Hoewel er tegenwoordig veel batterijchemie is en nieuwe typen in de loop van de tijd commercieel levensvatbaar worden, hebben we te maken met de loodzuurtypes, flooded, AGM en true Gel, omdat ze veel worden gebruikt in de toepassingen waarin we gespecialiseerd zijn. Loodzuuraccutechnologie wordt al meer dan een eeuw commercieel gebruikt. Sommige archeologische vondsten van de juiste materialen in een door de mens gemaakte configuratie suggereren dat het principe al veel langer bekend is en wordt gebruikt. Hun constructie is van platen van loodlegeringen en een elektrolyt van zwavelzuur en water. Een batterij bestaat uit een aantal cellen en de loodzuurchemie dicteert een volledig opgeladen spanning van ongeveer 2,12 volt per cel. Zo heeft een nominale batterij van 6 volt drie cellen met een volledige laadspanning van 6,3 tot 6,4 volt, en een batterij van 12 volt heeft zes cellen en een volledige laadspanning van 12,7 volt. Hoogwaardige, hoogwaardige loodzuuraccu's kunnen een hogere celspanning vertonen.
De cel heeft twee soorten platen, een van lood en een van looddioxide, beide in contact met het zwavelzuurelektrolyt als een vloeistof, geabsorbeerd in een mat, of een gel. De looddioxide (PbO2) plaat reageert met het zwavelzuur (H2SO4) elektrolyt, wat resulteert in waterstofionen en zuurstofionen (die water vormen) en loodsulfaat (PbSO4) op de plaat. De loden plaat reageert met het elektrolyt (zwavelzuur) en laat loodsulfaat (PbSO4) en een vrij elektron achter. Ontlading van de batterij (waardoor elektronen de batterij kunnen verlaten) resulteert in de opbouw van loodsulfaat op de platen en waterverdunning van het zuur. Later meer over sulfatering en de problemen ervan. Het soortelijk gewicht van de elektrolyt, gemeten met een hydrometer in natte batterijen, geeft de relatieve lading (sterkte) of het verdunningsniveau (ontlading) aan. De omkeerbaarheid van deze reactie geeft ons het nut van een loodzuuraccu. De verzegelde versies bevatten het water, waterstof, enz. bij normaal gebruik, voor recombinatie, en elimineren het onderhoud van het controleren van waterstanden en corrosie rond de terminals.
Het opladen van de batterij is een omkering van het bovenstaande proces en houdt in dat de batterij wordt blootgesteld aan spanningen die hoger zijn dan de bestaande spanning. Hoe hoger de spanning, hoe sneller de laadsnelheid, met enkele beperkingen. Er is een gasvormingspunt waarmee rekening moet worden gehouden, en echte gelbatterijen hebben een lagere pieklaadspanning, omdat er luchtbellen in de gel kunnen ontstaan die niet vervliegen en leiden tot schade aan de batterij. Meer hierover in de oplaadhandleiding.
De elektrolyt kan worden geabsorbeerd in een matachtig materiaal, zodat er geen vrije elektrolyt is (AGM-batterij), of kan in een gelformaat zijn dat het ook stabiliseert (echte Gel-batterij). De huidige loodzuuraccu's worden in principe onderscheiden als deep cycle/opslag (beoordeeld in ampère-uren) of SLI-type voor auto's (starten/verlichting/ontsteking), beoordeeld in startampères. Er zijn ook combinatietypes, geschikt voor beide taken, maar deze hebben meestal een lagere startversterker dan een startaccu van dezelfde groepsgrootte.
