Litiumakkujen aika on nyt. Yhä useampi veneilijä tai karavaanari vaihtaa akkunsa litiumiin, vanhojen lyijuakkujen hiivuttua, eikä syyttä. Litiumakkujen ominaisuudet ovat täysin ylivertaiset verrattuna lyijyakkuihin. 

Tämä on artikkelin osa 1. jossa käymme läpi lyijy- ja litiumakkujen eroja. Olemme pyrkineet pitämään tämän tiivistettynä, ja helppolukuisena, eikä monisyisenä tieteellisenä artikkelina. 

Lyijyakun käyttäytyminen ja sen ongelmat

Kun puhutaan lyijyakuista, puhutaan kaikista akuista, joissa perus ydinaineena on lyijy; AGM, SMF, Avoin, Geeli, Rullakenno, jne. Nämä akkutyypit eroavat keskenään paljonkin toisistaan, mutta keskeiset ominaisuudet pysyvät samalla hehtaarilla. Emme lähde tässä erittelemään hienojakoisemmin näitä akkuja. 

Lyijyakun eittämättä paras puoli on se, että akku on suhteellisen edullinen valmistaa ja sen käyttäytyminen on suhteellisen loivaa ja se kestää kohtuullisen hyvin erilaisia koviakin olosuhteita sekä ottaa näennäisesti virtaa vastaan epämääräisemmilläkin lataus ja latauksen valvontatekniikoilla, joskin väärin käytettynä ne osaavat kyllä myös hajota. 

Huono puoli lyijyakussa on taas sen heikko kyky ottaa varausta nopeasti vastaan ja se, että akkua ei voi purkaa kovin tyhjäksi ilman että akku vaurioituu. 

Lyijyakun lataaminen 

Hyvä lyijyakku pystyy ottamaan hetken varausta vastaan noin 0,2 x kapasiteettinsa verran. Tämä tarkoittaa esimerkiksi sadan ampeerin akulla noin 20 Ampeeria. Kumminkin akun virranottokyky tippuu hyvin nopeasti latauksen edetessä

Lyijyakku käyttää vakiovirran vakiojännite (CCCV) -latausmenetelmää. Säädetty virta nostaa jännitettä, kunnes latausjännitteen yläraja saavutetaan, jolloin virta laskee akun kyllästymisen vuoksi. Mikäli latausvirta on akulle riittävä, on latausaika silti minimissään 12–16 tuntia ja jopa 36–48 tuntia suurilla paikallaan olevilla akuilla. Suuremmilla latausvirroilla ja monivaiheisilla latausmenetelmillä latausaika voidaan lyhentää 8–10 tuntiin, kuitenkin ilman täyttä täytelatausta. Lyijyhappo on hidasta, eikä sitä voida ladata yhtä nopeasti kuin litiumia.

CCCV-menetelmällä lyijyakkuja ladataan kolmessa vaiheessa, jotka ovat [1] vakiovirtalataus, [2] täydennysvaraus ja [3] kelluva lataus. Vakiovirtalataus lataa suurimman osan latauksesta ja vie noin puolet vaaditusta latausajasta, täyttövaraus jatkuu pienemmällä latausvirralla ja saattaa akun kyllästymispisteeseen ja kelluva varaus kompensoi itsepurkauksen aiheuttamaa menetystä.

Vakiovirtalatauksen aikana akku latautuu noin 70 prosenttiin 5–8 tunnissa, loput 30 prosenttia täytetään hitaammalla täytelatauksella, joka kestää vielä 7–10 tuntia. Täyttölataus on välttämätön akun kunnon kannalta ja sitä voidaan verrata pieneen lepoon hyvän aterian jälkeen. Jos akku on jatkuvasti puutteessa, se menettää lopulta kyvyn ottaa täyteen latausta vastaan ​​ja suorituskyky heikkenee sulfaation vuoksi . Kelluva lataus kolmannessa vaiheessa pitää akun täyteen ladattuna.

1. Vaihe  akun jännite nousee, kunnes se saavuttaa ennakkoon asetetun maksimin
2. Vaihe , virta tippuu, kunnes se saavuttaa minimin
3. vaihe, ylläpito, jossa kompensoidaan itsepurkausta

Lyijyakun purkautuminen

Lyijyakun voi purkaa kohtuullisesti  ilman suuria vaurioita noin puolilleen. Jos akun kapasiteetti on vaikka 100Ah, siitä saa täysin piripintaan ladattuna ulos karkeasti 50 ampeerituntia.  Alla taulukko jännitteineen, joka kuvaa lyijyakun jännitetasoa akun navoilta mitattuna ja sen kapasiteettia, olettaen, että akku on täyteen ladattu. 

Tähähän kun huomioidaan vielä se, että akun varautuminen täyteen vaatii yleensä liki vuorokauden intensiivisen latauksen, ollaan lopputuloksessa, että normaalissa venekäytössä tehokkaasti käytettyjä ampeeritunteja jää käyttöön itseasiassa paljon vähemmän kuin akun kylkeen on todellisuudessa kirjoitettu.  

