostumisen negatiiviselle elektrodille, mikä heikentää kapasiteettia ja suorituskykyä.
Myös varastointi- ja käyttöolosuhteet vaikuttavat merkittävästi akun kuntoon. Akku tulisi säilyttää hyvin tuuletetussa tilassa alle 25 °C lämpötilassa. Korkeammat lämpötilat nopeuttavat ikääntymistä: jokainen 5 °C nousu yli 35 °C:n lyhentää käyttöikää merkittävästi. Latausta tulisi välttää äärilämpötiloissa, erityisesti alle 0 °C tai yli 45 °C, sillä se heikentää turvallisuutta ja tehokkuutta.
Latausaikaa suunniteltaessa kokonaisaika tulee laskea huolellisesti. Yleissääntönä akun ampeerituntiarvo jaetaan laturin virralla (ampeereina), ja tulokseen lisätään 1–2 tuntia viimeistelylatausta varten. Parhaan tuloksen saavuttamiseksi laite tulisi sammuttaa tai irrottaa akusta latauksen ajaksi. Rinnakkaiskuorma voi häiritä laturin toimintaa ja estää akun täyteen latautumisen.
On myös huomattava, että kaikki laturit eivät tee täydellistä viimeistelylatausta. Akku ei välttämättä ole täysin täynnä, vaikka “valmis”-signaali näkyy. Varastointia varten akku tulisi aina jättää osittain ladatuksi, noin 40–50 % varaustasolle.
Latausjännitteen säätö tulisi perustaa akun todelliseen napajännitteeseen, ei laturin oletuksiin. Tämä parantaa tarkkuutta ja estää ennenaikaista kulumista tai virheellistä latauksen päättymistä.
Tutkimukset osoittavat, että hieman alemmalla jännitteellä lataaminen voi merkittävästi pidentää akun käyttöikää. Esimerkiksi lataaminen 4,1 volttiin 4,2 voltin sijaan (noin 90 % varaus) voi lisätä lataussyklejä yli 50 %. Tämä edellyttää kuitenkin kehittyneempää laturia.