SLI-batterijen
SLI-batterijen zijn ontworpen om gedurende een korte tijd een hoge uitbarsting van ampère af te geven (een startvolgorde) en vervolgens relatief snel te worden opgeladen via het oplaadsysteem (dynamo) van de apparatuur. Doorgaans ontlaadt een startsequentie minder dan 3% van de batterijcapaciteit. SLI-batterijen zijn niet ontworpen voor herhaalde diepe ontlading en hun levensduur wordt aanzienlijk verkort wanneer ze hieraan worden blootgesteld. Er zijn natte (overstroomde) en volledig afgedichte, onderhoudsvrije accu's (AGM - geabsorbeerde glasmat) in deze klasse. Deze hebben over het algemeen een hoog aantal platen en de platen zijn relatief dun. Ze zijn geclassificeerd in CA, startversterkers (bij 32 graden F) en CCA, koudstartende ampères (bij 0 graden F).
Deep Cycle-batterijen
Deep-cycle batterijen zijn ontworpen met dikkere platen, om een constante ontladingssnelheid te hebben en om diep te worden ontladen en vervolgens opnieuw op te laden. Ze worden RV-, marine-, deep-cycle-, opslag- en soms golfkarbatterijen genoemd, omdat dit de typische markten zijn waarop ze van toepassing zijn, evenals andere. Er is geen voordeel aan het diep ontladen van deep-cycle batterijen als onderhoudsprocedure en ze hebben geen geheugeneffect. Ze worden meestal beoordeeld in ampère-uren (ah), maar kunnen een CA- en CCA-classificatie hebben, als ze een tweeledig doel hebben of af en toe worden gebruikt voor startdoeleinden.
Deep-cycle loodzuuraccu's zijn verkrijgbaar in twee configuraties: nat en verzegeld. Een natte celbatterij heeft een hogere tolerantie voor overladen, maar er komt bij het opladen waterstofgas vrij dat goed moet worden geventileerd en het waterpeil moet regelmatig worden gecontroleerd. Verzegelde loodzuuraccu's kunnen van AGM (geabsorbeerde glasmat) of gelconstructie zijn, en beide worden soms VRLA-accu's (klepgeregeld loodzuur) genoemd. Vaak wordt de term "Gel" gebruikt om te verwijzen naar een echt verzegelde, onderhoudsvrije accu, en deze praktijk veroorzaakt verwarring bij accuconsumenten, aangezien de AGM en echte Gel een aantal verschillende kenmerken hebben, met name in de oplaadvereisten van de echte Gel. Beide typen zijn onderhoudsvrij, er kan geen vloeistof worden gemorst en de vergassing is minimaal. Andere namen voor de verzegelde typen zijn uitgehongerde elektrolyt, onderhoudsvrij, droge cel en morsbestendig. De meeste hiervan zijn door het Department of Transportation (DOT) goedgekeurd voor luchtvervoer en geclassificeerd als ongevaarlijk.
De gel wordt het minst beïnvloed door extreme temperaturen, opslag in een lage laadtoestand en heeft een lagere interne ontladingssnelheid, maar heeft pieklaadspanningsvereisten die meetbaar lager zijn dan die van een natte of AGM-batterij. Een AGM-accu gaat iets beter om met overladen dan de Gel Cell. Inbegrepen in de AGM-categorie zijn de Optima™ en de Odyssey™, evenals verschillende andere hoogwaardige verzegelde batterijen. De kleinere batterijen die u aantreft in alarmsystemen in huis, computer UPS-dozen (ononderbroken voeding), enz., met de tekst "verzegeld loodzuur", "morsbestendig" of "onderhoudsvrij", zijn bijna altijd batterijen van het AGM-type. Als er geen "gel" op staat, of als er een "G" in het onderdeelnummer staat, is het geen gel.
Krachtige batterijen
We noemden de Optima™ en de Odyssey™ high performance batterijen. Er zijn ook anderen, zoals de Rock Racing™. Deze batterijen maken gebruik van hoogwaardige materialen en constructietechnieken en behalen uitstekende resultaten, die de prijs meestal weerspiegelt. De Odyssey-units vertonen de eerste 5 seconden extreem hoge burst-versterkers, een cruciaal kenmerk bij het starten van motoren met een hoge cilinderinhoud of hoge compressie. Ze kunnen ook vele malen volledig worden ontladen en opgeladen (geschat op 400 cycli bij 80% ontladingsdiepte). Voor een tweeledig doel, starten en deep cycle, zijn deze moeilijk te verslaan. We houden een Odyssey PC1500 opgeladen en klaar in de winkel voor noodsprongen of andere situaties, en testen. Genoeg gezegd.
