Het opladen van accu's

3-Traps laadkarakteristiek

De 3-traps laadkarakteristiek is een moderne laadtechniek, waarmee u de accu in drie fases (trappen) snel en veilig laadt. De eerste trap is de bulk fase. In deze fase wordt de accu snel geladen. De uitgangstroom van de acculader is tijdens deze fase maximaal (100%). De accuspanning is afhankelijk van de ladingsgraad van de accu. De tijdsduur van deze fase is afhankelijk van de verhouding acculader/accucapaciteit en natuurlijk van de ladingsgraad van de accu’s voordat er met laden begonnen werd. Na de bulk fase volgt de absorption fase, ook wel de nalaadfase genoemd. De absorption fase start wanneer een accu 80% geladen is (90% voor gel en AGM accu’s). Tijdens deze fase wordt de accu tot de volle 100% opgeladen. De accuspanning is in deze fase constant en de laadstroom is afhankelijk van de ladingsgraad van de accu, het soort accu, de omgevingstemperatuur enzovoort. Bij een natte accu zal deze fase ongeveer 4 uur duren, bij gel en AGM accu’s ongeveer 3 uur. Voor een Li-ion accu is dit niet van toepassing omdat de Li-ion accu met volle stroom tot 100% geladen wordt. Als de accu 100% geladen is, schakelt de Mastervolt acculader automatisch om naar de float fase. Gedurende deze fase wordt de accu in een optimale conditie gehouden. Ook de aangesloten verbruikers worden tijdens deze fase van stroom voorzien. Indien het verbruik meer is dan de acculader kan leveren, wordt de overige stroom door de accu geleverd. De accu wordt dan (gedeeltelijk) ontladen en de lader schakelt automatisch weer terug naar de bulk fase. Indien het verbruik afneemt zal de lader de accu’s weer met het 3-traps laadsysteem gaan laden. Een acculader met een 3-traps laadsysteem kan ook in de winter op de accu aangesloten blijven en zorgt voor een lange levensduur van de accu’s. Het 3-traps laadsysteem is ook veilig voor de aangesloten apparatuur.

Nalaadtijd

De nalaadtijd is de tijdsduur van de tweede fase bij het laden van een accu (dit heet bij de Mastervolt acculaders de absorption fase). Over het algemeen wordt de accu tijdens deze fase van 80 tot 100% geladen. Deze fase duurt bij een natte accu ongeveer 4 uur. Bij gel en AGM accu’s is de nalaadtijd korter, ongeveer 2-3 uur. Bij een Lithium Ion accu is er nauwelijks sprake van een nalaadtijd. De Li-ion accu kan met volle stroom tot 100% geladen worden.De nalaadtijd bij Mastervolt acculaders staat automatisch ingesteld.

Laadfactor

De laadfactor geeft het rendement van een accu aan. Bij een gemiddelde natte accu is het rendement ongeveer 80%. Er moet dan 1,2 x de ontladen Ah in de accu geladen worden om weer dezelfde capaciteit beschikbaar te krijgen. De laadfactor is dan dus 1,2. Hoe lager de laadfactor, of hoe hoger het rendement van de accu, hoe hoger de kwaliteit is.  Kwalitatief goede accu’s hebben een lage laadfactor van 1,1 tot 1,15 .

Ontlaadfactor

Ook wel de Peukert exponent genoemd. Met de ontlaadfactor kunt u berekenen hoe lang een accu bij een bepaalde belasting nog gebruikt kan worden, voordat u deze weer moet laden.

Cyclus

Een accu gaat maar een bepaald aantal cycli mee, afhankelijk van het soort accu en de kwaliteit. Eén laad- en ontlaadcyclus is het ontladen van de accu tot 0% capaciteit en het hierna weer laden tot 100%. Het twee keer ontladen tot 50% en weer laden is ook één cyclus evenals het vier keer ontladen tot 75%. Een startaccu gaat ongeveer 50-80 cycli mee. Dit lijkt weinig, maar valt in de praktijk enorm mee. Tijdens het starten is de stroom wel hoog, maar de tijdsduur erg kort. Er wordt maar 0,001 cyclus gemaakt en dit betekent dat u de motor 80.000 keer (!) kunt starten, voordat de accu versleten is. Een goede kwaliteit semi-tractie accu gaat ongeveer 250-300 cycli mee. Als de accu maar tot 50% ontladen wordt, zijn er dus 600 cycli mogelijk. Gaan we uit van 25 weekenden varen (50 dagen) plus 20 vakantiedagen, dan wordt de accu 70 cycli van 50% gebruikt. Dit is gelijk aan 35 volle cycli. In theorie gaat de accu dan 8 jaar mee. Bij een gel of AGM accu is dit dan ook niet ongebruikelijk.

