Eelmises postituses oli fookuses Li-Ion akud ja nende ehitus. Seekord leiad kasuliku infot selle kohta kuidas peaks akut hoidma, et vältida olukorda kus teie elektritõukeratas süttib. Samuti selgitame, et mis põhjustab aku süttimist. Tähtis on, et elektritõukeratas oleks kaua kestev, kuid veelgi tähtsamal kohal on teie ohutus.
Li-Ion akud on lahutamatuks osaks meie elus. Neid leidub nutitelefonides, robot tolmuimejates, elektriautodes, droonides ja kaamerates. Ka elektritõukeratas ja aku on omavahel lahutamatud.
Vaatamata sellele, et tänapäevased Li-Ion akud on käepärased ja töökindlad, võivad akud ja elektritõukerattad vale kasutamise tõttu olla ka ohtlikud. Internetist leiab palju videoid, pilte ning ka artikleid akude süttimisest. Tähtis on teada, et juba süttinud akuga elektritõukeratas on väga raskesti kustutatav.
Akud on tänapäeval kergesti kättesaadavad, levinuimad nendest on liitium-ioon akud. Peamiselt ongi elektritõukeratas varustatud liitium-ioon akuga. Liitium-ioon akud on suurepärase energiatihedusega ja seetõttu on liitium-ioon akud ühtlasi ka kõige levinumad. Oma suuruselt on liitium-ioon akud väiksed ning sobivad seega eriti hästi väikestesse, käsitsi transporditavatesse seadmetesse nagu elektrilised tõukerattad. Elektritõukeratas ja elektriauto on üks levinuimad sõidukeid, milles kasutatakse liitium-ioon akut, olles kerged, suuruselt väiksed ja andes välja suurel hulgal energiat.
Li-Ion akud on ühtlasi võrreldes teiste akudega keskkonna sõbralikumad ning oma eluealt kauem kestvad.
Siiski on Li-Ion akud ohtlikud, kuna liitiumi kujul on tegemist kergesti süttiva ja reageeriva aluselise metalliga. Vaatamata sellele, et liitium-ioon akus puuduvad vabad liitiumimetallid, sisaldavad need liitium-ioone ja muid kergesti süttivaid elektrolüüte.
Tasuks meeles pidada, et hoiustades suures mahus energiat on oht, et energia vallandub mitte kontrollitud viisil. Energia vallandumisel võib kaasenda kiire temperatuuri tõus, suitsu teke või ka süttimine, mistõttu on tähtis, et akut käsitletakse ja hoitakse korrektselt.
Kuigi liitiumakude süttimine on väga harv juhus, võivad need osutuda väga ohtlikuks. Seda eriti kui on tegemist suure akuga, nagu omab seda elektritõukeratas ning teised suuremad sõidukid. Tagamaks ohutust tuleb mõista kuidas aku toimib, miks võib elektritõukeratas süttida ning mida tuleks süttimise korral teha.
Elektritõukeratas ja erinevad akutüübid
Liitium-ioon akuga elektritõukeratas on levinuim, vähem levinud on pliiakuga elektritõukeratas. Vaatamata sellele, et mõlemal akul on nii positiivseid kui ka häid külgi on liitium-ioon akuga elektritõukeratas parem valik.
Peamiseks erinevuseks on akus kasutatavad keemilised ühendid ning tootmise võtted. Li-Ion akuga elektritõukeratas on üldiselt hinnalt kallim. Samuti on ka liitiumaku parema kasuteguriga ning suurema mahutuvsega kui pliiaku. Näiteks liitiumaku mahutab 250-670Wh/L ning pliiaku 80-90Wh/L. Watt-tundidest rääkisime täpsemalt postituses “Aku ja elektritõukeratas – mida peaksid teadma?”
Li-ion akud ning nende eelised võrreldes pliiakuga:
- Aku täis laadimiseks kulub vähem aega
- Aeglasemini tühjenevad, umbes 1.5-2% kuus ja pliiakul 4-6% kuus.
