Akumulatory litowo-jonowe już dziś są często spotykane jako zamienniki do samochodów i motocykli. Ich zaletą jest fakt, że można je zamontować w dowolnej pozycji oraz że 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. Rozróżnić można następujące rodzaje baterii:

• litowo-niklowo-kobaltowo-manganowe (NMC)
• litowo-niklowo-kobaltowo-aluminiowe (NCA)
• litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP)
• litowo-manganowe (LMO)
• litowo-tytanowe (LTO)

System zarządzania baterią

Samo stosowanie różnych pierwiastków w budowie akumulatora powoduje, że dane ogniwo jest skłonne wyprodukować różne wartości napięcia. Przykładem może tutaj być ogniwo wykonane w technologii LFP (najczęściej stosowane ogniwa tego typu to LiFePO4), którego napięcie nominalne wynosi 3,2V, natomiast ładowane może być z maksymalnym napięciem 3,65V. Dla porównania, ogniwo typu LTO z tytanianem litu produkuje tylko 2,4V napięcia, a ładowane może być maksymalnym napięciem na poziomie 2,85V.

Tu pojawia się problem właściwego doboru napięcia do ładowania akumulatora wykonanego z ogniw w odpowiedniej technologii. Co prawda najczęściej akumulator wyposażony jest w elektronikę zabezpieczającą, czyli system zarządzania baterią (BMS – Battery Management System), która chroni przed doprowadzeniem do ogniwa wyższego niż zalecane napięcia podczas ładowania. Jednak może się zdarzyć, że akumulator nie jest wyposażony w taki system, co automatycznie powinno dyskwalifikować go z możliwości bezpiecznego ładowania.

Ładowanie akumulatora litowo-jonowego

W pierwszym zdaniu podkreślmy, że tradycyjne prostowniki transformatorowe nie nadają się do ładowania akumulatorów wykonanych w technologii litowo-jonowej. W tym celu konieczne jest użycie prostownika ze sterowaniem elektronicznym przystosowanego do tego typu baterii.

Główną różnicą wykluczającą użycie transformatorowego prostownika jest przebieg procesu ładowania, który w przypadku akumulatorów litowo-jonowych ma kluczowe znaczenie. Przebieg procesu ładowania akumulatora przez ładowarkę zapisany jest w jej sterowniku jako krzywa ładowania, która określa strategię ładowania akumulatora. To od jej charakterystyki zależy, jakie napięcie i natężenie prądu będzie dostępne podczas kolejnych etapów ładowania akumulatora. Parametry prądowo-napięciowe procesu ładowania są podstawową różnicą między akumulatorami kwasowo-ołowiowymi, a litowo-jonowymi. Nowoczesne ładowarki do akumulatorów, takie jak NOCO z serii Genius, są w stanie na podstawie procedur pomiarowych rozpoznać, jaki rodzaj akumulatora jest  ładowany i do tego dopasować odpowiednią krzywą ładowania, co zapobiegnie zniszczeniu akumulatora oraz zoptymalizuje cały proces. Warunkiem bezpiecznego ładowania akumulatorów litowo-jonowych jest nieprzekraczanie przez ładowarkę dopuszczalnego napięcia i prądu ładowania.

Na serię Genius od NOCO składa się szereg modeli. Już bazowy Genius1 obsługuje baterię o pojemności 30 Ah, zaś Genius10 – 230 Ah. Uzupełniają je, opracowane z myślą o profesjonalistach urządzenia wielostanowiskowe Genius2x2 czy Genius2x4. NOCO wyposażyło produkty w praktyczne rozwiązania ułatwiające wykonanie poszczególnych czynności. Są zabezpieczone przed iskrzeniem i odwrotną polaryzacją, rozpoznają spadki napięcia poniżej 1V 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 230V.

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 wewnątrz ogniwa skutkujące znacznym wzrostem temperatury i zniszczeniem ogniwa. Obecnie najczęściej 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.

Ponadto, 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 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%.

Ważna temperatura ładowania

Nie jest zalecane ładowanie akumulatorów litowo-jonowych w temperaturach poniżej 0˚C. Prędkość reakcji spada w niskich temperaturach tak drastycznie, że ładowanie staje się utrudnione lub niemożliwe. Zaleca się, aby temperatura ładowania odbywała się w zakresie od 0˚C do +45˚C.

Gdy chcesz ładować akumulator litowo-jonowy:

• Odłącz obciążenie podczas ładowania – wszelkie odbiorniki prądu pobierające energię będą myliły elektronikę sterującą prostownika.
• Ładuj w umiarkowanej temperaturze. Nie ładuj akumulatora na mrozie.
• Akumulator litowo-jonowy nie musi być w pełni naładowany. Lepsze jest ładowanie częściowe.
• Przerwij używanie ładowarki i/lub baterii, jeśli akumulator nadmiernie się nagrzeje
• Naładuj pusty akumulator przed przechowywaniem. Najlepiej, aby była naładowana w 40-50% (40-50% SoC).
• Akumulator litowo-jonowy powinien być ładowany w temperaturach z zakresu od 0 do +45˚C, natomiast może być używany w szerszym zakresie temperatur – od -20 do +65˚C.