Het laden van accu’s

De laadspanning

Gel (2 V en 12 V) en AGM (6 V en 12 V) accu’s dient u te laden met een spanning van 2,38 V per cel bij 25 ºC. Dit komt voor een 12 V accuset overeen met 14,25 V en voor een 24 V accuset 28,5 V. De maximale tijd dat een accu met deze spanning geladen mag worden is 4 uur, hierna wordt de spanning verlaagd naar 2,2 V per cel, oftewel 13,25 resp. 26,5 V. Lithium Ion accu’s worden geladen met een spanning van 29,2 Volt bij een 24 V systeem en 14,6 Volt bij een 12 V systeem. De float spanning is 26,5 resp. 13,25 Volt. Bij noodstroomsystemen, waarbij het mogelijk is dat gel accu’s voor een zeer lange tijd (jaren) onder float condities staan, moet de floatspanning iets verhoogd worden naar 2,3 V per cel oftewel 13,8 resp. 27,6 V bij 25 °C. Omdat er meestal wel wat apparatuur op de accu aangesloten is tijdens het laden (zoals een koelkast) is er wel een maximum aan de laadspanning om de aangesloten apparatuur te beschermen. Deze maximale spanning is 14,55 V voor een 12 V systeem en 29,1 V voor een 24 V systeem. Dit is ook de laadspanning voor een omgevingstemperatuur van 15 ºC. Er bestaan DC-DC converters die de spanning voor de "verbruikers" naar een lager niveau regelen (13,8 of 27,6 V) zodat (halogeen) lampen tijdens het laden niet defect raken. De duurdere moderne acculaders zijn soms voorzien van een temperatuursensor die op de accu geplakt moet worden. De acculader regelt dan automatisch de laadspanning in overeenstemming met de accutemperatuur. Voor een Lithium Ion accu is een aanpassing van de spanning bij een hoge of lage temperatuur niet nodig.

De laadstroom

Als een vuistregel voor de minimale laadstroom van een gel of AGM accu kunt u 15-20% van de capaciteit aanhouden. Tijdens het laden moet u meestal ook de aangesloten apparatuur blijven voeden. Het stroomverbruik van deze apparatuur telt u bij de genoemde 15-20% op. Dit betekent dat bij een accuset van 400 Ah en een aangesloten belasting van 10 Ampère de benodigde acculadercapaciteit tussen de 70 en 90 Ampère moet zijn om de accu in een redelijke tijd te laden. De maximale laadstroom bedraagt voor een gel accu 50% en voor een AGM accu 30%. Bij een Lithium Ion accu kan de laadstroom gelijk zijn aan de capaciteit. Een 100 Ah Li-ion accu kan bijvoorbeeld met 100 Ampère geladen worden.

Het laadsysteem

Voor een maximale levensduur van gel, AGM en Lithium Ion accu’s is een moderne acculader aan te bevelen met een 3-traps laadkarakteristiek en een sensor voor het meten van de accutemperatuur (alleen nodig voor gel en AGM accu’s) (IUoUo laad procedure). Deze acculaders regelen onophoudelijk de laadspanning en de laadstroom. Ook wordt de laadspanning aangepast aan de accutemperatuur. Om een voortijdig defect van de accu te voorkomen moet de rimpelspanning van de acculader beneden 5% blijven. Als er ook navigatie- of communicatieapparatuur op de accu is aangesloten (zoals bijv. GPS en VHF apparatuur) mag de rimpelspanning maximaal 100 mV (0,1 V) bedragen. Anders treedt er mogelijke storing in de apparatuur op. Een ander voordeel van een lage rimpelspanning is dat als bijvoorbeeld de accupool niet goed vastzit of gecorrodeerd is, er geen schade aan het boordsysteem kan optreden. De lader kan door de lage rimpelspanning zelfs het systeem voeden zònder dat er een accu is aangesloten. Uiteraard zijn de Mastervolt acculaders voorzien van een goede spanningsregeling en blijft de rimpelspanning onder de 100 mV.

