Wat is laadstroom?
De klant verschijnt met een specificatieblad met de vraag of hij kan opladen bij 1C. Dat kan. Maar 1C is een plafond, geen aanbeveling. Veel mensen begrijpen dit onderscheid niet, of ze begrijpen het wel, maar het kan ze niets schelen. Tot de batterij voortijdig leeg is en iemand moet uitleggen wat er mis is gegaan.
Laadstroom is hoe snel je elektriciteit in de accu duwt. Ampère. Alleen naar versterkers kijken heeft geen zin; je moet de relatie met de capaciteit zien.. 100Ah-accu bij 100 A is 1 C, theoretisch vol in één uur. Bij 50A is dat 0,5C, twee uur. Een 18650-cel met een vermogen van 2600mAh, 0,5C betekent 1,3A. C-rate is een industriestandaard manier om batterijen van verschillende formaten op gelijke voet te vergelijken.
De meeste lithiumbatterijen doen het prima bij 0,5C voor dagelijks gebruik. We maken lang genoeg vorkheftruckbatterijen om te zien dat er veel pakketten kapot gaan door 1C-opladen. Ik zeg niet dat 1C niet kan werken, op de korte termijn is het prima, maar na vier- of vijfhonderd cycli wordt het verschil zichtbaar. De 0,5C-pakketten doen het nog steeds goed, de 1C-pakketten nemen al capaciteit af. Je kunt de chemie uitleggen zoveel je wilt, mensen geloven het pas als ze de gegevens van hun eigen wagenpark zien.
Waarom gebeurt dit? Lithiumionen moeten tijdens het opladen in de grafietlagen op de anode intercaleren. Als de stroom te hoog is, kunnen ionen niet snel genoeg op één lijn komen om binnen te komen. In plaats daarvan stapelen ze zich op het oppervlak op als metallisch lithium. Metallisch lithium groeit uit tot dendrieten, steekt door de afscheider, interne kortsluiting, thermische overstroming. Incidenten in de batterijfabriek halen nu elke paar maanden het nieuws. Meestal meerdere oorzaken, maar laadproblemen komen vaker naar voren in de analyse van de hoofdoorzaken dan fabrikanten graag toegeven.
Het opladen van lithiumbatterijen verloopt in drie fasen.
Iedereen in het bedrijf weet dit, maar niet iedereen besteedt aandacht aan alle drie de zaken.
Vooraf- opladen
Spanning onder de 3V, je kunt er niet met volle stroom op komen. De materiaalstructuur van de anode wordt onstabiel na een diepe ontlading, waardoor het binnendringen van stroom onomkeerbare schade veroorzaakt. De voorlaadfase- gebruikt ongeveer 10% van de normale stroom, waardoor de spanning langzaam weer omhoog gaat. Misschien 0,05C totdat de spanning boven de drempelwaarde komt. Veel goedkope opladers slaan dit volledig over. De batterij staat de hele winter in een onverwarmd magazijn, de spanning zakt naar 2-punts-iets, de lente komt en iemand sluit hem meteen aan op volle stroom. Zes maanden later beginnen de problemen zich voor te doen. Dit patroon zien we ieder jaar bij noordelijke klanten. Zelfde gesprek, zelfde resultaat.
Constante stroom
De constante stroomfase doet het zware werk. De stroom blijft constant terwijl de spanning stijgt. Met 0,5 °C bereikt u in minder dan twee uur ongeveer 80%. Dit is waar de meeste energie in gaat. Er valt niet veel uit te leggen over dit onderdeel, het werkt zoals je zou verwachten.
Constante spanning
Een constante spanningsfase is wat mensen graag overslaan. Nadat de spanning het plafond heeft bereikt-4,2 V per cel voor ternaire chemie zoals NMC, moet 3,65 V voor LFP-stroom vanzelf afnemen. De spanning blijft stabiel, de stroom daalt naarmate de cel bijna vol is en eindigt rond de 0,01C. Voor die 2600mAh 18650 betekent dat uiteindelijk ongeveer 26mA. Deze fase duurt ongeveer een uur. Als je op de klok kijkt en de vorkheftruck weer op de grond moet hebben, wordt deze fase afgebroken. Het resultaat is dat er ofwel 10-15% te weinig wordt geladen, ofwel dat u de kathode benadrukt terwijl u probeert meer capaciteit binnen te dringen. Geen van beide is goed, maar mensen doen het toch.
Temperatuurfactor
Temperatuur verandert dingen. Koude elektrolyt is stroperig, ionen bewegen niet goed. Dezelfde 0,5°C die prima werkt bij kamertemperatuur kan bij temperaturen onder het vriespunt lithiumplating veroorzaken. Voor toepassingen in koude opslag en gekoelde magazijnen zijn batterijen met ingebouwde verwarmingssystemen nodig. Verwarm de cellen tot minimaal 5 graden voordat ze laadstroom accepteren. Klanten denken dat verwarming onnodige kosten zijn totdat de batterijen vroegtijdig leeg raken. Dan komen ze vragen waarom niemand hen heeft gewaarschuwd. Wij hebben ze gewaarschuwd. Op het specificatieblad staat niet voor niets het bedrijfstemperatuurbereik.
LFP gaat beter om met misbruik dan ternair, een deel van de reden waarom het nu domineert op het gebied van materiaalverwerking. Sommige cellen zijn geschikt voor opladen bij 15C. Dat je het aankunt, betekent niet dat je het moet doen. We hebben vergelijkingstests uitgevoerd, langdurig opladen bij 1C versus 0,5C, en een gelijkwaardige cyclus van twee jaar. Het capaciteitsverschil was 8-12%, afhankelijk van hoe goed de temperatuur werd geregeld. Niet catastrofaal, maar dat is echt geld als je kijkt naar de kosten voor vlootvervanging.
Operationeel gevaar
Een ander probleem dat voortdurend naar voren komt, is het matchen van opladers. De 0,5C-lader gebouwd voor 200Ah levert 100A. Vervang er een 100Ah vervangende accu in en ineens zit je op 1C, of je dat nu bedoelde of niet. Gebeurt voortdurend tijdens apparatuurupgrades en batterijvervanging. Niemand controleert of de oplader nog geschikt is voor het nieuwe pakket. Batterij werkt prima totdat het niet meer werkt.
Er is een gezegde in de sector van vorkheftruckbatterijen: de batterijkosten bedragen 30% van de hele vrachtwagen. OSHA heeft specifieke voorschriften voor oplaadgebieden, 1910.178, vereisten voor waterstofventilatie, oogspoelstations, behandeling van gemorste zuur. In het lood-tijdperk waren deze verplicht omdat de opbouw van waterstofgas tijdens het opladen explosief is. In het Lithium-tijdperk verdween het waterstofprobleem, maar het risico op thermische op hol geslagen veranderde zojuist van vorm. Ander gevaar, heeft nog aandacht nodig.
Laadstroom is slechts een getal op het specificatieblad. Daarachter staat hoe lang uw batterij meegaat en of er iets misgaat voordat het zou moeten gebeuren. Zorg voor de juiste selectie bij het specificeren van apparatuur, goedkoper dan het vervangen van batterijen nadat zich problemen voordoen.
