Accu laadapparaten

Jaren geleden had je in de schuur nog een oude accu-lader liggen, zo’n zwart kastje met twee klemmen er op en die sloot je aan jouw accu aan als die leeg was. Eén nacht wachten en de volgende dag startte jouw auto weer. Die tijd ligt al lang achter ons, hoewel aan de techniek van de accu’s niet zo heel veel is veranderd. Vroeger had je 6V, 12V en 24V lood-accu’s en dan was de keuze wel op. Nu kennen we Start-accu’s, Semi-tractie accu’s, deep-cycle accu’s, AGM-accu’s, Gel-accu’s, Lion accu’s en tot slot LiFePO4 accu’s. En voor allemaal zijn bijzondere acculaders te verkrijgen. Om jou een beetje te geleiden in dit woud van apparaten is deze pagina gemaakt.

De eenvoudige acculaders van vroeger deden niets anders dan onze 230 V wisselspanning omzetten naar een 12 V min of meer gelijkspanning (echt afvlakken deden ze niet waardoor de “gelijkspanning” nog wel fluctuaties vertoonde), ze plaatsten er een zekering en een ampere-meter bij en hopla, klaar was kees. De accu-lader kon zijn werk doen. En dat deed ie ook wel!

Sulfatering

Na verloop van tijd ontdekte men dat accu’s het hoe langer hoe slechter gingen doen, naarmate ze vaker leeg waren geworden en weer waren opgeladen. In een lood-accu (en dat zijn alle niet Lithium-accu’s) zitten platen uit zuiver lood (Pb) en uit lood(IV)oxide (PbO2) met daaromheen een vloeistof bestaand uit verdund zwavelzuur (37%). Tijdens de ontlading vormt zich een laag loodsulfaat op beide platen. Tijdens het opladen wordt het loodsulfaat weer omgezet in lood en lood(IV)oxide. In principe kan dit proces van laden/ontladen eindeloos herhalen want er gaat geen materie verloren en telkenmale wordt bij het ontladen lood in loodsulfaat (PbSO4) omgezet en bij het opladen van de accu het loodsulfaat weer in lood. Wat gebeurt er dan dat accu’s op den duur slechter werken? Het loodsulfaat op de platen verandert langzaam in kristallen als de accu diep wordt ontladen. En juist deze kristallen loodsulfaat zijn heel moeilijk tot in het geheel niet meer om te zetten in lood. Jouw platen zijn gesulfateerd (zie foto)! Je zou het kunnen vergelijken met suiker en kandij (suikerkristallen in extreme vorm). De suiker lost in jouw thee heel makkelijk op, maar om kandij in jouw thee op te laten lossen moet je heel hard roeren.

Doordat nu delen van de platen van loodsulfaatkristallen zijn voorzien die niet meer meedoen aan het proces zal de capaciteit van de accu teruglopen. Dit kun je voorkomen door de accu bij voortduring in opgeladen toestand te houden. In de moderne acculaders zit daarom een laadprogramma dat herkent dat de accu vrijwel leeg is. In dat geval dreigt er sulfatering en word er bij het laden eerst een zogenaamd anti sulfateringsprogramma gestart dat een tijd lang sterke laadpulsen afgeeft, in de hoop dat de sulfaatkristallen met dit geweld van de platen worden verwijderd. Om met maar in de thee-termen van hierboven te zeggen: er wordt nu stevig geroerd.

De “kokende” accu

Aan het eind van het laadproces, wanneer de accu vol is, gaat een goede acculader over in zogenaamd druppel-laden: pulserend wordt een klein stroompje door de accu geleid. Als de acculader gewoon door zou gaan met een sterke stroom door de accu te jagen dan treedt electrolyse op, gaat de accu borrelen (alsof hij staat te koken) en komt er een rioollucht (soms zelfs een stank als van rotte eieren) uit de accu: het water in de accu wordt ontleed in waterstof (H2) en zuurstof (O2), dat een zeer explosief mengsel van zogenaamd knalgas oplevert. Jouw accu zal er dan binnen de kortste keren zo uitzien als op de foto. Vroeger werd dat voorkomen want je kon de vuldoppen open draaien waardoor het gas kon ontsnappen. Bij de nieuwe onderhoudsvrije accu’s kan dat niet en dan is het gevaar dat je knalgas ontwikkeld groot als je een oude acculader gebruikt.

