Het laden van accu's
De laadspanning
Mastervolt Gel (2 V, 12 V) en Mastervolt AGM (6 V, 12 V) accu’s dient u te laden met een spanning van 14,25 V bij 25 °C voor 12 V installaties, en 28,5 V bij 25 °C voor 24 V installaties. Na de Absorption fase volgt de Float fase (zie 3-Traps+ laadkarakteristiek op pag. 242) waarin de spanning wordt verlaagd naar 13,8 V bij 25 °C voor 12 V installaties, en 27,6 V bij 25 °C voor 24 V installaties.
Voor natte loodzuur accu’s is de absorptiespanning 14,25 V bij 25 °C voor 12 V installaties, en 28,5 V bij 25 °C voor 24 V installaties. De floatspanning voor dit type accu is 13,25 V bij 12 V en 26,5 V voor 24 V installaties, allebei bij 25 °C.
Lithium Ion accu’s worden geladen met een absorptiespanning van 14,25 V voor 12 V, en 28,5 V voor een 24 V systeem. De floatspanning is 13,5 V voor 12 V, en 27 V voor 24 V systemen.
De laadstroom
Een vuistregel voor Gel en AGM accu’s zegt dat de minimale laadstroom 15 tot 25 % van de accucapaciteit moet zijn. Tijdens het laden wordt meestal ook de aangesloten apparatuur gevoed, het stroomverbruik van deze apparatuur wordt bij de genoemde 15-25 % opgeteld.
Dit betekent dat bij een accubank van 400 Ah en een aangesloten belasting van 10 Ampère de benodigde acculadercapaciteit tussen 70 en 90 Ampère moet zijn om de accu in een redelijke tijd te kunnen laden.
De maximale laadstroom voor een Gel accu bedraagt 50 %, en voor een AGM accu 30 %. Mastervolt Lithium Ion accu’s mogen met veel hogere laadstromen geladen worden. Voor de maximale levensduur van de Lithium Ion accu adviseert Mastervolt een laadstroom van max. 30 % van de capaciteit. Dat betekent bij een 180 Ah accu een maximale laadstroom van 60 Ampère.
Een acculader met temperatuurcompensatie voor optimale bescherming
Voor een maximale levensduur van gel, AGM en Lithium Ion accu’s is een moderne Mastervolt acculader nodig met een 3-traps+ laadkarakteristiek. Deze acculaders regelen onophoudelijk de laadspanning en de laadstroom.
Voor natte Gel en AGM accu’s wordt een temperatuursensor voor het meten van de accutemperatuur aanbevolen. Met een temperatuursensor wordt de laadspanning aan de accutemperatuur aangepast, en de levensduur van de accu gemaximaliseerd. We noemen deze temperatuuraanpassing ‘temperatuurcompensatie’.
Temperatuurcompensatie-curve.
Omdat er altijd apparaten zoals koelkasten aanwezig zijn die energie uit een accu halen, zelfs wanneer deze wordt geladen, heeft de temperatuurcompensatie van Mastervolt een maximum compensatie om de aangesloten apparaten te beschermen. Dit is max. 14,55 Vt voor een 12 V-systeem, en 29,1 V voor een 24 V-systeem.
Bij hoge (> 50 °C) en lage (< -20 °C) temperaturen mogen natte Gel en AGM accu’s niet meer geladen worden. De Mastervolt acculader zal buiten deze grenzen de aangesloten verbruikers blijven voeden maar de accu’s niet meer laden.
Het aanpassen van de spanning naar een hogere of lagere temperatuur is niet nodig bij Lithium Ion accu’s.
