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 2,4 V per cel bij 25 ºC. Dit komt voor een 12 V accuset overeen met 14,4 V en voor een 24 V accuset 28,8 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. Mastervolt levert DC-DC converters die de spanning aan boord naar een lager niveau regelen (13,8 of 27,6 V) zodat (halogeen) lampen tijdens het laden niet defect raken.

De laadstroom
Een vuistregel voor de gel en AGM accu’s zegt dat de minimale laadstroom 15% tot 25% van de accucapaciteit moet zijn. 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 kunnen 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 180 Ah Li-ion accu kan bijvoorbeeld met 180 Ampère geladen worden.

Het laadsysteem
Voor een maximale levensduur van gel, AGM en Lithium Ion accu’s is een moderne Mastervolt 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). Deze acculaders regelen onophoudelijk de laadspanning en de laadstroom. Ook wordt de laadspanning aangepast aan de accutemperatuur.
Omdat er altijd apparaten zoals koelkasten aan boord zijn die energie uit een accu halen zelfs wanneer deze wordt geladen, moet een maximale laadspanning worden ingesteld om de aangesloten apparaten te beschermen. Dit maximum is 14,55 Volt voor een 12 Volt-systeem, en 29,1 Volt voor een 24 Volt-systeem. Dit is ook de gewenste laadspanning bij een omgevingstemperatuur van 12 °C.
Mastervolt acculaders zijn uitgerust met een temperatuursensor die op de accu bevestigd wordt, waardoor de acculader de laadspanning automatisch aanpast aan de accutemperatuur. Het aanpassen van de spanning naar een hogere of lagere temperatuur is niet nodig bij Lithium Ion accu’s.

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 uitstekende spanningsregeling en blijft de rimpelspanning onder de 100 mV. Voor GMDSS systemen (Global Maritime Distress Safety System) aan boord van zeegaande schepen kan de acculader ook worden uitgerust met 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. De Mass Charger Interface maakt de Mass lader geschikt als GMDSS lader en is als optie verkrijgbaar.

Voor het berekenen van de laadtijd van een gel of AGM accu kan de volgende formule worden gebruikt:

Lt = laadtijd
Co = capaciteit uit de accu ontladen
eff = efficiency (rendement) 1.1 voor een gel accu, 1.15 voor een AGM accu en 1.2 voor een natte accu
Al = acculaderstroom
Ab = stroomverbruik van de aangesloten apparatuur gedurende het laadproces

Als wij 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%:

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, AGM en Lithium Ion accu’s is het rendement hoger – 85 tot 90% - waardoor er minder verlies is en de laadtijd korter 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 (80-100%) ± 4 uur duurt (geldt niet voor Li-ion accu’s). In de tweede 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 lader de temperatuur, de staat van lading voordat met laden begonnen werd, de levensduur van de accu, de omgevingstemperatuur, etc.

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 of BTM-III 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. De Mastershunt is makkelijk aan te sluiten op het MasterBus netwerk en met de geïntegreerde systeemklok in combinatie met ‘command based events’ kunt u het systeem 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.

remaining battery capacity

battery voltage

25%

tussen 11.7 en 12.3 Volt

50%

tussen 12.0 en 12.6 Volt

75%

tussen 12.1 en 13.0 Volt

100%

tussen 12.6 en 13.35 Volt

Deze methode heeft een nauwkeurigheid van 15 tot 20% en geeft slechts een indicatie van de resterende accucapaciteit.

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 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). 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 = Int

Cp = beschikbare accucapaciteit bij de gegeven ontlading
I = de ontlaadstroom

n = de Peukert-exponent =

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.

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 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 wij 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 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 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 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.