Capaciteit van de batterij
Batterijcapaciteit is een maat voor de energie die de batterij kan opslaan en leveren aan een lading. Het wordt bepaald door hoeveel stroom een batterij kan leveren gedurende een industriestandaardperiode. De maateenheid wordt "ampère-uur" (ah) genoemd. De industriestandaard voor batterijen is een tarief van 20 uur, d.w.z. hoeveel ampère stroom de batterij meer dan 20 uur kan leveren bij 80 graden F totdat de spanning daalt tot 10.5 volt voor een 12 V-batterij en 21 volt voor een 24 V-batterij. Een accu van 100 Ah levert bijvoorbeeld 5 ampère gedurende 20 uur. Af en toe zal een bedrijf of marketeer een 10-uurs tarief of een ander tarief hanteren, dus zorg ervoor dat je het tarief krijgt bij het vergelijken van merken en groepsgroottes.
De batterijcapaciteit wordt ook uitgedrukt als reservecapaciteit (RC) in minuten. Reservecapaciteit is de tijd in minuten dat een batterij 25 ampère kan leveren bij 80 graden F totdat de spanning daalt tot 10.5 volt voor een 12 V-batterij en 21 volt voor een 24 V-batterij. Een relatie tussen ampère-uren (ah) en reservecapaciteit (RC) kan worden benaderd met deze formule: ah = RC maal 0,6
Typische batterijgroottes BCI*Group Batterijspanning, V-batterij AH 31 12 105 4D 12 200 8D 12 245 GC2 (Golfkar) 6 220 * Batterij Raad Internationaal
Hoge ontladingssnelheden van de batterij
Naarmate de ontladingssnelheid wordt verhoogd tot boven de industriestandaard 20-uurssnelheid, neemt de bruikbare capaciteit af als gevolg van het "Peukert-effect". De afname is niet lineair en wordt weergegeven in de onderstaande grafiek.
Batterijcapaciteit/ontlaadsnelheid Ontlaaduren Bruikbare capaciteit 20 100% 10 87% 8 83% 6 75% 5 70% 3 60% 2 50% 1 40%
Hiermee moet rekening worden gehouden bij het dimensioneren van een batterij voor een bepaalde toepassing. Als het een hoog stroomverbruik is, moet de batterijcapaciteit worden verhoogd ten opzichte van de eenvoudig berekende ampère-uurvereiste.
Levensduur van de batterij en ontladingsdiepte (DOD)
De levensduur van de batterij wordt verkort naarmate deze in elke cyclus dieper wordt ontladen. Het vergroten van de capaciteit van een batterijbank ten opzichte van de minimumvereisten zal de levensduur van de bank verlengen. Echte gel-accu's hebben de neiging om een hoger aantal cycli te hebben dan AGM's wanneer ze diep worden gefietst, vandaar hun frequente gebruik in golfkarretjes en rolstoelen/scooters wanneer verzegelde batterijen worden gebruikt en dagelijks diep worden ontladen.
Gemiddelde levenscyclusgrafiek Diepte van de ontladingscyclus Levenscyclus Levenscyclus: Levensduur: % van AH-capaciteit Groep 27/31 Groep 8D Groep GC2 10 1000 1500 3800 50 320 480 1100 80 200 300 675 100 150 225 550
Temperatuureffecten op batterijen
Loodzuuraccu's verliezen capaciteit bij lage temperaturen. Bij 32 graden F levert een batterij ongeveer 75% van zijn nominale capaciteit bij 80 graden F. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het bepalen van de grootte van een batterijbank met de vereiste capaciteit voor koudere omgevingen. Een verwarmd of geïsoleerd compartiment is aan te raden voor zeer koude klimaten. Hoge temperaturen houden de batterijchemie actiever en verkorten de levensduur van de batterij meetbaar. Een batterij die 5 jaar meegaat in een omgeving van 60 F tot 80 F, gaat misschien maar 2 jaar mee in een woestijnomgeving.
