Tulin ostaneeksi tuollaisen litiumakun. Lähinnä tarvitsen sitä sähköperämoottoriin. En jaksa kantaa rantaan painavaa akkua, joten tuo FULBAT FLTX20 (12V 12 Ah ) 1,2 kg painoisena käy hyvin. Uistelunopeudella on jo useita parin tunnin reissuja tehty lähijärvelle ja kalaakin saatu. Akku on riittänyt siihen nipin napin, mutta niin kova kalamies en ole, että isompaa tarvitsisin, ja ainahan on airot.
Sähkömiehen uteilaisuus pakotti tutkimaan tuon uuden tuttavuuden olemusta. Saattaahan olla, että joku joskus jotain siitä kysyy ja silloin olisi sähkömiehelle noloa olla tietämätön tällaisesta perustekniikasta. Näyttää siltä, että litiumakku on tulossa korvaamaan lyijyakkuja.
On aika työn takan etsiä verkosta tarkkoja tietoja, varsinkaan näistä sarttiakuista. Teollisuusakuista löytyy kyllä paremmin. Tein sitten purkaus/varaus kokeen sillä virralla, joka yleensä on tapana, eli 1/10 kapasiteetista, siis tässä tapauksessa 1,2 A ja vakiovirralla. Mittarina käytin jokamiestason yleismittaria, josa on näytössä 4 numeroa. Viimeinen numero siis 10 mV täsä tapauksessa. Kuten olen aikoinaan tottunut, käytin epästandardia merintätapaa siten, että varauskäyrä on käännettynä oikealta vasemmalle samaan grafiikkaan kuin purkauskäyrä. Grafiikka ei myöskään ole aivan lineaarinen vaan kummastakin päästä n. 1 Ah:n verran levitetty, jotta ne kriittiset alueet näkyisivät selvemmin. Tällöin päästään heti näkemään muutamia mielenkiintoisia asioita.
Oheisissa kuvissa taulukko tuloksista ja grafiikka niistä.
Heti huomataan, että lataus ja purkaus käyrät ovat lähes identtiset. Enin osa toimintaa tapahtuu parin voltin kymmenyksen sisällä. Kun käyttöohjeen mukaan akku täyttyy vain, jos latausjännite on vähintään 14 V niin purkauksen alussa napajännite myös on 14 V, mutta se lysähtää heti purkauksen alussa muutamassa minuutissa melkein 13 V:iin ja pysyy sitten lähes samassa koko purkausjakson ajan. Samoin varatessa, akun täyttyessä, napajännite pomsahtaa muutamassa minuutissa 13,5 V:sta 14 V:n tavoitejännitteeseen. Jos tavoitejännite olisi suurempi kävisi samoin, ja aivan turhaan. Joten voidaan sanoa, että laturin jännitteenä 14 V on aivan hyvä vaikka se normaali 14,4 ei sekään ole liikaa, mutta yhtään enempää ei saisi olla, 15 olisi ehdoton yläraja.
Kapasiteetti on hiukan mielipidekysymys sikäli, että tyhjän akun varaustilaa ei voida tutkia uhraamatta kallista akkua tieteen alttarille. Litiumakkua, kuten yleensä muitakaan, ei voi purkaa kokonaan tyhjäksi sen vaurioitumatta. Kun käytetään 0-pisteenä pienintä käyttökelpoista varaustilaa saadan valmistajan ilmoittama kapsiteettiarvo, tai 1 Ah enemmän. Kapasiteettihan riippuu käytetystä virrasta voimakkasti ollen isoilla virroilla pienempi.
Koska taulukon napajännitearvot ovat nimenomaan latauksen ja purkauksen kestäessä mitatut, eivä siis lepojännitteitä, niisä on mukana akun oma sisävastuksen jännitehäviö. Siitä johtuu, että käyrät ovat eri tasossa. Häviö on etumerkiltään vastakkainen eri tilanteissa. Akun sisävastus voidaan siis päätellä siitä. Koska kumpikin käyrä on mitattu samalla vakiovirralla voidaan olettaa, että sisävastuksen jännitehäviö on kummallakin sama, mutta etumerkki eri. Niiden jännite-eron puolikas on siis akun siävastuksen jännitehäviö. Vaikkapa mittauspisteen 9 kohdalta 13,35 - 13,16 = 190 mV ja siitä puolet 95 mV. Kuitenkin siinä on mukana muutamien liitosten jännitehäviö, koska 1,2 A virta menee niiden liitosten läpi, ja sekin häviö oli tarkkaan mitattavissa ollen 35 mV yhteensä, ja kummassakin tapauksessa siis sama. Akun osuudeksi jää 60 mV ja ohminlain mukaan R=U/I siis 0,06 V/1,2 A = 50 mohm (milliohmia), joka on hyvin tyypillinen sisävastus tällaiselle akulle.
