Latauksen aikana positiivinen aktiivinen materiaali hapettuu tuottaen elektroneja ja negatiivinen materiaali pelkistyy kuluttaen elektroneja. Nämä elektronit muodostavat sähkövirran ulkoisessa virtapiirissä. Elektrolyytti voi toimia yksinkertaisena puskurina elektrodien väliselle sisäiselle ionivirralle, kuten litium-ioni- ja nikkelikadmiumkennoissa, tai se voi olla aktiivinen osallistuja sähkökemiallisessa reaktiossa, kuten lyijyhappokennoissa.
Latausakkujen lataamiseen käytetty energia tulee yleensä akkulaturista, joka käyttää vaihtovirtaverkkosähköä, vaikka jotkin akkulaturit ovatkin varustettu siten, että ne voivat käyttää ajoneuvon 12 voltin tasavirtapistorasiaa. Virtalähteen jännitteen on oltava korkeampi kuin akun jännitteen, jotta akkuun saadaan virtaa, mutta ei kuitenkaan liian korkea, sillä muuten akku voi vaurioitua.
Latauslaitteet lataavat akun muutamasta minuutista useisiin tunteihin. Hitaat ”tyhmät” laturit, joilla ei ole jännite- tai lämpötilan tunnistusominaisuuksia, latautuvat alhaisella nopeudella, ja täyteen lataukseen kuluu yleensä 14 tuntia tai enemmän. Pikalaturit lataavat akut tyypillisesti kahdesta viiteen tunnissa mallista riippuen, ja nopeimmat latauslaitteet lataavat akut jopa viidessätoista minuutissa. Pikalatureissa on oltava useita tapoja havaita, milloin kenno saavuttaa täyden latauksen (päätejännitteen muutos, lämpötila jne.), jotta lataus voidaan pysäyttää ennen haitallista ylilatausta tai ylikuumenemista. Nopeimmissa latureissa on usein jäähdytystuulettimet, jotka estävät kennojen ylikuumenemisen. Pikalataukseen tarkoitetuissa akkupaketeissa voi olla lämpötila-anturi, jota laturi käyttää suojaamaan akkupakettia; anturissa on yksi tai useampi ylimääräinen sähköinen kosketus.
Erilaiset akkukemiat vaativat erilaisia latausmenetelmiä. Esimerkiksi jotkin akkutyypit voidaan ladata turvallisesti vakiojännitelähteestä. Toiset tyypit on ladattava säännellyllä virtalähteellä, joka kapenee, kun akku saavuttaa täysin ladatun jännitteen. Akun lataaminen väärin voi vaurioittaa akkua; ääritapauksissa akut voivat ylikuumentua, syttyä tuleen tai purkaa sisältönsä räjähdysmäisesti.
PurkautumisnopeusMuokkaa
Akkujen lataus- ja purkautumisnopeuksista puhutaan usein viittaamalla virran C-nopeuteen. C-nopeus on se, joka teoreettisesti lataisi tai purkaisi akun täyteen yhdessä tunnissa. Esimerkiksi tihkulataus voidaan suorittaa C/20 (tai ”20 tunnin” nopeudella), kun taas tyypillinen lataus ja purku voi tapahtua C/2:lla (kaksi tuntia täyttä kapasiteettia varten). Sähkökemiallisen kennon käytettävissä oleva kapasiteetti vaihtelee purkautumisnopeuden mukaan. Osa energiasta häviää kennon komponenttien (levyt, elektrolyytti, liitännät) sisäisessä resistanssissa, ja purkausnopeutta rajoittaa nopeus, jolla kemikaalit voivat liikkua kennossa. Lyijyhappokennojen osalta ajan ja purkautumisnopeuden välistä suhdetta kuvaa Peukertin laki; lyijyhappokenno, joka ei enää pysty ylläpitämään käyttökelpoista päätejännitettä suurella virralla, voi edelleen säilyttää käyttökelpoisen kapasiteetin, jos se purkautuu paljon pienemmällä nopeudella. Ladattavien kennojen tietolehdissä ilmoitetaan usein purkauskapasiteetti 8 tunnin tai 20 tunnin tai muulla ilmoitetulla ajalla; keskeytymättömän virransyötön järjestelmissä käytettävät kennot voidaan mitoittaa 15 minuutin purkausajalla.
