De accu als energiebron
Er zijn verschillende soorten herlaadbare accu’s. De meest bekende is de lood/zwavelzuuraccu. Minder bekend is de nikkelcadmium (NiCad) accu, die nog vaak in oude noodstroomsystemen wordt toegepast. Door de hoge laadspanning die vereist is voor een NiCad-accu, en het feit dat ze erg milieuonvriendelijk zijn, zijn deze accu’s niet geschikt voor gebruik aan boord van een vaartuig of auto/vrachtauto.
Het principe van de loodzuuraccu
Een accu is een apparaat dat elektrische energie opslaat in de vorm van chemische energie. Indien nodig wordt de energie weer als elektrische energie voor DC verbruikers zoals verlichting en startmotoren vrijgegeven. Een accu bestaat uit diverse galvanische cellen met een spanning van elk 2 Volt. Voor een 12 V accu worden 6 cellen in serie gekoppeld en in één bak gemonteerd. Voor 24 V worden er twee accu’s in serie geschakeld. Iedere cel heeft positieve loodoxide platen en negatieve loodplaten. De cellen zijn gevuld met een mengsel van water en zwavelzuur, het zogenaamde elektroliet. Tijdens het ontladen wordt het lood en het loodoxide omgezet in loodsulfaat. De zuurgraad daalt omdat voor het omzetten naar loodsulfaat zwavelzuur nodig is.
Om de accu weer op te laden, sluit u een externe spanningsbron aan (acculader, dynamo, zonnepaneel) met een spanning van 2.4 V per cel (14,4/28,8 V). Het loodsulfaat wordt dan weer omgezet naar lood en loodoxide. Tevens komt er weer zwavelzuur vrij. Aan de laadspanning zijn grenzen verbonden om te voorkomen dat de accu’s gaan gassen. Zo komt bij een laadspanning van meer dan 2,4 V per cel veel waterstofgas vrij wat een zeer explosief mengsel kan vormen met de zuurstof in de lucht.
Bij een 12 V accu is de bovengrens 14.4 V, bij 24 V is dat 28.8 V, bij 20 °C. Het verband tussen de ladingsgraad en het soortelijk gewicht van het water/zwavelzuur mengsel kan als volgt worden weergegeven:
Voor iedere toepassing wordt een specifieke accu toegepast waarvan de dikte en het aantal platen per cel variëren. De maximum te leveren stroom wordt bepaald door het totale plaatoppervlak. Het aantal keren dat de accu ontladen en geladen kan worden, oftewel het aantal cycli, wordt bepaald door de dikte en kwaliteit van de platen. Een accu kan bestaan uit veel dunne platen of een paar dikke platen.
De startaccu
Een startaccu heeft veel dunne platen per cel waarbij het totale oppervlak van de platen groot is. Deze accu’s zijn hierdoor geschikt om hoge stromen te leveren. Het aantal keren dat een startaccu ontladen kan worden is beperkt tot ± 50-80 keer. Omdat bij het starten van een motor de accu maar nauwelijks ontladen wordt (ongeveer 0,01 %), kan de accu vele jaren meegaan. Als accu voor cyclische toepassing (gebruikersaccu) zijn deze accu’s niet geschikt.
De Lithium Ion accu
Tot voor kort waren Lithium Ion accu’s vooral beschikbaar als herlaadbare accu’s met een kleine capaciteit. Hierdoor zijn ze zeer populair voor toepassingen in mobiele telefoons en laptops. Mastervolt biedt Lithium Ion accu’s met een grote capaciteit. De Mastervolt Lithium Ion accu is een accu met een hoge energiedichtheid, die zeer geschikt is voor cyclische toepassingen. Vergeleken met traditionele loodzuur accu’s bespaart u met de Lithium Ion accu ongeveer 70 % aan volume en gewicht, terwijl het aantal laadcycli zo’n drie keer groter is, in vergelijking met semi-tractie loodzuur accu’s. Een bijkomend voordeel is dat de Lithium Ion accu een constante capaciteit kan leveren, onafhankelijk van de aangesloten belasting. De beschikbare capaciteit van een loodzuur accu neemt juist af bij grotere ontlaadstromen. De Lithium Ion accu kan voor 80 % ontladen worden zonder dat dit nadelige gevolgen heeft voor de levensduur. De levensduur van loodzuur accu’s zal daarentegen sterk afnemen bij diepe ontladingen.
Langere gebruiksduur
In vergelijking met traditionele open of loodzuur accu’s bieden de Lithium Ion accu’s nog meer voordelen. Zo is de vermogensdichtheid van Lithium Ion accu’s veel groter. En omdat Lithium het lichtste metaal is, hebben Lithium Ion accu’s niet alleen een langere gebruiksduur, maar zijn ze ook lichter. Bovendien kunt u een Lithium Ion accu op elk gewenst moment laden, terwijl u nikkelcadmium accu’s steeds volledig moet ontladen en laden voor een goede prestatie en om het geheugeneffect te voorkomen. Lithium Ion accu’s kunt u met een zeer hoge stroom laden, tot wel 100 % van de capaciteit. Dit resulteert in een korte laadtijd en geen geheugeneffect.
Battery Management System
Mastervolt Lithium Ion accu’s zijn uitgerust met een Battery Management System. Dit systeem houdt alle individuele cellen perfect in balans, met als resultaat een hogere capaciteit en een langere levensduur.
De semi-tractie accu
Een semi-tractie accu heeft minder, maar wel dikkere platen per cel. Deze accu’s kunnen dus relatief minder startstroom leveren, maar kunnen wel vaker en dieper ontladen worden (200 tot 600 volledige cycli). Dit soort accu’s zijn prima geschikt voor de gecombineerde functie start/gebruikersaccu.
De natte tractie accu
(Mastervolt heeft deze accu’s niet in het assortiment)
Dit type accu heeft nog minder, maar wel zeer dikke, vlakke of buisjesplaten, waardoor veelvuldig en zeer diep ontladen mogelijk is (1000-1500 volledige cycli). Natte tractie accu’s vindt men vaak in heftrucks en in kleine, elektrische machines zoals industriële schrob- en veegmachines. Bij natte tractie accu’s is een afwijkende laadmethode vereist. Doordat deze accu’s vaak hoog zijn kan er stratificatie optreden. Stratificatie is het uitzakken van het zwavelzuur. Doordat zwavelzuur zwaarder is dan water, zal het zwavelzuur op den duur naar de bodem van de accubak zakken. De zuurconcentratie onder in de accubak wordt hierdoor hoger, zodat er meer plaatcorrosie ontstaat. Boven in de bak is er een lagere concentratie van zwavelzuur, plaatselijk intensivering van plaatcorrosie, zodat er minder capaciteit beschikbaar is en de accu lokaal te ver ontladen wordt. Dit heeft tot gevolg dat de levensduur van de accu sterk wordt verkort. Om het zuur weer gelijkmatig te verspreiden, is het noodzakelijk de accu bewust te overladen met een te hoge spanning. Tijdens deze overlading ontstaat er veel waterstofgas, dat vormt een gevaarlijk mengsel met zuurstof in de lucht.
De spanning die nodig is om deze accu’s weer te laden bedraagt ongeveer 2,7 V per cel ofwel 16,2 V voor een 12 V systeem en 32,4 V voor een 24 V systeem. Deze hoge mate van spanning is erg gevaarlijk voor de aangesloten apparatuur en de grote hoeveelheid gevormd gas maken deze accu’s ongeschikt voor gebruik in vaartuigen en voertuigen, behalve voor de voortstuwing.