Waar moet je op letten

Als eerste moet je er natuurlijk op letten dat de lader het juiste voltage kan laden (bijna altijd 12V bij een camper). Dan kijk je of de lader ook geschikt is voor de te laden accu. Vaak kun je op een lader meerdere standen instellen; dit wordt dan vaak met een icoontje of met de woorden WET, LEAD ACID, LOOD, AGM, GEL of DRY aangegeven, als dat niet is / kan zijn de mogelijkheden meestal zeer beperkt en zul je agm, gel, vrla en lithium accu’s niet kunnen laden, vaak kun je dan alleen lood accu’s laden.

Het volgende wat belangrijk is het amperage (Ah) oftewel het laadbereik, je zult begrijpen dat je met een lader van een motor fiets geen huishoud accu van 230 Ah kunt laden, gebruikelijk is de regel dat de lader 10% van de capaciteit van de accu moet zijn. Een 100 Ah accu laadt je derhalve op met een stroomsterkte van 10A. Dit is de nominale laadstroom, minimaal moet de stroomsterkte de helft daarvan zijn (in ons geval dan 5A) en maximaal het dubbele (20A). Bij een te grote laadstroom kan de accu het chemisch proces niet meer verwerken en heb je kans dat je de accu (letterlijk) op blaast (door de ontwikkeling van waterstofgas die niet kan worden afgevoerd in de huidige gesloten accu’s) en bij een te kleine laadstroom krijgt je de accu niet vol en sulfateert de accu. In beide gevallen loopt de accu ernstige schade op en gaat die kapot. Uitval van accu’s wordt bijna altijd veroorzaakt door één van deze twee oorzaken:
1. verkeerde lader, of
2. verkeerd gebruik (te diep ontladen).
Nu zijn de tegenwoordige acculaders over het algemeen “slimme” laders: ze passen de laadstroom aan gedurende het laadproces, waardoor “overladen” nauwelijks nog voorkomt.

Laadkarakteristiek

We hebben nu al gezien dat de accu-lader drie fasen kent: een anti-sulfateringsfase, een normale laadfase en een druppel-laadfase. Onze lader kent dus al drie stadia. Tegenwoordig heeft iedere fabrikant zijn eigen laadkarakteristiek en meestal ook nog met een eigen naam. Maar heel vaak noemen we die drie fasen Bulkfase, Absorptie fase of Float fase. Meestal is het de fabrikant erom te doen dat de accu weer zo snel mogelijk vol zit zonder dat er een probleem met de accu ontstaat. De stroom waarmee de accu geladen word mag immers niet te groot zijn. Vaak word er voor start-accu’s maximaal 20% van de capaciteit aangehouden. Een 80ah startaccu mag dus met een maximale stroom van 16A geladen worden. Bij accu’s voor cyclisch gebruik zoals onze semi-tractie-accu’s in de camper geldt de 10% regel en dan mag zo’n 80Ah accu met maximaal 8A geladen worden.

Behalve een juiste laadstroom moet de acculader ook in karakteristiek aansluiten bij de gebruikte accu. Er bestaan verschillende laadkarakteristieken welke bestaan uit een combinatie van de volgende eigenschappen:

I = constante stroom
U = constante laadspanning
W = teruglopende laadstroom
o = automatische omschakeling van laadprocessen
a = automatische uitschakeling
e = automatische inschakeling

Laadkarakteristiek semi-tractie of deep-cycle-accu

Voor een huishoudaccu is een lader met een IUoUoe karakteristiek aan te bevelen. Een microprocessor regelt het laadproces, hetgeen uit drie trappen bestaat. In de eerste trap wordt met maximale stroom (bijvoorbeeld 10 Amp.) geladen tot het moment dat een spanning van 14,7V* wordt bereikt, dit laadproces noemen we de hoofdlading. In de tweede trap wordt de behaalde spanning van 14,7V* gedurende enkele uren constant gehouden (het naladen). In deze fase loopt de laadstroom geleidelijk aan terug. Vervolgens treedt de derde trap in werking. Hierbij wordt een onderhoudsspanning van 13,5V* ingesteld (het zogenaamde druppelladen). Dit trapsgewijze laadproces kan de accu voor 100% laden, terwijl wordt voorkomen dat de accu gaat koken en er gevaarlijk knalgas kan ontstaan.

In het onderstaande schema is te zien hoe het IUoUoe laadproces verloopt. De blauwe lijn geeft de laadspanning (U) aan, de rode lijn de laadstroom (I).