Voor GMDSS (Global Maritime Distress Safety System) systemen aan boord van zeegaande schepen moet de acculader ook voorzien zijn van een Ampère- en Voltmeter en een alarmcontact. Het alarmcontact wordt aangesloten op het alarmsysteem van het schip zodat - in het geval de lader niet meer functioneert (bijv. doordat er geen 230 V aanwezig is) - dit op tijd gedetecteerd wordt.

Berekenen van de laadtijd

Voor het berekenen van de laadtijd van een accu moet er met het volgende rekening gehouden worden. Het eerste 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. Bij gel, AGM en Li-ion accu’s is het rendement hoger nl. 85-90% (er zijn dus minder verliezen). Dit betekent dat deze accu’s sneller geladen zijn in vergelijking met natte accu’s. Iets anders waar rekening mee gehouden moet worden bij het berekenen van de laadtijd is dat de laatste 20% van het laadproces 4 uur duurt (geldt niet voor Li-ion accu’s). In deze laatste fase, ook wel de absorption of nalaadfase genoemd, bepaalt de accu hoeveel stroom er opgenomen wordt onafhankelijk van het laadvermogen van de acculader. Hoeveel stroom de accu opneemt is afhankelijk van het soort accu (nat, AGM, gel of Lithium Ion), de temperatuur, de staat van lading voordat met laden begonnen werd, de levensduur van de accu, de omgevingstemperatuur, etc.

Voor het berekenen van de laadtijd van een accu gebruikt u deze formule:

Als we uitgaan van een 50% ontladen accu en het eerder genoemde voorbeeld van een 400 Ah gel accu en een 80 Ampère lader, dan is de laadtijd tot 100%:

Het controleren van de ladingsgraad van een gesloten AGM of gel accu

Voor het controleren van de ladingsgraad of de conditie van een accu is het gebruik van een Ah meter de meest eenvoudige optie. Een voorbeeld van zo’n meter is de Mastervolt MasterShunt accumonitor. Deze monitor geeft buiten de laad- en ontlaadstroom ook de accuspanning weer, hoeveel Ampère-uren er verbruikt zijn en hoelang u nog met de accu kunt doen alvorens weer te laden. Verder zijn er ook gegevens beschikbaar over hoe vaak de accu ontladen is en wat de diepste of gemiddelde ontlading geweest is.

Makkelijk aan te sluiten op het MasterBus netwerk en met de geïntegreerde systeemklok in combinatie met ‘command based events’ kunt u hetsysteem naar wens automatiseren. Een andere, maar erg onnauwkeurige methode, is het meten van de accuspanning. Deze spanning kunt u echter pas meten als de accu minimaal 24 uur in rust is. De accu mag u tijdens die rustperiode niet ontladen of laden. Met het meten van de accuspanning krijgt u een ruwe schatting van de ladingsgraad van de accu. Gezien de kleine spanningsvariaties is er een nauwkeurige digitale Voltmeter aan te raden.

Ladingsgraad van de accu accuspanning

25% tussen 11,7 en 12,3 V
50% tussen 12,0 en 12,6 V
75% tussen 12,1 en 13,0 V
100% tussen 12,6 en 13,35 V

Zoals gesteld is deze methode van het meten van deaccuspanning erg onnauwkeurig. De nauwkeurigheid (15-20%) geeft dus uitsluitend een indicatie van de ladingsgraad van de accu.

Ventilatie

Onder normale omstandigheden produceren gel en AGM accu’s niet of nauwelijks het gevaarlijke knalgas. 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 zaak om deze warmte zo snel mogelijk af te voeren. Om de benodigde ventilatie te berekenen kunt u de volgende formule toepassen. Deze formule is alleen van toepassing als u een Mastervolt acculader gebruikt.

Q = 0.05 x I x f1 x f2 x n
Q = benodigde ventilatie in m3/h
I = maximum 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 we uit van het eerder genoemde voorbeeld van een 12 V 400 Ah accuset 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 beperkt dat natuurlijke ventilatie volstaat. 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 de volgende formule:
A = 28 x Q

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 helemaal geen knalgas en zijn dus nog veiliger in het gebruik. Wel is er bij het snel laden van de accu sprake van enige gasvorming. De bovenstaande formule kan dan gebruikt worden om deze warmte af te voeren. Bij grote installaties met meerdere acculaders is het verstandig contact op te nemen met uw installateur.

Terug naar technische informatie