Voor het berekenen van de laadtijd van een Gel of AGM accu kan onderstaande formule gebruikt worden:
Voor het berekenen van de laadtijd van een Lithium Ion accu wordt onderstaande formule gebruikt:
Lt = laadtijd
Co = capaciteit uit de ontladen accu
eff = rendement; 1,03 voor een Li-ion accu, 1,1 voor een Gel accu, 1,15 voor een AGM accu en 1,2 voor een natte accu
Al = acculaderstroom
Ab = verbruik van de aangesloten apparatuur gedurende het laadproces
Berekenen van de laadtijd
Voor het berekenen van de laadtijd van een accu moet er met het volgende rekening gehouden worden:
De eerste overweging is het rendement van de accu. Bij een standaard natte accu bedraagt het rendement ongeveer 80 %. Dit betekent dat als er 100 Ah ontladen is uit de accu, er 120 Ah teruggeladen moet worden om weer 100 Ah uit de accu te halen. Met Gel en AGM accu’s is het rendement hoger – 85 tot 90 % - waardoor er minder verlies is en de laadtijd korter in vergelijking met natte accu’s. Bij Lithium Ion accu’s is dit zelfs 97 %.
Iets anders waar rekening mee gehouden moet worden bij het berekenen van de laadtijd is dat de laatste 20 % van het laadproces (80-100 %) ± 4 uur duurt bij natte, Gel en AGM accu’s. In deze tweede fase, ook wel de Absorption of na-laadfase genoemd, bepaalt de accu hoeveel stroom er opgenomen wordt, onafhankelijk van het laadvermogen van de acculader.
Deze nalaadfase geldt niet voor de Lithium Ion accu’s, waardoor het laadproces van deze accu veel sneller is.
Rimpelspanning: de accusloper
Een accu kan voortijdig defect maken door de rimpelspanning die elke acculader produceert. Om dit te voorkomen moet de rimpelspanning van de acculader zo laag mogelijk blijven.
Deze rimpelspanning levert rimpelstroom op. Als vuistregel geldt dat de rimpelstroom beneden 5 % van de geïnstalleerde accucapaciteit moet blijven. Als er ook navigatie- of communicatieapparatuur op de accu is aangesloten, zoals bijvoorbeeld GPS en VHF apparatuur, mag de rimpelspanning maximaal 100 mV (0,1 V) bedragen. Anders treedt er mogelijke storing in de apparatuur op.
Mastervolt acculaders zijn voorzien van een uitstekende spanningsregeling en de rimpelspanning blijft altijd onder 100 mV!
Een ander voordeel van een lage rimpelspanning is het voorkomen van schade aan het boordsysteem als er bijvoorbeeld een accupool niet goed vastzit of gecorrodeerd is. De Mastervolt acculader kan door de lage rimpelspanning zelfs het systeem voeden zònder een aangesloten accu.
Het uitlezen van de ladingsgraad van een accu
Uit de hiernaast gegeven uitleg (Peukert exponent) blijkt dat je de ladingsgraad van een accu niet zomaar kan bepalen aan de hand van bijvoorbeeld het meten van de accuspanning.
Voor het controleren van de ladingsgraad van een accu is het gebruik van een Ah meter (accumonitor) de beste en meest nauwkeurige optie. Een voorbeeld van zo’n meter is de Mastervolt MasterShunt, BTM-III of BattMan accumonitor. Deze monitor geeft buiten de laad- en ontlaadstroom ook de accuspanning weer, hoeveel Ampère-uren er verbruikt zijn, en de resterende tijd totdat de accubank weer geladen moet worden.
Wat Mastervolt accumonitoren onderscheidt van andere aanbieders, is de beschikbaarheid van o.a. historische gegevens. Deze gegevens tonen bijvoorbeeld de laad/ontlaadcycli van de accu, de diepste of gemiddelde ontlading, en de hoogst en laagst gemeten spanning.
De Peukert exponent
Het lijkt eenvoudig om de resterende tijdsperiode te berekenen waarbinnen een accu voldoende stroom kan leveren. Eén van de manieren om dit te doen is de capaciteit van de accu te delen door de ontlaadstroom. In de praktijk blijken deze berekeningen echter vaak niet te kloppen. De meeste acculeveranciers vermelden de accucapaciteit bij een ontlaadtijd van 20 uur. Een accu van bijvoorbeeld 100 Ah levert 20 uur lang een stroom van 5 A en hierbij daalt de spanning niet onder 10,5 V (1,75 V/cel) voor een 12 V accu. Helaas levert een accu van 100 Ah bij een ontlading van 100 A slechts 45 Ah en kan de accu dus voor minder dan 30 minuten gebruikt worden.