Aan deze zogenaamde traditionele 3 traps laadkarakteristiek zitten ook nadelen:

  • Tijdens de bulk fase wordt de stroom op een constant en dikwijls hoog niveau gehouden, zelfs nadat de gasspanning (14,34V voor een 12V accu) is overschreden. Dit kan leiden tot een te hoge gasdruk in de accu. Een deel van het gas zal ontsnappen via de veiligheidsventielen. Dit verlaagt de levensduur van de accu.
  • Daarna wordt de ‘absorbtion’ spanning toegepast. Dit gebeurt gedurende een vast tijdsbestek, onafhankelijk van hoe diep de laatste ontlading is geweest. Een volledige ‘absorbtion’ periode, na een ondiepe ontlading, zal de accu overbelasten. Ook dit verlaagt de levensduur van de accu (bijvoorbeeld door versnelde corrosie van de positieve platen).
  • Uit onderzoek is gebleken dat de levensduur van een accu verhoogd kan worden door de ’float’ spanning te verlagen op momenten dat de accu niet gebruikt wordt

Laadkarakteristiek AGM-accu en GEL-accu

Om aan de bezwaren van de traditionele drietaps laders te ontkomen zijn de nieuwste laders voor de specifieke AGM- en GEL-accu’s voorzien van een een verbeterde laadkarakteristiek: een 4 traps (en soms wel tot een 7-traps) karakteristiek:

Het verschil tussen een AGM-accu en een GEL-accu ligt in de absorptiefase en de daarvoor benodigde laadspanning:

  • een AGM-accu heeft in de absorptiefase een spanning nodig van 14,7 V gedurende 3,5 tot 4 uur, en
  • een GEL-accu heeft in die fase een spanning nodig van 14,4 V gedurende 8 uur.

Als je dus zou willen overschakelen van het ene type accu (semi-tractie) naar een speciale accu (AGM of GEL), moet je er dus rekening mee houden dat je wellicht ook de acculader zult moeten vervangen.

Twee van de bekendste merken als regelaar voor jouw 12V circuit (Calira en Schaudt uit Duitsland) maken zogenaamde Elektrobloks met een ingebouwd laadapparaat. Bij Calira is dit laadapparaat bij uitstek geschikt voor GEL-accu’s (maar gewone loodzuur accu’s worden ook goed opgeladen), bij Schaudt zit er een keuzeschakelaar op voor GEL of gewone loodzuur-acc’s. De laadkarakteristiek van beide apparaten is de volgende:


Een AGM accu heeft 14,6 / 14.7 Volt nodig als hoofdlading met een tijd van 3,5 tot 4 uur. Zo als te zien is, in bovenstaande grafiek komt de lading van de EBL niet hoger dan 14,4 Volt en met de schakelaar in de stand GEL wordt er 8 uur geladen met max 14,4 Volt. Dit is voor AGM accu dus niet voldoende en daarmee wordt de AGM-accu met een Elektroblok van Schaudt nooit 100% geladen!drie uitzonderingen: de nieuwe EBL119AGM, de vervanger van de EBL99, is wel geschikt maakt voor het opladen van een AGM-accu. Iets later is er een tweede exemplaar bijgekomen: de Schaudt EBL 30, met een keuze-schakelaar voor Gel of AGM. En nu in 2019 is de EBL211 (AGM-variant van de EBL208) speciaal voor AGM op de markt gebracht. Ik ben benieuwd wanneer de andere typen volgen.

De laatste soort: LiFePO4 (Lithium-fosfaat-accu)

Te hoog opladen van een LFP-accu, tot meer dan 4,2 V per cel, is niet goed en kan gevaarlijk zijn. Als de accu vol is kan meer elektrische energie niet meer omgezet worden in chemische energie en deze moet dan afgevoerd worden als warmte. Als de laadstroom niet te hoog is kan dat; het gaat wel ten koste van de levensduur van de accu. Maar bij snellading kan de accu te heet worden en opzwellen. De ontstekingstemperatuur is 270° C.
Een goede acculader begint te laden met constante stroom, CC (constant current). De accuspanning wordt daarbij langzaam verhoogd. Als de spanning de maximale waarde bereikt, bijvoorbeeld 3,7 volt per cel, dan houdt de lader deze spanning enige tijd aan, CV (constant voltage). De laadstroom neemt af. Ten slotte wordt de laadstroom sterk verminderd tot een paar procent van de CC-waarde. Een hoge laadstroom, bijvoorbeeld 100 A voor een accu met 100 Ah capaciteit, is mogelijk.
Niet alle cellen hebben precies dezelfde capaciteit. Ze staan in serie dus krijgen dezelfde laadstroom. De cel met de minste capaciteit is het eerste vol. De spanning van die cel loopt op tot bijv. 4 volt, maar de accuspanning is nog onder de maximale waarde omdat de andere cellen nog gemiddeld bijvoorbeeld 3,5 volt hebben. De acculader laadt dus door. Om te voorkomen dat die ene cel te heet wordt moet een accu die veel cellen heeft en snel opgeladen kan worden, voorzien zijn van een BMS (battery management system) dat de spanning van elke cel meet. Als een spanning te hoog oploopt wordt die cel een beetje ontladen, bijv. over een weerstand die de warmte afvoert. Als er verbinding is tussen BMS en lader, kan deze een signaal krijgen de laadstroom te verminderen.
Aan al deze kwalificaties moet de lader voldoen, vandaar dat er voor LiFePO4 speciale laders beschikbaar zijn.

