Yleinen tapaus, veneen kaksoisakkujärjestelmä. 

Hyvin tavallinen tapaus meillä on se, että vanhempaan matkaveneeseen halutaan päivittää kulutuspuolelle litiumakkupiiri. Keskitymme tässä artikellissa muutamiin perus kytkentöihin, mitä veneistä löytyy ja sen jälkeen kerromme miten Litium akkukonversio toteutetaan helposti DC-DC laturilla. 

Miksi Litiumakkua ei voi vaan "heittää sisään"

Kuten ensimmäisessä artikkelissa totesimme, on litiumakun käyttäytyminen tyystin toisenlaista, kuin lyijuakun lataaminen. Sen latauskäyrä on erin tyyppinen ja sen kynnysjännite on hieman eri, kuin lyijyakussa. Sen käyttäytyminen on agressiivisempaa lataustilanteessa ja se voi aiheuttaa tilanteita, joissa lyijuakku alkaa keittämään, kun litium piiskaa laturilta tehoa irti kaiken mitä saa. 

Toinen on, että litiumakku todellakin ottaa kaiken vastaan, mitä sinne suurinpiirtein työnnetään. Jos sinulla on vaikka 200Ah litiumakkuja veneessä ja 50A mootorin laturi, on takuuvarmaa, että moottorinlaturi joutuu ylirasitukselle pyrkiessään työntämään koko ajan täysillä virtaa litiumakuille. 

Vaihtoehdot toteuttaa ratkaisu on vaihtaa koko moottorin laturi reilusti isompaan, sellaiseen malliin, jossa on ohjelmoitava lataussäädin tai toteuttaa akkukonversio DC DC laturilla. 

Olemme todenneet DC-DC laturin useimpiin tapauksiin helpoimmaksi tavaksi toteuttaa tämä, joten keskitymme siihen. 

Lähdetään ensin muutamista tavllisimmista esimerkeistä, miten asiat on veneissä toteutettu. Käymme siis ensin läpi muutaman tavallisen kytkennän, tästä voi olla hyötyä jopa ihan kaksoisakkujärjestelmän rakentamiseen. 

Kaksoisakkujärjestelmä releellä

Suoraan jänniteaktivoituvalla releellä toimiva kaksoisakkujärjestelmä on yksinkertainen ja helppo ratkaisu pieniin akkupankkeihin. Toimii hyvin pienissä moottori ja purjeveneissä ja ajoneuvoissa, joissa ei ole Euro6 energiansäästö höpöhöpö latureita. 

Idea on yksinketainen. Kun moottori käynnistetään, nousee starttiakun jännite riittävän korkealle ja rele vetää hupiakkupiirin yhteen starttiakun kanssa. Tällöin molemmat akut latautuvat yhtäaikaa. Osassa releistä toiminta on bi-polaarinen, eli hupipuolelle kytketty laturi pystyy lataamaan myös starttiakkupiirin. 

Tämän etuja on helpppous ja yksinkertaisuus. Järjestelmä toimii, jos akut on samaa tyyppiä, eli akkujen pitää olla SMF tai AGM akkuja sekä hupi että starttipuolella ja akkujen tulisi olla lähelle saman kokoisia ja lataussyklien ei pitäisi olla kovin pitkiä. Jos starttiakku on liki täysi, kun sen aina pitäisi olla liki täysi ja hupiakku on suhteellisen tyhjä alkaa laturi painamaan täysillä virtaa sen tyhjemmän piirin mukaan. Latauksen jatkuessa pitkään on riskinä, että täydempi akku alkaa kiehumaan. Jos ajosykslit on lyhyitä, korkeintaan tunteja ja akut on samanveroisia ja kokoisia, on tämä erittäin hyvä järjestely. Näitä kaksoisakkureleitä löytyy hyvin TBS:ltä (TACR) Blue-Sea systemsiltä ja victronilta. 

(kuva Blue Sea Systems)

Edistyksellinen latausrelekytkentä. TBS TACR Tässä kytkennässä on mahdollisuus pakottaa kytkimellä rele päälle ja pois. Lisäksi releessä on ulkoinen lähtö merkkidiodille. Perusperiaate on kumminkin sama. (kuva TBS) 

Tällaisessa tapauksessa on litiumakun lisääminen vanhaan järjestelmään suhteellisen yksinkertaista. 

Automaattinen latausrele korvataan DC-DC muuntimella, joka herää moottorin käynnistyessä ja varaa hupiakkua moottorin käydessä litiumakun vaatimusten mukaisesti. Tämän DC-DC laturin toiminnan käymme läpi tuonnempana artikkelissamme. 

Kaksoisakkujärjestelmä latausjakajalla. 

Tämä on  yleinen tapa toteuttaa latauksen jako hieman isommissa järjestelmissä ja silloin, jos akkujen kokoero on iso. 

Moottorin laturilta lähtee johto jakodiodille tai MOSFET pohjaiselle jakajalle (on myös mikroprosessoriohjattuja releiköitä kuten Sterling)  Lataus jaetaan kahdelle akkupankille jakajan kautta. 