Dit verschijnsel wordt beschreven in een formule, de Peukert exponent, die meer dan 100 jaar geleden werd ontdekt door de pioniers op accugebied: de heren Peukert (1897) en Schroder (1894). In de formule van Peukert wordt het effect van verschillende ontlaadstromen op het vermogen van een accu beschreven. Het effect is dat de capaciteit van een accu afneemt bij een hogere ontlaadstroom. Elke Mastervolt accumonitor berekend deze Peukert factor, waardoor u altijd het juiste overzicht over de status van uw accu’s heeft.
Peukert’s wet geldt niet voor Lithium Ion accu’s, omdat de aangesloten belasting nauwelijks invloed heeft op de beschikbare capaciteit.
De Peukert-formule voor accucapaciteit bij een bepaalde ontlaadstroom luidt:
Cp = beschikbare accucapaciteit bij de gegeven ontlading
I = niveau van de ontlaadstroom
n = de Peukert-exponent = log T2 - logT1 : log I1 - log I2
T = ontlaadtijd in uren
I1, I2 en T1, T2 kunnen gevonden worden door het uitvoeren van twee ontlaadproeven. Bij deze test wordt de accu twee keer ontladen met twee verschillende stromen.
Eén test met een hoge ontlaadstroom (I1) bijv. 50 % van de accucapaciteit, en één met een lage ontlaadstroom (I2) van bijv. 5 % van de accucapaciteit. Tijdens elke test wordt de tijd T1 en T2 gemeten totdat de accuspanning gedaald is naar 10,5 Volt. Het uitvoeren van twee ontlaadproeven is niet altijd eenvoudig. Vaak is er geen grote belasting beschikbaar of er is geen tijd voor een langzame ontlaadtest. U kunt de gegevens voor het berekenen van de Peukert factor ook uit de specificaties van de accu halen.
Ventilatie
Onder normale omstandigheden produceren gel, AGM en Lithium Ion accu’s weinig of geen gevaarlijk waterstofgas. Het beetje gas dat vrijkomt is dus te verwaarlozen. Wel wordt er tijdens het laadproces, net als bij elke andere accu, warmte geproduceerd. Voor een lange levensduur van de accu’s is het belangrijk dat de warmte van de accu zo snel mogelijk afgevoerd wordt. Om de benodigde ventilatie te berekenen kunt u onderstaande formule toepassen. Deze formule is alleen van toepassing als u een Mastervolt acculader gebruikt.
Q = benodigde ventilatie in m³/h
I = maximale laadstroom van de acculader
f1 = 0.5 reductie voor Gel accu’s
f2 = 0.5 reductie voor gesloten accu’s
n = aantal cellen dat gebruikt wordt (een 12 V accu heeft 6 cellen van elk 2 V)
Gaan wij uit van het eerder genoemde voorbeeld van een 12 V 400 Ah accubank en een lader van 80 Ampère, dan bedraagt de minimaal benodigde ventilatie: Q = 0.05 x 80 x 0.5 x 0.5 x 6 = 6 m³/h
Deze luchtstroom is zo klein dat normaal gesproken natuurlijke ventilatie voldoende is. Als de accu’s in een gesloten bak zijn gemonteerd zijn er twee openingen nodig. Eén aan de bovenzijde en één aan de onderzijde van de bak. De afmetingen van de ventilatie-opening berekent u met onderstaande formule:
A = de opening in cm²
Q = ventilatie in m³
Voor het genoemde voorbeeld is dit 28 x 6 = 168 cm² (ongeveer 10 x 17 cm) voor elke opening.
Lithium Ion accu’s produceren geen waterstofgas en zijn daarom veilig in gebruik. Wanneer de accu’s snel worden geladen is er een zekere mate van warmteproductie, in welk geval bovenstaande formule kan worden gebruikt om de warmte af te voeren.
Bij grote installaties met meerdere acculaders is het verstandig contact op te nemen met uw installateur.