Accu: verschil tussen versies

Huidige versie van 10 mei 2021 om 17:25

Een accu is een opslagplaats voor elektrische energie. Aan boord gebruiken we meestal accu's die een spanning van 12 volt leveren. Het vermogen van een accu wordt uitgedrukt in Ah = Ampère-uur. Een accu van 55Ah is dus theoretisch in staat om 1 uur lang stroom te leveren met een spanning van 12V en een sterkte van 55 Ampere, of 55 uur lang een stroom van 1 Ampere. In de praktijk gaat dat niet helemaal op, omdat de accu minder presteert en zelfs beschadigen kan als deze te diep ontladen wordt.

Er zijn verschillende soorten accu's verkrijgbaar: gewone loodaccu's, onderhoudsvrije accu's en gelaccu's.

Loodaccu's

In een loodaccu wordt de benodigde stroom geleverd door de electrolytische reactie in een zestal cellen tussen twee metalen platen die in een zuur gehangen worden. Elke cel heeft een capaciteit van 2 volt, de cellen staan in serie met elkaar verbonden om de totale spanning op te krikken naar 12 volt. Het zuur (zwavelzuur) wordt verdund met water dat periodiek bijgevuld moet worden met gedemineraliseerd water. Deze accu's zijn in staat om grote vermogens te leveren, maar zijn wel gevoelig voor te diepe ontlading: de platen kunnen kromtrekken, en als ze elkaar daarbij raken dan is de accucel stuk -> geen 12 volt meer.

We onderscheiden in de klassieke lood/zuur accu 3 types

• Start batterij

Bestaat uit veel dunne platen, kan kortstondig hoge stromen leveren(starten). Minder geschikt bij langdurige ontlading. De normale autoaccu is een start batterij, kan aan boord ook prima dienst doen mits het stroomverbruik niet te hoog word. Een voorbeeld van dit type accu's vind je ook in de starthulp-accu's: deze zijn in staat om een beperkt vermogen te leveren (17 Ah bv) dat op zich te weinig is om een motor te starten, maar bij piekbelasting kunnen deze accu's heel veel leveren (900A^, betekent 900 Ampere maximale piekbelasting)

• Semi-tractie batterij

Hier zijn de platen dikker en er zij er minder in totaal, deze accu kan langdurig lagere stromen leveren, ideaal dus als boordnet accu, deze accu,s zijn ook beter bestand tegen veelvuldig ontladen en opladen. Word aan boord het meest gebruikt.

• Tractie batterij

Deze accu kan landurig middelhoge stromen leveren, worden in uitgebreide accu pakketen vaak gebruikt in heftrucks e.d. Voor electrisch varen dan ook zeer geschikt.

Onderhoudsvrije accu's

Onderhoudsvrije accu's zijn meestal gewoon lood/zuuraccu's waar een constructie is toegepast die verdampt water laat condenseren en terugvloeien in de cellen. Deze accu's hoef en kan je dus niet meer bijvullen.

Gelaccu's

Todo

LiFePO4

Lithium-ijzer-fosfaat-accu is een soort lithium-ion-accu met lithium-ijzer-fosfaat LiFe(PO4) als kathode. Volgende twee pagina's bieden veel informatie (in het Engels): [1] en [2].

Voordelen ten opzichte van lood accu’s:

• gaan veel langer mee (tot 10x)
• laden veel sneller
• zijn veel lichter (1/4)
• zijn kleiner (1/2)
• hebben een veel grotere bruikbare lading (1.6x)
• minder laad verliezen (1/6)
• geen zelfontlading
• hoeven niet tot 100% geladen te worden

Nadelen ten opzichte van lood accu’s:

• Aanschaf prijs is hoger
• Stelt andere/meer eisen aan de electronica in het algemeen en aan de lader in het bijzonder.
• Beschadingen als ze geladen worden bij temperaturen onder 0 graden Celcius.
• Versnelde veroudering (tot 10 %/jaar) wanneer volledig geladen (voor de meeste LFP types, niet voor A123).

Opbouw:
Een 12 volt accu bestaat uit 4 cellen van elk nominaal 3 Volt. Een LiFePO4 cel raakt beschadigd als deze lager is als 2.5 Volt of hoger dan 3.6 Volt. De spanning van 4 cellen kan dus maximaal varieren tussen 10 Volt en 14.4 Volt. Niet alle cellen van de laden even snel/veel. Daardoor ontstaat een zogenaamde onbalans. Een belangrijk verschil met lood accu’s is dat deze onbalans tussen de cellen zonder extra electronica (of handeling) blijft bestaan. Als alleen de accu spanning bewaakt word (dus 10-14.4 Volt) dan kan het zijn dat een van de cellen buiten de veilige grenzen raakt, en daarmee beschadigd.

De onbalans kan bestreden worden door:

• load balancers per cel
• lader die elke cel afzonderlijk laad
• eenmaal per seizoen de accu handmatig te balanceren; b.v. door de cellen parallel te laden.

Laden van de accu middels de dynamo van de motor is niet zonder meer mogelijk. Doordat een LiFePO4 zo snel laad, loopt er een heel hoge stroom. Als een dynamo langere tijd zo’n hoge stroom levert dan word deze te warm en raakt defect. De meeste dynamos kunnen slechts 1/3 to 1/2 van de stroom op de sticker continu leveren zonder te oververhitten.