- Pikema elueaga – aku ja elektritõukeratas peavad vastu rohkem laadimistsükleid
- Pliiaku vajab rohkem tähelepanu. Säilitamaks aku eluiga, tuleb akut regulaarselt täis- ja tühjaks laadida, Li-ion aku tühjaks ja täiesti täis laadimine ei ole vajalik
- Pliiakud on sama mahtuvuse kohta mõõtudelt suuremad ning kaaluvad rohkem
Võttes arvesse nende akude erinevusi on liitium-ioon akuga elektritõukeratas kindel võitja. Leidub ka elektritõukerattaid milles kasutatakse pliiakut. Pliiakuga elektritõukeratas on üldiselt hinna poolest odavam kuid väiksema sõidudistantsiga ning võrdlemisi ka raskem. Pliiakud olid enamasti kasutusel vanemates elektritõukeratastes, mis valmistati enne elektritõukerataste populaarsuse järsku kasvu enne 2018. aastat.
Siiski leidub ka liitiumakude puhul mõningaid miinuseid. Liitiumaku on tundlik temperatuuri suhtes ning rikke (lühise) või vale kasutuse korral kergesti süttiv. Liitium-ioon akude mahutavus väheneb madalatel temperatuuridel. Li-Ion akud võivad saada kahjustada kui neid kasutada allpool lubatud töötemperatuuri.
Mõistmaks kuidas akud süttivad, tuleb mõista kuidas need töötavad.
Kuidas toimivad Li-ion akud?
Liitium-ioon akud koosnevad mitmest moodulist, mida rahvakeeli tuntakse patarei nime all. Iga moodul sisaldab:
- Anoodi, mis on peamiselt tehtud grafiidist
- Katood, mis on tehtud liitiumoksiidist, peamiselt liitium koobaltoksiidist
- Mikro-läbilaske separaator, mis eraldab anoodi ja katoodi vahelist sisu ning laseb ainult liitium-ioonidel seda läbida
- Elektrolüüt (baseerub liitiumi sooladel), mis kannab läbi separaatori edasi liitium-ioone anoodist katoodini
Akus olevad liitium-ioonid koos elektronidega liiguvad läbi postiivse ja negatiivse elektroodi separatoorisse ning sealt edasi vooluahelasse. See ioonide ja elektronide liikumine tekitab elektrienergia, mida saab kasutada elektroonikaseadmete käivitamiseks.
Laadimisel vabastab positiivne elektrood mõned oma liitium-ioonid. Need ioonid liiguvad läbi elektrolüüdi negatiivse elektroodini. Ioonid püsivad seal terve laadimistsükli vältel.
Protsessi käigus tekkinud elektronid liiguvad positiivselt elektroodilt negatiivsele elektroodile. Elektronid liiguvad mööda pikemat teekonda välisesse vooluahelasse, kuna separaator piirab elektronide liikumist. Elektronid ja ioonid liituvad negatiivse elektroodi juures, moodustades liitum-süsiniku.
Ioonide liikumise peatumine tähendab, et elektritõukeratas on täis laetud.
Tühjaks laadimisel vabastuvad liitium-metall anoodist ioonid. Vabanenud ioonid omakorda migreeruvad katoodini, läbides selleks elektrolüüti. Ühtlasi migreeruvad elektronid tagasi katoodi. Kuna elektronid ei saa läbida separaatorit, peab liikumiseks olema alternatiivne viis väljumiseks. Selleks on väline ahel ning elektritõukeratta puhul on selleks peamiselt mootori vooluahel. See ongi üldine seletus, et kuidas töötab aku ja elektritõukeratas ioonide ja elektronide liikumise tõttu. Akust tuleb elektrienergiat nii kaua kuni kõik ioonid on migreerunud katoodi. Kui kõik ioonid on migreerunud katoodi, võime öelda, et aku on tühi ning elektritõukeratas vajab täis laadimist.