Akun pääjännite ei ole vakio latauksen ja purkauksen aikana. Joidenkin tyyppien jännite on suhteellisen vakio purkauksen aikana suurimman osan kapasiteetistaan. Ei-ladattavat alkali- ja sinkkihiilikennot tuottavat uutena 1,5 V, mutta tämä jännite laskee käytön myötä. Useimmat NiMH AA- ja AAA-kennot ovat nimellisjännitteeltään 1,2 V:n jännitteisiä, mutta niiden purkautumiskäyrä on tasaisempi kuin alkaliparistojen, ja niitä voidaan yleensä käyttää laitteissa, jotka on suunniteltu käyttämään alkaliparistoja.
Akkujen valmistajien teknisissä huomautuksissa viitataan usein kennokohtaiseen jännitteeseen (voltage per cell (VPC)) yksittäisten kennojen osalta, joista akku koostuu. Esimerkiksi 12 V:n lyijyakun (joka sisältää 6 kennoa, joiden kunkin jännite on 2 V) lataaminen 2,3 VPC:n jännitteellä edellyttää 13,8 V:n jännitettä akun napojen yli.
Kennon kääntymisestä aiheutuvat vauriot Muokkaa
Tyhjentyneen kennon altistaminen virralle suuntaan, joka pyrkii tyhjentämään sitä entisestään siihen pisteeseen asti, että positiivinen ja negatiivinen napa vaihtavat napaisuuttaan keskenään, aiheuttaa tilan, jota kutsutaan nimellä kennon kääntyminen. Yleensä virran työntäminen purkautuneen kennon läpi tällä tavoin aiheuttaa ei-toivottuja ja palautumattomia kemiallisia reaktioita, jotka johtavat kennon pysyvään vaurioitumiseen.Kennon kääntyminen voi tapahtua useissa eri tilanteissa, joista kaksi yleisintä on:
- Kun akku tai kenno kytketään latauspiiriin väärin päin.
- Kun useista sarjaan kytketyistä kennoista koostuva akku purkautuu syvästi.
Viimeisessä tapauksessa ongelma johtuu siitä, että akun eri kennoilla on hieman erilainen kapasiteetti. Kun yksi kenno saavuttaa purkautumistason ennen muita, jäljelle jäävät kennot pakottavat virran purkautuneen kennon läpi.
Monissa akkukäyttöisissä laitteissa on matalajännitekatkaisu, joka estää syväpurkaukset, jotka voivat aiheuttaa kennon kääntymisen. Älykkäässä akussa on sisäänrakennettu jännitteen valvontapiiri.
Kennon kääntyminen voi tapahtua heikosti ladatulle kennolle jo ennen kuin se on täysin purkautunut. Jos akun tyhjennysvirta on riittävän suuri, kennon sisäinen vastus voi luoda resistiivisen jännitehäviön, joka on suurempi kuin kennon eteenpäin suuntautuva emf. Tämä johtaa kennon napaisuuden kääntymiseen virran kulkiessa. Mitä suurempi on akun vaadittu purkautumisnopeus, sitä paremmin kennot on sovitettava yhteen sekä kennotyypiltään että varaustilaltaan, jotta kennon kääntymisen mahdollisuus pienenee.
Jossain tilanteissa, kuten korjattaessa aiemmin yliladattuja NiCd-akkuja, voi olla suotavaa purkaa akku kokonaan. Kennojen kääntöilmiön aiheuttamien vaurioiden välttämiseksi on välttämätöntä päästä käsiksi kuhunkin kennoon erikseen: kukin kenno puretaan erikseen kytkemällä kuormanpidin kunkin kennon napojen yli, jolloin vältetään kennojen kääntöilmiö.
Vaurioituminen varastoitaessa täysin purkautuneessa tilassaEdit
Jos monikennoinen akku on täysin purkautunut, se vaurioituu usein edellä mainitun kennojen kääntöilmiön vuoksi.On kuitenkin mahdollista purkaa akku kokonaan ilman, että se aiheuttaa kennojen kääntövaikutusta – joko purkamalla jokainen kenno erikseen tai antamalla kunkin kennon sisäisen vuodon haihduttaa varauksensa ajan mittaan.
