Vad är laddningsström?
Kunden dyker upp med specifikationen och frågar om de kan ladda vid 1C. Du kan. Men 1C är ett tak, inte en rekommendation. Många människor får inte den här skillnaden, eller så får de det men bryr sig inte. Tills batteriet dör tidigt och någon måste förklara vad som gick fel.
Laddström är hur snabbt du trycker in elektricitet i batteriet. ampere. Att titta på bara förstärkare är värdelöst, du måste se sambandet med kapacitet. 100Ah batteri vid 100A är 1C, teoretiskt fullt på en timme. Vid 50A är det 0,5C, två timmar. En 18650-cell klassad till 2600mAh, 0,5C betyder 1,3A. C-rate är branschstandard sätt att jämföra olika storlekar på batterier på lika villkor.
De flesta litiumbatterier klarar sig bra vid 0,5C för daglig användning. Vi har tillverkat gaffeltruckbatterier tillräckligt länge för att se många paket dödas av 1C-laddning. Säger inte att 1C inte kan fungera, kortsiktigt är det bra, men efter fyra eller femhundra cykler visar skillnaden sig. 0,5C-paketen är fortfarande starka, 1C-paketen tappar redan kapaciteten. Du kan förklara kemin hur mycket du vill, folk tror det inte förrän de ser data från sin egen flotta.
Varför händer detta? Litiumjoner behöver interkaleras i grafitskikten på anoden vid laddning. För hög ström kan joner inte rada sig tillräckligt snabbt för att komma in, de hopar sig på ytan som metalliskt litium istället. Metalliskt litium växer till dendriter, sticker igenom separatorn, intern kortslutning, termisk flykt. Batterifabriksincidenter gör nyheterna med några månaders mellanrum nu. Vanligtvis flera orsaker, men laddningsproblem dyker upp i grundorsaksanalysen oftare än vad tillverkarna vill erkänna.
Litiumbatteriladdningen har tre steg.
Alla i branschen vet detta men alla är inte uppmärksamma på alla tre.
För-laddning
Spänning under 3V, du kan inte slå den med full ström. Anodmaterialstrukturen blir instabil efter djupurladdning, inträngande ström orsakar oåterkalleliga skador. För-laddningssteget använder cirka 10 % av normal ström, vilket sakta höjer spänningen. Kanske 0,05C tills spänningen återhämtar sig över tröskelvärdet. Många billiga laddare hoppar över detta helt. Batteriet står hela vintern i ett ouppvärmt lager, spänningen sjunker till 2-någonting, våren kommer och någon ansluter den direkt med full ström. Sex månader senare börjar problem dyka upp. Det här mönstret ser vi varje år från kunder i norr. Samma konversation, samma resultat.
Konstant ström
Konstant strömsteg gör det tunga lyftet. Strömmen förblir fixerad medan spänningen stiger, 0,5C får dig till cirka 80 % på mindre än två timmar. Det är här det mesta av energin går in. Inte mycket att förklara om den här delen, den fungerar som du förväntar dig.
Konstant spänning
Konstant spänningssteg är vad folk gillar att hoppa över. Efter att spänningen når taket-4,2V per cell för ternära kemier som NMC, måste 3,65V för LFP-ström avta av sig själv. Spänningen håller konstant, strömmen sjunker när cellen närmar sig full, avslutning vid cirka 0,01C. För den där 2600mAh 18650 betyder det ungefär 26mA i slutet. Detta steg tar ungefär en timme. När du tittar på klockan och behöver gaffeltrucken tillbaka på golvet, avbryts denna fas. Resultatet är antingen 10-15 % underladdat eller så stressar du katoden och försöker tvinga in mer kapacitet. Ingetdera är bra men folk gör det ändå.
Temperaturfaktor
Temperaturen förändrar saker. Kall elektrolyt är trögflytande, joner rör sig inte bra. Samma 0,5C som fungerar bra i rumstemperatur kan orsaka litiumplätering under fryspunkten. Tillämpningar för kylförvaring och kyllager kräver batterier med inbyggda värmesystem. Värm upp cellerna till minst 5 grader innan du accepterar laddningsström. Kunder tycker att uppvärmning är en onödig kostnad tills batterierna dör tidigt. Sedan kommer de och frågar varför ingen varnade dem. Vi varnade dem. Specifikationsbladet säger driftstemperaturintervall av en anledning.
LFP hanterar missbruk bättre än ternärt, en del av varför det dominerar inom materialhantering nu. Vissa celler klassade för 15C laddning. Kan hantera det betyder inte att man ska göra det. Vi körde jämförelsetester, 1C vs 0,5C långtidsladdning, två års motsvarande cykling. Kapacitetsskillnaden var 8-12% beroende på hur väl temperaturen styrdes. Inte katastrofalt men det är riktiga pengar när du tittar på ersättningskostnader för flottan.
Operationell fara
En annan fråga som dyker upp hela tiden är laddarmatchning. 0,5C-laddaren byggd för 200Ah-utgångar 100A. Byt in ett 100Ah ersättningsbatteri och plötsligt är du på 1C oavsett om du tänkt det eller inte. Händer hela tiden under utrustningsuppgraderingar och batteribyten. Ingen kontrollerar om laddaren fortfarande är lämplig för det nya paketet. Batteriet fungerar bra tills det inte gör det.
Det finns ett talesätt inom gaffeltruckbatteribranschen, batterikostnaden är 30 % av hela lastbilen. OSHA har specifika regler för laddningsområden, 1910.178, krav på vätgasventilation, ögonspolningsstationer, hantering av syraspill. Bly-eran var obligatoriska eftersom vätgasansamling under laddning är explosiv. Litiumeran väteproblemet försvann men risken för att termisk flykt ändrade bara form. Annan fara, kräver fortfarande uppmärksamhet.
Laddström är bara en siffra på specifikationsbladet. Bakom det är hur länge ditt batteri håller och om något går fel innan det borde. Få rätt val när du anger utrustning, billigare än att byta batterier efter att problem dyker upp.