Saime teada, et selline protsess toimib mitme erineva keemilise ühendi reaktsooni tõttu ning need reaktsioonid peavad toimuma kindlas ja kontrollitud keskkonnas, ilma igasuguste väliste mõjutusteta. Muutus töötingimustes võib mõjutada reaktsioone mis omakorda võivad tekitada ootamatusi.
Nüüd kui teame kuidas töötab aku ja elektritõukeratas saame rääkida sellest, et miks võib aku mingites tingimustes süttida.
Miks elektritõukeratas ja selle Li-Ion akud süttivad?
Elektrokeemiline reaktsioon genereerib ja salvestab elektrienergiat liitium-ioon akusse. Oletame, et akustruktuuris saab kahjustada elektrolüüdi separaator. Sellisel juhul segunevad erinevad kemikaalid ning elektronid ja ioonid saavad vabalt liikuda katoodi ja anoodi vahel, nii võibki tekkida lühis. Lühise tõttu tekib kiire energia vabanemine, temperatuuri tõus või isegi ka sädemed. Kui kõrget temperatuuri või sädemeid ei ole kuidagi võimalik ohjeldada, võibki elektritõukeratas ja liitiumaku süttida.
Liitium akus kasutatavad kemikaalid on väga hea süttivusega.
Elektrolüüt sisaldab liitiumisoolasid ning on seega orgaaniline lahusti, mis on kergesti süttiv. Lisaks on katood valmistatud liitium oksiidist, mistõttu võib sellest eralduda hapniku. Tuli vajab põlemiseks hapnikku, mis tähendab, et selline keskkond on põlemiseks ideaalne.
Lühidalt, paljud akud süttivad kuna on tekkinud defekt aku struktuuris.
Mõned näited mis võivad põhjustada aku süttimist:
- Lühis
- Üle laadimine
- Toote (aku mooduli) disaini-ja tootmisvead
- Aku valesti kasutamine
- Liiga kiire tühjaks laadimine ning aku liigne kuumenemine koormuse all
- Halva kvaliteediga komponendid ja/või akumoodulid
- Füüsilised kahjustused, näiteks löögist või torkest
- Vigane aku laadija, mis võib põhjustada üle laadimist
- Valesti disainitud elektritõukeratas, kus ei ole valitud mootori toitmiseks piisavalt kõrge väljundvooluga akupakki
Protsess, mille tulemusena süttib aku ja seda sisaldav elektritõukeratas, nimetatakse termiliseks ahelreaktsiooniks (ing.k. thermal runaway).
Mis on termiline ahelreaktsioon?
Termiline ahelreaktsioon on reaktsioonide ahel, mis on põhjustatud aku üle kuumenemisel. Aku temperatuuri tõus lühise või ülekoormuse korral on nii kiire, et soojus ei jõua ära kaduda. Kriitilise temperatuurini jõudes võivad akus olevad moodulid ja seega ka elektritõukeratas süttida. Termiline ahelreaktsioon võib juhtuda kui akus ilmneb mingisugune viga, näiteks tekib lühis. Kui akus tekib termiline ahelreaktsioon kasvavad sisemised temperatuurid sekunditega ning akusse salvestunud energia vallandub soojusena kontrollimatult. Kuumuse tõttu hakkavad akus olevad kemikaalid lagunema, mille tulemusel tekib veel rohkem kuumust – elektritõukeratas süttib. Termilise ahelreaktsiooni tõttu võib akust väljuda ka mürgiseid gaase, suitsu ning muid väliskeskkonda kahjustavaid osakesi.
Kuidas märgata kahjustunud akut?