Interne afvoer
Accu's zijn onderhevig aan een interne ontlading, ook wel zelfontlading genoemd. Deze snelheid wordt bepaald door het type batterij en de metallurgie van het lood dat bij de constructie wordt gebruikt. Natte cellen, met de holtes erin voor elektrolyt, gebruiken een lood-antimoonlegering om de mechanische sterkte te vergroten. Het antimoon verhoogt ook de interne ontladingssnelheid tot tussen 8% en 40% per maand. Om deze reden mogen natte cellen niet gedurende lange tijd niet worden onderhouden of niet worden opgeladen. Het lood dat wordt gebruikt bij de constructie van gel- en AGM-batterijen vereist geen hoge mechanische sterkte, omdat het wordt gestabiliseerd door het gel- of matmateriaal. Gewoonlijk wordt calcium gelegeerd met het lood om vergassing en de interne ontladingssnelheid te verminderen, die slechts 2% tot 10% per maand is voor de AGM- en Gel-accu's.
Elke ontlading van de batterij, inclusief interne ontlading, produceert sulfatering op de batterijplaten als onderdeel van de chemische cyclus, en als er voldoende tijd is, hardt deze sulfatering uit, wat in het beste geval leidt tot verminderde batterijcapaciteit of volledig functieverlies. Routinematig opladen na gebruik, of gebruik van een "drijvende" oplader voor langdurige opslag (bootaccu's, ATV's, enz.) voorkomt deze verminderde capaciteit en maximaliseert de levensduur van de batterij. Een groot deel (bijna 50%) van de loodzuuraccu's heeft een verminderde capaciteit of wordt onbruikbaar door sulfatering en bereikt nooit hun nominale levensduur. Er zijn elektronische apparaten (opladers en stand-alone apparaten) om met sulfatering om te gaan, maar de beste praktijk is om de situatie in de eerste plaats te vermijden met het juiste batterijbeheer, inclusief het gebruik van 'slimme' opladers van hoge kwaliteit.
Sommatie bij het bereiken van de maximale levensduur van de batterij
Uit de bovenstaande bespreking is te zien dat er verschillende problemen zijn met betrekking tot de levensduur van de batterij. Tijdig opladen na gebruik, volledige ontlading vermijden indien mogelijk, routineonderhoud opladen of het gebruik van een "float"-oplader op batterijen die in opslag of buiten het seizoen zijn (jetski, sneeuwscooter, ATV, enz.) zijn allemaal dingen die bijdragen aan een goede levensduur van de batterij. Het vermijden van extreme temperaturen, met name hitte, waar mogelijk, en het controleren van waterstanden in ondergelopen batterijen zijn ook essentieel. Er zijn enkele toepassingen die eerder het einde van de levensduur van een batterij bereiken en als gevolg daarvan de afnemende capaciteit hebben. Rolstoelen en scooters die dagelijks worden gebruikt en zwaar in deze categorie vallen.
Serie- en parallelschakeling van accu's
Wanneer twee of meer batterijen in serie worden geschakeld (positief naar min in een string), tellen hun spanningen op, maar blijft hun AH-capaciteit hetzelfde. Twee in serie geschakelde accu's van 12 V, 100 ah resulteren dus in een 24 V, 100 ah pakket. De min van de ene batterij wordt aangesloten op de plus van een tweede batterij en de overige polen zijn de systeemverbindingen.
Wanneer twee of meer batterijen parallel zijn aangesloten (positief naar positief, negatief naar negatief), telt hun AH-capaciteit (stroomsterkte) op, maar blijft hun spanning hetzelfde. Twee parallel geschakelde accu's van 12 V, 100 ah resulteren dus in een 12 V, 200 ah pakket.