Tämän jakotavan etuna on, että molemmat akkupiirit ovat omia erillisiä yksiköitä ja lataus ohjautuu sinne akkuun aina, mikä on tyhjempi. Tässäkin jakotavassa on hyvä muistaa, että akkujen tyypin ja kynnysjännitteen tulisi olla samanlaisia. Eli taas jälleen kerran, jos toinen on AGM akku, toisenkin pitää olla AGM akku. Tässäkin tapauksessa on helppo korvata latausjakaja suorana DC-DC muuntimella, jolloin starttiakku toimii puskurina ja litium hupiakkua ladataan DC-DC muuntimen kautta. 

Kaksoisakkujärjestelmä 1-2-both kytkimellä 

Tämä jakotapa on vielä edelleenkin yleisesti käytössä vanhemmissa veneissa, mutta edustaa käyttömukavuudeltaan muinaisia vuosikymmeniä, eikä ole enää nykyään uudisasennuksissa suositeltava ratkaisu toteuttaa latauksen jakoa. tässä järjestelmässä ideana on, että käyttäjä valitsee koneen käynnistyessä valintakytkimen "both" asentoon, jolloin moottori lataa kaikkia akkuja yhtäaikaa. Rantaan tullessa, kytkin käännetään joko 1- tai 2 - asentoon, jolloin käytetään vain toista akkua ja toinen jää odottelemaan starttia. Ongelmana tässä on se, että käyttäjän tulee muistaa kääntää kytkin oikeaan asentoon. Toinen myös jo kohdassa 1 kuvattu ongelma, että akkujen tulisi olla suurin piirtein samaa luokkaa, että täysi akku ei keitä sinä kun tyhjä vielä huutaisi virtaa hullun lailla. 

Tässä kytkennässä tulee tuo 1-2-Both kytkin vaihtaa kokonaan kahdeksi erilliseksi päävirtakytkimeksi. Sekä hupi että starttipuolen virrat tulee kulkea erikseen ja taas hupi ja starttipuolen väliin kytketään DC-DC laturi. 

Litiumakku ja DC-DC laturi

Tässä yksinkertaistettu kaaviokuva DC-DC laturista kytkettynä kahden akkupiirin väliin. 

Kun moottori käynnistetään, nostaa laturi starttiakun jännitteen yli kynnysrajan ja  DC-DC laturi lähtee lataamaan litiumakkua. Kun kyseessä on ohjelmoitu laturi, hyväksyy se sisäänsä 9-16 v jännitteen ja työntää ohjelmoidusti jännitettä ulos litiumakulle. Onko tähän mennesä selvää? Pitäisi olla. 

Menemme syvemmälle. 

Käytämme omissa asennuksissamme liki poikkeuksetta TBS:n ohjelmoitavaa Omnicharge DC laturia. Syy tälle on sen monipuolisin ohjelmoitavuus. Voimme toteuttaa latauksen kahdella eri tavalla. 

Jänniteliipaisulla tapahtuva heräte. 

Tämä on usein yksinkertaisin tapa. Omnicharge voidaan ohjelmoida heräämään, kun sisäänmenojännite ylittää kynnysrajan. Yleensä ohjelmoin sen 12,9-13 voltin tuntumaan. Kun starttiakun jännite ylittää tämän rajan, laturi herää ja alkaa lataamaan hupiakkupiiriä. 

Valittavana on tähän viive, joka estää laturin käynnistymisen heti. Viiveen voi asettaa muutamista sekunteista minuutteihin saakka. Itse ohjelmoin latauksen heräämään 2-5min viiveellä. Tämä tarkoittaa, että laturi ehtii hieman lataamaan starttiakkua, ennen kuin se alkaa ottamaan virtaa hupipuolelle. 

Tämän lisäksi laturissa on alijänniteraja Hidas ja nopea. 

Hidas alijänniteraja asetetaan luokkaan 12,8 volttia, jolloin laturi tiputtaa itsensä pois, jos jännite on tuon rajan alle pari minuttia. 

Hopea alijänniteraja aseteaan luokkaan 12.2 volttia, jolloin saavuttaessaan tämän rajan laturi tipahtaa heti pois päältä. 

Herätteellä tapahtuva heräte

TBS omnicharge voidaan ohjelmoida toimimaan myös ihan herätteellä, jolloin virtalukolta otetaan signaali laitteelle, jolloin laite aktivoituu. Samat jänniterajat kumminkin toimivat tässäkin. Tämän toimintatavan etu on se, että jos ladataan lepotilassa starttiakkua, ei DC-DC laturi lähde turhaan päälle. 