Kui kahtlustate, et elektritõukeratas ja selle aku on kahjustunud, siis taskuks otsida järgmisi tunnuseid:
- Üleliigne kuumus: kasutamise tulemusel aku soojenemine on normaalne nähtus, kuid kui elektritõukeratas muutub tuliseks on oht, et aku on vigane
- Aku ja elektritõukeratas eraldab ebaloomulikku lõhna – kõrbemise lõhna
- Nähtavad lekked akust
- Aku ei tohi olla muhkudega ega paisunud / deformeerunud
- Akust kostub praksumist või susisemist (susin tekib kui akumooduli kaitsesüsteem proovib lühise tõttu liitium-iooni moodulist välja ventileerida)
Selliste tunnuste esinemisel tasub elektritõukeratas viia ohutusse kaugusesse ning oodata. Katkise liitiumaku kasutamine on ohtlik ja elektritõukeratas tuleks peale eelpool loetletud tunnuste (kõrge temperatuur, susin, kõrbemise lõhn) möödumist tuua parandusse.
Kuidas korrektselt akut laadida?
- Alustuseks järgige alati tootja kasutusjuhendit. See aitab tagada seda, et kasutaja kasutab akut korrapäraselt.
- Elektritõukeratas on varustatud koos orginaalse laadijaga ning soovituslik on kasutada seda sama laadijat. Igal akul on spetsiaalne tööpinge, mida tuleb järgida. Igaks juhuks ei tohiks elektritõukeratta täis laadimisel kasutada ka kõrgema väljundvooluga laadijat, välja arvatud juhul kui selle laadija kasutamist lubav informatsioon on välja toodud tootja poolt.
- Valida tasuks elektritõukeratas milles on kasutusel kvaliteetsed moodulid. Nii mõnegi tundmatu tootja moodulid ja elektritõukeratas ei vasta standarditele. Näiteks kasutatakse odavamaid ja ebakvaliteetsemaid materjale, mille tõttu võivad akud kiiremini üle kuumeneda ja süttida. Kvaliteedi märk on LG, Panasonic või EVE moodulitest valmistatud Li-Ion akud.
- Elektritõukeratas vajab laadimisel õiget temperatuuri vahemikus 4°C kuni 43°C
- Kui aku on täis laetud, siis tuleks elektritõukeratas eemaldada vooluvõrgust. Tõenäoliselt on siiski peale 2018 aastat valmistatud ja mitte otse Hiinast tellitud elektritõukeratas varustatud aku haldussüsteemiga (BMS) mis takistab üle laadimist
- Valige elektritõukeratta laadimiseks sobiv koht. Võimalusel vältige kohti, mis on kergesti süttivad.
- Laadimise ajal on normaalne, et aku soojeneb, kuid kui täheldate, et aku on tuline, tasuks elektritõukeratas vooluahelast koheselt eemaldada.
Kuidas vältida süttimist kui elektritõukeratas on kasutuses?
- Vältige aku üle koormamist. Ülekoormuse tõttu aku kuumeneb ning võib süttida. Paigaldades elektritõukerattale erinevaid lisasid tasuks jälgida, et need ei tarbiks rohkem võimsust kui on elektritõukeratta aku valmidus. Samuti tasub aku maksimaalsele väljundvoolule pöörata tähelepanu kui on plaan elektritõukerattale paigaldada võimsam kontrollerikomplekt või teostada mõni muu võimsusega seotud tuuning.
- Kuna nii mõnigi elektritõukeratas on halva veekindlusega, siis tasuks vältida vihmaste ilmadega sõitmist. Niiskus ja vesi võivad tekitada akul korrosiooni. Korrosiooni tekkel võivad tekkida akus soovimatud protsessid, mille tulemusel süttib aku ja elektritõukeratas.
- Kui akul esineb kahjustusi, siis tuleks terve aku koheselt välja vahetada või tuua elektritõukeratas meie remonditöökotta.
Akud on mõeldud töötamaks spetsiifilistel temperatuuridel. Elektritõukeratas tuleb koos kasutusjuhendiga, milles on ära märgitud soovituslikud töötemperatuurid. Kasutades akut väljaspool soovituslike töötemperatuure võib väheneda aku eluiga ja jõudlus ning on suurem tõenäosus, et elektritõukeratas lõpetab töötamise.