De BMS en de Lithium-acculader

Ik wil nog even wijzen op een bijzonderheid bij sommige LiFePO4-accu’s. Bij sommige is de BMS zo ingesteld dat nadat de accu geheel is opgeladen, een laadstroom door de BMS wordt tegengehouden (niet aangevraagd en niet geaccepteerd) zolang de lading van de lithium-accu niet onder de 50% is gezakt. Je wordt dan geconfronteerd met de “vreemde” eigenschap dat er niet meer wordt geladen, terwijl de accu niet vol is. Dat is bij loodzuur-accu’s heel vreemd en je denkt dan al snel dat er iets niet goed is aangelegd. Bij Lithium-accu’s kan zich dat voordoen. Je zult bijzonderheden daarover in de handleiding bij de accu moeten kunnen vinden.

Een relativerende opmerking: Er zijn ook heel goede LiFePO4-accu’s die een zo goede BMS hebben dat er eigenlijk een lader in verwerkt zit. Die LiFePO4-accu’s kun je met elke lader voor 12V accu’s opladen. Één van deze goede lithium-accu’s is de Super B LiFePO4 SB12V100E-ZC, te zien op de foto hiernaast. Daar hangt wel een leuk prijskaartje aan: nu (juni 2019) te koop voor slechts € 2038,- onder andere bij https://stroomwinkel.nl/lifepo4-energy-batterij-sb12v100e-zc.html

Ik ben dan ook absoluut geen voorstander van het gebruik van LiFePO4-accu’s in campers. Je moet een heel goed werkend Batterij Management Systeem in jouw accu hebben (die worden er vanwege het inherente gevaar in de accu zelf in gezet zodat je geen “verkeerde” lader kunt gebruiken) om het gevaar van zelfontbranding binnen aanvaardbare normen te houden. Desalniettemin worden lithium-accu’s alleen onder heel speciale condities door de luchtvaart vervoerd.

En de klein broertjes van deze lithium-accu’s, de Lion accu’s voor smartphones, begeven het nog bijna wekelijks. Ik kan je vertellen dat het heel wat uitmaakt of jouw smartphone-accu van 10 Wh in jouw broekzak ontbrandt of dat zulks het geval zal zijn met een LiFePO4-accu van 1500 Wh (125 Ah) in jouw camper; die accu is namelijk 150 maal sterker!

En de bijzondere laadkarakteristiek: de egalisatielading.

Er is naast de bulk-, absorptie- en float-lading nog een heel bijzondere lading: de egalisatielading. Deze kun je het beste vergelijken met het maandelijks opschudden van jouw dekbed. Daardoor gaat het dons weer in alle uithoeken zitten en voelt het dekbed weer beter aan.

Een egalisatielading zorgt er niet alleen voor dat jouw loodaccu beter opgeladen wordt, maar garandeert ook een langere levensduur.
Zowel voor specialisten in het opladen van accu’s als voor groentjes is het interessant om weten wat een egalisatielading is, waarom dit zoveel voordelen biedt en hoe je dit aanpakt bij een loodaccu. Zo is jouw accu immers verzekerd van een lange levensduur en een optimale capaciteit.
Een egalisatiespanning kan sulfatering in de beginfase oplossen en het is daarom belangrijk om dit vooral toe te passen bij accu’s die stelselmatig onvoldoende worden opgeladen (dat zal bij een huishoud-accu niet zo snel het geval zijn) maar ook bij een deep-cycle-accu die voortdurend wordt opgeladen (en juist dat komt nu wel vaak voor bij huishoud-accu’s).

Bij een egalisatielading wordt de vaste laag kristallen die zich op de loden platen van de accu gevormd heeft, afgebroken zodat het sulfaat zich weer kan vermengen met het zwavelzuur. Daarnaast zorgt de egalisatielading ervoor dat de cellen gelijkmatig geladen worden zodat bepaalde cellen niet langer overladen zijn en andere niet voldoende geladen zijn. Door een egalisatielading uit te voeren worden dus zowel de kristallen afgebroken als de cellen gelijkmatig opgeladen zodat de accu beter opgeladen wordt en de levensduur van de accu verlengd wordt.
Een egalisatielading is alleen uit te voeren als jouw laadapparaat die speciale functie kent.