Myös purkausvirta vaikuttaa kapasiteettiin. Mitä suuremmalla virralla akkua puretaan, sitä vähemmän sieltä saa ampeereita ulos. Alla taulukko, jossa on esitetty lyijyakun purkautumista eri käyrillä. C100 tarkoittaa akun purkamista sadan tunnin aikana ja C3 taas purkamista kolmen tunnin aikana. Siinä missä sama virta otetaan helposti sadassa tunnissa ulos, on kolmessa tunnissa otettuna akku täysin syväpurkautunut. Tämän vuoksi on suositeltavaa mitoittaa lyijyakkupankki reilun kokoiseksi, jolloin se ottaa enemmän virtaa vastaan ja myös luovuttaa sitä enemmän vaurioitumatta.  

Litiumakun latautuminen

Litiumakku käyttäytyy täysin toisella tapaa varautumistilanteessa. Se pystyy ottamaan virtaa usein jopa nimelliskapasiteettinsa verran. Eli 100Ah akkua voi parhaimmillaan ladata jopa 100A virralla. Toki tämä on useimmille perus LiFePo4 akuille liikaa, ja käytännön lataus on luokkaa C5, eli puolet nimelliskapasiteetista, MUTTA litiumakku ottaakin virtaa vastaan alusta loppuun liki yhtä hanakasti ilman mainittavaa virranottokyvyn tippumista.  

Alla kaaviokuva yhden kennon varautumiskäyrästä kun sitä varataan vakiovirralla. 

Punainen käyrä tarkoittaa latausvirtaa, olkoot se tässä akkulaturi joka työntää akkuun täydelllä kapasiteetillaan virtaa. (Tässä tapauksessa 1,2A verran, mutta voimme sopia sen vaikka 40 ampeeriksi, joka voi olla tyypillinen akkulaturin koko veneessä.) Laturi työntää maksimilla liki akun varautumisen loppuun saakka, kunnes akku alkaa täyttymään ja varautuminen hidastuu jyrkästi. 

Sininen käyrä kertoo akun kapasiteetin kasvun, joka nousee suoraan ylöspäin liki loppuun saakka. 

Musta kuvaa taas akun jännitteen kasvun, sek pysyy hyvin pitkään vakaana, kunnes saavuttaa maksimin ja akku tulee täyteen. 

Litiumakun purkautuminen

Litiumakku pystyy pitämään jännitteensä hyvin vakaana liki alusta loppuun saakka. Ensimmäisen 10% aikana jännite tipahtaa hieman, mutta sen jälkeen jännite pysyy liki muuttumattomana viimeisille prosenteille saakka. Tästä on merkittävää etua, etenkin jääkaappien, lämmittimien ja muiden vastaavien laitteiden kanssa, jotka ovat arkoja alijännitteelle. Litiumakku on myöskin suhteellisen tunnoton sille, paljonko akkua puretaan. Voit purkaa akkua liki koko kapasiteettinsa verran ja varata sen uudelleeen täyteen ilman, että akku mainittavasti vaurioituu. 

Litiumakun rajoitukset

Tässä artikkelissa olemme puhuneet litiumakuissa käytännössä LiFePO4 akuista, jotka ovat se tyypillisin korvausakkutyyppi venekäytössä 

Litiumakun parhaat ominaisuudet ovat siis mahtava virranottokyky, luovutuskyky, mutta ei niin hyvää, että jotain huonoakin. 

Yksi miinuspiirre litiumakuissa on, että ne eivät ota varausta vastaan pakkasella. Niitä voidaan purkaa jopa kymmeneen asteeseen saakka, mutta pakkasessa akku ei lataudu. Näitä kierretään erilaisilla lämmitysfilmeillä, jotka lämmittää akkua lataustilanteessa ensin niin, että akku saadaan plussan puolelle. Akkua ei myöskään saa purkaa ihan täysin tyhjäksi ja ylilatauksellekin ne on herkkiä. 

Litiumakun BMS

Litiumakkuihin asennetaan käytännössä aina BMS, eli battery management system. Suurimmassa osassa nykyään myytävistä akuista tällainen BMS yksikkö löytyy. Sen tehtävänä on valvoa akun purkaus ja latausvirtaa ja tilaa, sekä lämpötiloja ja huolehtia akun turvallisesta toiminnasta. Tämä BMS toimii tosiasiassa myös akun vartijana jolloin kaikki virta menee sen läpi, tällöin BMS tehonkesto vaikuttaa myös siihen paljonko sieltä akusta saadaan virtaa ulos. Tämä kannattaa huomioida erityisesti kun akkuja käytetään startti- ja keulamoottori tai potkurikäytössä. 

BMS moduleita ja erillisiä litiumkennoja saa nykyään hankittua erikseen ja niistä pystyy osaava rakentelija tekemään haluttuja paketteja. Perus veneilijän jonka harrastuneisuuden taso ei ole korkea, ei ole järkevää lähteä kasaamaan paketteja osista, vaan käyttää valmiita teollisia tuotteita. Näin voidaan varmistua, että akut toimivat niin kuin niiden kuuluisi toimia.

Alla kuva ns osista tehdystä litiumakkupankista. Osaavissa käsissä näistäkin saa toimivan, mutta haluaisitko tällaista oman veneesi pilssiin? Korroosion iskiessä toiminta ei ole enää välttämättä suunniteltua. 

Vai haluaistko kumminkin asentaa veneeseesi tällaisen valmiin IP67 vesitiiviin paketin?

Litiumakku ja lyijyakku yhdessä