Li-Ion akud ja elektritõukeratas – kuidas hoiustada?
- Elektritõukeratas ei tohiks olla hoiustatud kohtades kus on võrdlemisi kõrge temperatuur ja niiskustase. Soovituslik oleks, et elektritõukeratas oleks kohas kus temperatuur on üle 15° C. Kõrgetel temperatuuridel on tõenäolisem, et aku tühjakslaadimine kiireneb ja võib tekkida rike. Veenduge, et elektritõukeratas ei ole kohas kus temperatuur võib tõusta üle 60° C.
Elektritõukeratas peaks asetsema kohas kus asub suitsuandur.
Hooldamine ning aku utiliseerimine
- Veenduge regulaarselt, et elektritõukeratas ja aku oleks ilma kahjustusteta. Kui märkate akul midagi ebanormaalset – näiteks paisumist, kühmu, leket või muutusi värvis, siis tasuks elektritõukeratas tuua parandusse
- Li-Ion akud tuleb korrektselt utiliseerida. Paljudes kohtades on akude ja patareide jaoks kogumispunktid. Kõik elektritõukerataste poed, kaasa arvatud Tõuksimaailm, on Eestis samuti kohustatud oma müüdud katkised elektritõukerattad ja akud tasuta vastu võtma ning need nõuetekohaselt utiliseerima – jäätmejaama toimetama.
- Ärge visake liitium-ioon akut tulle
Kuidas peatada Li-Ion akude põlemist?
Tuli on ohtlik ja kiiresti leviv. Akus leitavad kemikaalid on kergesti süttivad ning just nende kemikaalide tõttu on akud eriti tuleohtlikud. Mida tuleks teha kui elektritõukeratas juba on süttinud ning termiline ahelreaktsioon on väljunud kontrolli alt?
Kui te kahtlustate, et elektritõukeratas on kohe süttimas või on juba süttinud, siis esmatähtis on, et te tagaksite nii enda kui ka teiste ohutuse. Võib olla oht, et elektritõukeratas plahvatab või akust eraldub mürgiseid gaase. Samuti tuleks jälgida, et läheduses ei oleks teisi kergesti süttivaid materjale. Kui tuli on väljunud kontrolli alt, siis ei tasuks seda üksinda kustutada. Kõige tähtsam on, et teie ja teised kõrvalviibijad oleksid ohutus kauguses. Kontrolli alt väljunud tuld suudab kustutada ainult hädaabi.
Kuid kui tegu on väikse põlenguga siis parimaks kustutamiseks on ABC või BC tähisega pulber tulekustutid. Neid leidub peaaegu, et igas tööriistapoes ning peaksid olema kasutusel igas majapidamises. Kui tulekustuti ei ole teile käepärast, siis tasuks kustutamiseks kasutada liiva, vett või mulda. Kuna elektritõukeratta Li-Ion akud on suhteliselt suured ning termilise ahelreaktsiooni korral on neid väga raske kustutada, siis on elektritõukeratast kodus hoiustades ja laadides soovitatav varuda koju suure mahuline, vähemalt 6kg ABC pulbertulekustuti.
Väikeste põlengute kustutamiseks on vesi kõige efektiivsem, kuid lihtsam ja kindlam on kui kasutate kustutamiseks tulekustutit. Kuna elektritõukeratas koosneb peamiselt elektroonikast, siis veega kustutamisel on oht, et kahjustada saab lisaks akule ka elektroonika või tekivad kahjustunud kestaga akus lisandlikud lühised, mis võivad põlengule isegi hoogu lisada.
Tähtis on teada, et akus olevad liitiumisoolad on ise oksüdeeruvad (sisaldavad põlemiseks vajalikku hapnikku) ning neid ei ole võimalik kustutada tuletekiga lämmatades.
Viited: Electric Scooter Guide