Maar pas op: een egalisatielading mag je alleen uitvoeren bij een deep-cycle loodzuur-accu. Absoluut niet handmatig toepassen op een GEL of AGM-accu, want daarmee maak je jouw accu stuk!!
Wanneer jouw laadapparaat (bijvoorbeeld de MPPT-Solarlaadregelaar van Victron) die instelling wel heeft is dat niet erg; hij houdt namelijk rekening met welk type accu je hebt en past daar de egalisatielading automatisch op aan. In 9 van de 10 gevallen is een dergelijke lading niet nodig  bij GEL en AGM-accu’s en wordt die ook niet uitgevoerd.

En tot slot: de druppellader

Op dit onderdeel vieren de reklame-jongens hoogtij. Zie of hoor je ze nauwelijks bij de reguliere accu-laders, bij de druppelladers vliegen de superlatieven je om de oren. De druppellader geeft pulsjes af met een geringe stroomsterkte en zorgt er zo voor dat jouw accu niet ontladen wordt. De reklame-jongens wijzigen dit in “het in optimale conditie houden van jouw accu”. Wat ze daarbij vergeten is dat deze vele minimale opladingen wel degelijk tesamen gelden als een laadcyclus en daarmee de leeftijd van de accu juist bekorten! Accu’s kunnen namelijk maar een bepaald aantal keren worden opgeladen (van “leeg” naar vol, waarbij “leeg” niet echt leeg is maar als maximale schadevrije ontlaaddiepte – DOD – moet worden gelezen). Jouw druppellader verkort dus ongezien de levensduur van jouw accu.1) Alleen een diepte-ontlading is erger, dus als je de keus hebt: zorg er voor dat bij niet-gebruik geen apparaten aangesloten zijn (ook geen “waarschuwingsledje”) en doe vervolgens niets. Door zelfontlading verliest een goede accu in één jaar tijd nog geen 25% van zijn lading en als je hem dan na een jaar weer eenmaal oplaadt kost dat slechts één LifeCycle.  Een aangesloten druppellader heeft in dat jaar vele LifeCycles opgesoupeerd. In de praktijk blijkt dat een accu die voortdurend is aangesloten op een druppellader niet ouder wordt dan 3 jaar, terwijl een andere accu wel 6 tot 10 jaar oud kan worden.
En heb je een LiFePO4? Wees er dan op bedacht dat een Lithium-accu niet goed tegen een traditionele  druppellader kan. Nu gaat elke lader die standaard in een elektroblok zit, of dat nu Schaudt is of Arsilicii, Reich, CBE , Nordelettronika of nog een ander merk, op een gegeven moment over op druppellading. Hoewel sommige verkopers hun LiFePO4-accu aanprijzen met de zinsnede dat je geen ander laadapparaat nodig hebt is dat niet juist. Vraag hem maar eens door op zijn kennis van een traditionele druppellader en het gedrag daarop van de LiFePO4. En wil je weten waarom?
1. De LiFePO4-accu heeft een heel lage interne weerstand en de druppellading is een Constant Voltage lading. Die twee gaan niet goed samen; in essentie behoor je bij een LiFePO4-accu een stroomsterkte aan te leveren en controleert de BMS van de accu zelf het voltage.
2. De maximum levensduur wordt bereikt bij een SOC (State of Charge, het percentage gegeven laadtoestand) van 50-80%; om die reden is een druppellader die de accu op 100 % houdt een zeer slecht idee. Zie: “study of calendar ageing vs SOC (Journal of The Electrochemical Society, 163 (9) A1872-A1880 (2016))

Résumé:

  1. Gebruik een lader die geschikt voor jouw type accu: semi-tractie/deep-cycle, AGM- of GEL-accu;
  2. Als je een LiFePO4 accu wilt gebruiken, bezuinig dan niet op de uitvoering (een uiterst goed Batterij Management Systeem is een absoluut vereiste).

1 De oorzaak hiervan is gelegen in de aard van de zelfontlading. Wanneer die lineair zou zijn, dan maakt het geen verschil of je voortdurend (druppel)laadt of dat je slechts éénmaal in de zoveel tijd herlaadt. Van zelfontlading is echter bekend dat dat deze bij een volle accu sterker is en naarmate de accu leger raak de mate van zelfontlading afneemt. Grafisch gezien is de zelfontlading, weergegeven in procenten van de lading, een hyperbool. En dan gaat voortdurende druppellading wel degelijk meer ten koste van de Lifecycles dan  incidentele herlading. <terug>

laatstelijk gewijzigd: 21 mei 2021

Geef jouw reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.