Koduseks energiasalvestuseks kasutatavad LiFePo4 liitiumakud koosnevad individuaalsetest elementidest mis on omavahel ühendatud vastavalt soovitud mahtuvuse ja pinge kombinatsiooni saavutamiseks. Loogika on täpselt sama nagu tavaliste pliiakude jadasse ja/või paralleeli ühendamine kõrgema pinge ja suurema mahtuvuse saavutamiseks. Nii plii- kui liitiumaku vajavad tasakaalustamist kuid mida täpsemalt selle tasakaalustamise all silmas peetakse? Kuidas tasakaalustamine toimub ning kuidas see aku kasutamist mõjutab?
Enne kui me asume LiFePo4 (liitium raudfosfaat) akude tasakaalustamise juurde, tuletame põgusalt meelde aku koostamise loogika. Erinevad lahendused vajavad erinevate pingete ja amper-tundidega akut. Tagasihoidliku tarbimisega elektroonikaseadmete aku võib koosneda ühest ainsast elemendist, samas elektriauto aku koosneb sadadest või isegi tuhandetest elementidest. Näiteks 12.8V pingega aku koostamiseks läheb vaja 4 LiFePo4 elementi (neist igaüks on 3.2V nimipingega). 12V pliiaku koosneb 6x2V elemendist.
Enne akupaki koostamist on oluline veenduda et kasutatavad elemendid oleksid võimalikult sarnased – oma mahutavuse, pinge kui ka oma sisetakistuse osas ning samuti tuleb elemendid omavahel tasakaalustada.
MIS ON ELEMENTIDE TASAKAALUSTAMINE?
Tasakaalustamise mõte on aku elementide valimine ja kokku sobitamine selliselt et ühes akupangas oleksid koos võimalikult sarnaselt käituvad elemendid. On oluline meeles pidada et tasakaalustamist tuleb teostada enne aku koostamist, peale aku koostamist ning regulaarselt kogu ülejäänud akupanga eluea jooksul. Seda selleks et garanteerida akupanga optimaalne töö.
MIKS TASKAALUSTAMINE OLULINE ON?
LiFePo4 akupangas asuv BMS peatab akupanga laadimise ja koormamise kohe kui mõni element jõuab kriitilise piirini. Laadimise ajal on selleks piiriks maksimaalselt 3.65V ning minimaalselt 2.5V kuid tegelikkuses on need piirid mõistlik seadistada varasemaks – näiteks 3.625 ja 3V.
Kui nüüd meie akupangas on üks element mis on teistest tunduvalt madalama laetuse tasemega (SoC) siis akut koormates jõuab see element 3V piirile ajal mil teised elemendid veel osaliselt täis on. BMS rakendub, lülitab akul koormuse järelt ära ning see energia mis veel akus alles oli on sisuliselt raisku läinud. Samamoodi kui akut laadides element, millel on teistest kõrgem SoC, jõuab enne teisi 3.625V peale ning taaskord rakendub BMS. Seekord peatab BMS aku laadimise enne kui kõik elemendid on 100% peale jõudnud, raisates seeläbi aku mahtuvust.
Sellise tasakaalustamata akupanga puhul võib vabalt juhtuda et kasutame ainult väikest osa saadaolevast mahust.
LIFEPO4 ELEMENTIDE ESMANE TASAKAALUSTAMINE
Enne kui värskelt soetatud elemendid tohib akupangaks kokku laduda tuleb teostada esmane tasakaalustamine. Selleks on laias laastus kaks varianti.
Esimesel juhul ühendatakse kõik elemendid omavahel paralleelselt. Moodustades ühe 3.2V nimipingega akupanga mille mahtuvuseks on kõikide elementide mahtuvused kokku liidetult. Seejärel laetakse seda ühist akupanka 3.65V laadimispingega ja maksimaalselt 0.2C laadimisvooluga kuni kõik elemendid jõuavad 3.65V peale. Akude “C määr” on suhtarv aku mahtuvuse ja sisse/välja liigutatava voolutugevuse vahel. 1C = aku mahtuvus Ampertundides. Seega kui laeme 100Ah akut 50A voolutugevusega, siis järelikult laeme teda 0.5C’ga.
Teisel juhul laetakse kõik elemendid ükshaaval 3.65V peale, (taaskord laadides maksimaalselt 0.2C’ga) seejärel ühendatakse samuti omavahel paralleelselt ning lastakse vähemalt paar päeva seista. Sellise seismise käigus akude pinged ühtlustuvad lõplikult ning nad on valmis akupangaks komplekteerimiseks.
LIFEPO4 ELEMENTIDE JOOKSEV TASAKAALUSTAMINE
LiFePo4 akupangad (või ükskõik millised liitium akupangad) varustatakse aku halduse süsteemiga (BMS) mis jälgib nii kogu akupanka kui ka iga üksikut elementi selles pangas. BMSi üheks ülesandeks on elementide pingete (ja seeläbi laetuse taseme) tasakaalustamine kui aku hakkab lähenema 100% SoC (State of Charge ehk laetuse tase). LiFePo4 elementide jaoks on tööstuses kokku lepitud standardiks alustada balansseerimist kui element ületab 3.6V piiri.
BMSi muude ülesannete hulka kuulub aku laadimise/koormamise peatamine kui mõne elemendi või siis terve akupanga pinge väljub etteantud piiridest. Sellega tagab BMS et hooldamata aku või viga saanud element ei põhjusta terve akupanga riknemist.