Latauksen toiminta

Kun olet lähdössä liikenteeseen ja käynnistät moottorin alkaa laturi lataaamaan starttiakkua, mutta ei täydellä teholla. Ajastin lähtee laskemaan minuutteja, kunnes se kytkee laturin päälle. Jos olet vielä ns. satamassa ja laturi ei lataa riittävästi, tipahtaa starttiakun jännite katkaisurajan alle ja laturi jää odottamaan taas aikaviivettä. Tämä toiminto estää sen, että starttiakku ei pääse purkautumaan ja laturi ei pääse kuumenemaan liikaa. Kun moottori saa kierroksia ja latausjännite nousee riittävän korkealle, alkaa laturi pysymään päällä ja hupipiiri latautuu. Sama taas toisinpäin, kun kierrokset laskee, jännite laskee ja laturi pomppaa pois päältä. 

Ohjelmoinnin yhteydessä seuraan, että laturi ei kuumene liikaa, ja että starttiakun jännite pysyy  vakaasti riittävän ylhäällä. Jos starttiakun jännite pyrkii tippumaan alaspäin moottorin kierroksista huolimatta, tiputan hieman latausvirtaa alaspäin, jotta starttiakun jännite pysyy yli kolmesstoista voiltissa. 

Litiumakku ja maasähkölaturi

Litiumakkua voidaan ladata maasähkölaturilla jossa on latausohjelma litiumakulle. Latausta voi kokeilla myös aivan perus AGM ohjelmalla, mutta kaikki laturit eivät lataa oikein tai aivan täyteen akkua. Akku sinänsä tästä ei vaurioidu. Jos käytössäsi on vanha useampilähtöinen laturi, niin tätä ei voi kytkeä yhtäaikaa lataamaan sekä lyijy että litiumakkua, koska tällaisissa latureissa on vain yksi latausohjelma, joka koskee kaikkia akkupankkeja. 

Yksinkertaisimmillaan latauksen voi toteuttaa esimerkiksi Victronin Blue Smart laturilla, joka lataa vain litium akkupiiiriä, kuten kuvassa. 

Teknisesti ratkaisu on toimiva, mutta etenkin suurissa akkupankeissa tämän akkulaturin kapasiteetti ja kesto tulee hyvin nopeasti vastaan. Käytännössä laturi joutuu toimimaan aina ihan täysillä ja pienikokoisena se tuppaa käymään kuumana. 

Toisekseen, asia joka tulee aina huomioida akkulaturin mitoituksessa on kulutus. Niin veneen, kuin matkailuauton kulutus saattaa äkkiä olla 10-20A, kun kaikki laitteet on päällä ja kännykät sekä tabletit ja läppärit latauksessa. 

Suositeltavampi tapa toteuttaa maasähkölataus on käyttää useampilähtöistä laturia, joka pystyy lataamaan kaikki akkupankit yhtäaikaa. Asuntoautokäytössä yleensä se kaksi pankkia, mutta venekäytössä voi olla kolmantena myös esimerkiksi keulapotkurin akkupiiri, joka vaatii yhden latauspiirin lisäksi. 

TBS omnicharge 2 laturit on tarkoitettu juuri tähän käyttöön. Ainoana markkinoilla ne pystyvät lataamaan yhtäaikaa erilaisia akkutyyppejä. LAturin kolme lähtöä on ohjelmoitavissa jokainen eri akkytyypille ja tarvittaessa sen latausvirtaa voidaan rajoittaa. Tässä on myös syytä olla tarkkana laturin asetusten kanssa, koska jos akku tulee piripintaan täyteen ja laturi menee lepotilaan, tulee palautumisjännite asettaa suhteellisen korkealle, että laturi älyää taas alkaa lataamaan. Tässä on syynä litiumakun erittäin korkea kynnysjännite. 

Miten kytketään Aurinkopanelin lataussäädin litiumakkuun? 

Aurinkopanelin lataussäädin  tulee myöskin tukea litiumakun latausta. Tässä on yleensä suotittuja malleja ollut Victronin Smartsolar lataussäätimet, mutta myös SRNE ja TBS omnciharge säätimet toimivat erittäin hyvin, kunhan vaan muistaa käydä tarkastamassa jälleen kerran, että lataussäädin tukee litiumakkua. Aurinkopanelin lataussäädin kytketään aina käyttö, eli hupiakkupiiriin. 

DC DC laturin ja aurinkopanelisäätimen yhdistelmä

Markkinoille on tullut myös latureita, jotka on nimenomaan tarkoitettu tällaiseen käyttöön. Esimerkiksi SRNE valmistaa sarjaa tuotteita, joissa on yhdistettynä DC-DC laturi, sekä aurinkopanelin lataussäädin. samassa. Tämä on erittäin kätevä matkailuajoneuvoihin ja  veneisiin. Yhdistämällä bluetoothin laitteeseen pääsee helposti säätämään vaikka lennossa laitteen parametrejä. 

Kuvassa SRNE MD1250N05

Muita vaihtoehtoja? 

Tässä oli tiivistettynä yksinkertaisimmat latausvaihtoehdot ajateltuna veneilijän ja osittain karavaanarin kannalta. Toteutustapoja löytyy tähän muitakin, mutta tämä on osoittautunut helpoimmaksi tavaksi tehdä tämä varmasti toimivaksi.