Er zijn 3 mogelijkheden om dit te vermijden (de stroom te begrenzen):

• tussen plaatsen van een DC-DC convertor
• intelligente veldregelaar. Bijvoorbeeld met rheostat. Vereist meestal dynamo modificatie.
• niet laden met de motor, maar bijvoorbeeld alleen met de walstroomlader

Cellen opsluiten:

1. beperkt het opzwellen van cellen ten gevolge van overladen
2. zou de levensduur verlengen (x 1.5)
3. beperkt defecten door trillingen. Elke cel heeft intern vele verbindingen die niet beschermt zijn tegen trillingen. Een accu kan uit vele cellen bestaan.
4. beperkt kracht op cel terminals, deze zijn in het algemeen vrij zwak en niet gemaakt om grote krachten op te vangen.

De vuistregels van WADnWIND:

1. blijf onder de hoogst toegestane celspanning. (3,6V)
2. Voorkom ontladen onder de laagste toegestane celspanning (2,5V)
3. Niet doorladen als max spanning bereikt is (afschakelen)
4. niet laden onder 0-graden celcius
5. Cellen goed opsluiten onder mechanische druk
6. cel balancering in de gaten houden, handmatig periodiek of automatisch.
7. Goed passend afzekeren tegen sluiting of te hoge stromen.

Accu's opladen

Door stroom te verbruiken (motor starten, lampje aan) raakt de accu steeds leger. Ook een stilstaande accu 'verbruikt' stroom: zelfontlading heet dat, en dat zou volgens sommige bronnen weleens 0,5% van de accu-capaciteit per dag kunnen zijn. Op een gegeven moment wil je de accu bijladen om weer 'verse stroom' aan boord te hebben. De basis van het opladen is vrij simpel: sluit een stroombron aan die meer Volt levert dan de accu zelf kan leveren. Meestal worden accu's opgeladen bij 14,4V. De tijd die nodig is om de accu op te laden is uit te rekenen: accucapaciteit in Ah / laadstroom in A * ontladingspercentage = aantal uren dat je nodig hebt om op te laden. Voorbeeld: we hebben een accu van 55Ah die voor 40% ontladen is. De laadstroom van de motor bedraagt 35A. Dan moet de motor dus 55 / 35 * 40% = 0,63 uur = ongeveer 37 minuten draaien om de accu volledig op te laden.

De benodigde spanning kan je op een aantal manieren verkrijgen:

• via de motor

Een binnenboordmotor, en soms ook een buitenboordmotor, is voorzien van een dynamo die door de draaiing van de krukas in beweging wordt gezet. Zodra de motor loopt levert de dynamo stroom, en soms nog goed ook! Bij een binnenboordmotor is 35A niet ongebruikelijk. De dynamo is afgeregeld om een stabiele spanning van 14,4V te leveren en via 2 draadjes is deze aangesloten op de accu (gebruik bij gelijktijdig laden van 2 of meer accu's altijd een laadstroomverdeler in een of andere vorm!).

• via een acculader

Een acculader sluit je normaal gesproken aan op de walstroom. Ouderwetse acculaders transformeren de 230V wisselspanning naar 14,4V gelijkstroom en pompen die stroom vrolijk de accu in. Als de accu vol is schakel je de lader weer uit. Nieuwere laders bevatten vaak een stuk intelligentie om het laadproces te optimaliseren, en verlengen daarmee de levensduur van de accu. Je ziet daarbij vaak de term 'IUOU-laadkarakteristiek' of iets wat daarop lijkt. Betekenis: de I staat voor de eerste fase van laden, waarbij lekker veel stroom ineens aangeleverd wordt om eventuele sulfaterende platen schoon te maken. In de volgende fase (U) wordt de stroom afgebouwd tot een lager niveau om de accu lekker vol te maken. Als de accu bijna vol is volgt nog een extra piekje (de O) om het laatste restje leegheid weg te werken. Is ie dan echt vol, dan stopt het laden (U) om eventueel weer te starten als de accu door (zelf-)ontlading weer aan wat spanning toe is. Er zijn eindeloos veel varianten van dit soort laadkarakteristieken te vinden, en allemaal beweren ze het meest efficiënt te zijn. Het grootste voordeel van deze automatische laders is dat ze de toestand van de accu betrekken in het laadproces en dat je ze dus zonder problemen altijd aan de stroom kan hangen zonder je accu te beschadigen.

• via een zonnepaneel

Zonnepanelen op een boot leveren meestal veel volt en weinig ampere. Stelregel: hoe groter het paneel, des te meer volts er uit komen (afhankelijk van de zonneschijn uiteraard). Een speciaal kastje modereert de volts naar de gewenste spanning van 14,4V en zo wordt je accu opgeladen door het simpele feit dat de zon schijnt. Ideaal toch? Helaas heb je voor een groot laadvermogen ook een groot zonnepaneel nodig. Niet iedereen heeft de ruimte om zoiets te installeren.

Accu monitor

De essentiële functie van een accu monitor is het berekenen van de accu laadstatus en het aantal geconsumeerde Ampère-uren. Dit aantal Ampère-uren wordt berekend door de huidige stroom die in of uit de accu stroomt te meten en daar, met een complexe formule, een berekening op los te laten. Het meten gebeurd doorgaans met behulp van een shunt. Een shunt wordt in de leiding ingebouwd, waardoor er een kleine spanning overheen valt. Deze spanning wordt gemeten en de hoofdstroom wordt uit deze spanning afgeleid.