Sitäkin huolimatta, että kenno saataisiin täysin purkautuneeseen tilaan ilman kääntövaikutusta, vaurioita voi kuitenkin ajan mittaan syntyä jo pelkästään purkautuneeseen tilaan jäämisen vuoksi. Esimerkkinä tästä on sulfatoituminen, jota tapahtuu lyijyakuissa, jotka jätetään hyllylle pitkäksi aikaa.Tästä syystä on usein suositeltavaa ladata akku, jonka on tarkoitus jäädä varastoon, ja ylläpitää sen varaustasoa lataamalla se määräajoin uudelleen.Koska vaurioita voi syntyä myös, jos akkua ylikuormitetaan, optimaalinen varaustaso varastoinnin aikana on tyypillisesti noin 30 %:n ja 70 %:n välillä.
PurkautumissyvyysTiedostoa muokkaa
Purkautumissyvyys (DOD) ilmoitetaan yleensä prosentteina nimellisestä ampeerituntikapasiteetista; 0 % DOD tarkoittaa, että akkua ei pureta. Koska akkujärjestelmän käyttökelpoinen kapasiteetti riippuu purkautumisnopeudesta ja sallitusta jännitteestä purkautumisen lopussa, purkautumissyvyys on kvalifioitava osoittamaan, millä tavalla sitä mitataan. Valmistuksen ja ikääntymisen aikana tapahtuvien vaihtelujen vuoksi täydellisen purkautumisen DOD-arvo voi muuttua ajan tai lataussyklien määrän myötä. Yleensä ladattava akkujärjestelmä sietää enemmän lataus-/purkaussyklejä, jos DOD on alhaisempi jokaisella syklillä. Litiumakut voivat purkautua noin 80-90 prosenttiin nimelliskapasiteetistaan. Lyijyakut voivat purkautua noin 50-60 prosenttiin. Virtausakut voivat purkautua 100-prosenttisesti.
Elinikä ja syklien pysyvyysEdit
Jos akkuja käytetään toistuvasti jopa ilman väärinkäsittelyä, ne menettävät kapasiteettiaan lataussyklien määrän kasvaessa, kunnes niiden katsotaan lopulta saavuttaneen käyttöikänsä lopun. Eri akkujärjestelmillä on erilaiset kulumismekanismit. Esimerkiksi lyijyhappoakuissa kaikki aktiivinen materiaali ei palaudu levyihin jokaisen lataus-/purkaussyklin aikana; lopulta materiaalia katoaa niin paljon, että akun kapasiteetti pienenee. Litiumionityypeissä, erityisesti syväpurkauksessa, latauksen aikana voi muodostua jonkin verran reaktiivista litiummetallia, joka ei ole enää käytettävissä seuraavaan purkaussykliin. Suljetut akut voivat menettää kosteutta nestemäisestä elektrolyytistään, erityisesti jos niitä ladataan liikaa tai käytetään korkeassa lämpötilassa. Tämä lyhentää syklien kestoaikaa.
LatausaikaEdit
Lähteiden etsiminen: ”Rechargeable battery” – uutiset – sanomalehdet – kirjat – tutkija – JSTOR (syyskuu 2017) (Learn how and when to remove this template message)
Latausaika on tärkeä parametri ladattavalla akulla toimivan tuotteen käyttäjälle. Vaikka latausvirtalähteestä saataisiin riittävästi virtaa sekä laitteen käyttämiseen että akun lataamiseen, laite on latausaikana kiinni ulkoisessa virtalähteessä. Teollisuudessa käytettävien sähköajoneuvojen osalta lataaminen työvuorojen ulkopuolella voi olla hyväksyttävää. Maantiellä kulkevissa sähköajoneuvoissa pikalataus on tarpeen, jotta lataus tapahtuisi kohtuullisessa ajassa.
Lataavaa akkua ei voi ladata mielivaltaisen suurella nopeudella. Akun sisäinen vastus tuottaa lämpöä, ja liiallinen lämpötilan nousu vahingoittaa tai tuhoaa akun. Joidenkin tyyppien osalta enimmäislatausnopeutta rajoittaa nopeus, jolla aktiivinen materiaali voi diffundoitua nestemäisen elektrolyytin läpi. Suuret latausnopeudet voivat tuottaa akkuun ylimääräistä kaasua tai johtaa haitallisiin sivureaktioihin, jotka alentavat akun kapasiteettia pysyvästi. Hyvin karkeasti ja monin poikkeuksin ja varoituksin akun täyden kapasiteetin palauttaminen enintään tunnissa katsotaan pikalataukseksi. Akkulaturijärjestelmä sisältää monimutkaisempia ohjauspiiri- ja latausstrategioita pikalatausta varten kuin hitaampaa latausta varten suunniteltu laturi.