(Kuten kokeellisesti voi huomata, mittarin viimeisen digitin muuttuessa yhdellä muuttuu lopputulos jo aika paljon. Siksi siis Rin arvo vaihtelee aika paljon.) No – miksi se sitten on näin kiinnostava? Siksi, että akkuihin laitetaan aika paljon rahaa ja niillä on rajallinen elinkaari. On hyödyksi, jos tietää akun vanhentuneen liiaksi ja uusimisen ajan tulleen. Tai vastaavasti, akun osoittautuvan olevan edelleen täysin iskussa ja sähkövaikeuksien syyn olevan jossain muualla. Sisävastus on juuri se tekijä, joka määrää, puhekielessä tavallisemman, akun virranantokyvyn tai starttivirran antokyvyn.
Akun päällä on volttimittari ja varaustilan mittari. Niiden hyöty on vähintäänkin kyseenalainen. Tällaisen akun napajänniten muuttuu varaustilasta riippuen niin vähän, voltin kymmenyksiä korkeintaan, että siitä ei voidan varaustilaa päätellä. Käyttöohje neuvoo mittaamaan varustilaa omalla indikaattorilla vain lepojännitteellä 1-2 tunnin levon jälkeen, mutta silloinkin tilanne on yhtä hutera. Jos indikaattoriin käytön aikana luottaisi tulisi kyllä ikävä yllätys. Se näyttää purkauksella 80% vaikka jäjellä on enää 1 Ah. Lepojännitteenä näyttäisi vielä hiukan enemmän. Volttimittari näyttäisi kyllä hiukan paremmin, jos siinä olisi enemmän numeroita, millivoltteja, mutta kun ei ole, joten sekään ei kerro muuta kuin täysi/vajaa tiedon ja ehkä latausjännitteen ajopelissä ollessaan.
Tämä akkumalli, kuten lähes kaikki tällaiset, sisältää BMS laitteen (Battery management system), joka valvoo toimintaolosuhteita ja katkaisee kennojen virran yli- ja alijännitteellä sekä yli-ja alilämpötilassa. Se myös kytkee ne takaisin itse, käyttäjän asiaan puuttumatta, kun vikatilanne poistuu. BMS myös tasaa kennojen jännitteet, koska ne pyrkivät latautumaan hiukan yksilöllisesti. Tässä tasaamisessa on perustavanlaatuisia vaikeuksia juuri siksi, että vain napajännitteestä mitaten on vaikeaa päätellä varaustilaa.
Ote Wikipediasta (en):
https://en.wikipedia.org/wiki/Battery_management_system"BMS technology varies in complexity and performance:
Simple passive regulators achieve balancing across batteries or cells by bypassing charging current when the cell's voltage reaches a certain level. The cell voltage is a poor indicator of the cell's SoC (and for certain lithium chemistries, such as LiFePO
4, it is no indicator at all), thus, making cell voltages equal using passive regulators does not balance SoC, which is the goal of a BMS. Therefore, such devices, while certainly beneficial, have severe limitations in their effectiveness.
Active regulators intelligently turning on and off a load when appropriate, again to achieve balancing. If only the cell voltage is used as a parameter to enable the active regulators, the same constraints noted above for passive regulators apply.
A complete BMS also reports the state of the battery to a display, and protects the battery."
Siis juuri näillä akuilla napajännitettä ei pitäisi lainkaan käyttää varaustilan (SoC) mittana, koska se ei sitä kuvaa lainkaan.
Meillähän on suuri määrä litium akkuja käyttäviä puhelimia ja tietokoneita ym. Niissähän on lähes aina akun varaustilan näyttö, ja jopa toimiva. Se toimii mittaamalla kulutettua/ladattua virtaa ja siihen käytettyä aikaa laskien siitä Ah määrää. Se onkin ainoa toimiva menetelmä tässä asiassa.
Käyttöohje sanoo: BMS suojaa akun ylijännitteeltä yli 15 V (en löytänyt tarkkaa suojausarvoa). Akku kuitenkin vaurioituu ylijännitteestä, joten sitä ei pidä tarjota. Lyijyakkujen automaattilatureissa on desulfatointjakso, joka käyttää kohtalaisen suurta jännitettä lyhyinä pulsseina. Sellaista latauslaitetta siis ei pidä käyttää. Lataus pitää tehdä ensin vakiovirralla tavoitejännitteelle asti ja sen jälkeen pienenvällä virralla vakiojännitteellä. Onneksemme moottoripyörän laturi tekee juuri näin. Ohje on mitata latausjännite ja vuotovirta hiukan erikoisella menetelyllä:
-Käynnistä moottori.
-Irrota akun +napakenkä moottorin käydessä.
-Kytke volttimittarin, alue 20 V, +johdin napakenkään, siis ajoneuvon puolelle, ei akun, ja -johdin akun miinusnapaan.
-Lisää kierroksia n 3000 ja lue mittari. Pitää olla 14 - 15 V.
-Sammuta moottori ja poista virta-avain.
-Irrota mittari ja aseta se amppeerimittaukselle isolle alueelle.
-Kytke amppeerimittarin +johdin akun +napaan ja -johdin yhä irrallaan olevan napakenkään, siis sarjaan.
-Pienennä mitta-aluetta vaiheittain aina mA alueelle asti ja lue mittari. Pitää olla vähemmän kuin 1 mA.
