Gebruik en onderhoud batterijen

Algemeen

Vermijd kortsluiting:
Leg nooit metalen voorwerpen op de batterij-polen

Vermijd ontploffing:
Gedurende het laden geen open vuur in de nabijheid, niet roken, niet lassen of snijden

Vermijd corrosie:
Houd de batterij schoon en droog. IJzerwerk en polen met zuurvrije vaseline invetten. Indien het ijzerwerk reeds is gecorrodeerd, dit met sodawater neutraliseren en met schoon water naspoelen. Daarna met epoxyverf behandelen.

Vermijd vernieling:
Dit is vooral belangrijk bij autobatterijen. NOOIT, maar dan ook NOOIT, terwijl de motor loopt, een van de batterijklemmen losnemen.
De dynamo levert doorgaans een veel hogere spanning dan de batterijspanning en daardoor kan de systeemspanning veel hoger worden als de batterij ontkoppeld wordt. Deze zorgt er n.l. voor dat de systeemspanning niet boven een ontoelaatbare waarde uitkomt. Neemt men tijdens een draaiende motor een van de batterijklemmen los, dan kan dit totale verwoesting van het elektrische systeem betekenen.
Indien iemand u voorstelt de batterij los te nemen, om b.v. de dynamo te testen, spreek dan een krachtig NEE uit!

Het installeren van een nieuwe batterij

- Maak de batterij grondig schoon, zowel bak als klemmen. Markeer vervolgens de kabels zodat deze weer op de juiste wijze aangesloten worden. Meestal zijn de klemmen gemerkt.

- Maak eerst de negatieve kabel los, hierdoor voorkomt men dat sluiting gemaakt kan worden met het gereedschap. Vervolgens de positieve kabel en dan de strip waarmee de batterij op zijn plaats gehouden wordt. Indien de strip erg gecorrodeerd is dient deze vervangen te worden. Haal vervolgens de batterij van zijn plaats en breng hem op een later tijdstip naar een recycling bedrijf. Wees altijd voorzichtig met het transport, het elektrolyt is zeer agressief en kan lelijke verwondingen toebrengen. Het dragen van een veiligheidsbril is wenselijk.
- Zodra de batterij van zijn plaats is, de batterijhouder en kabelklemmen goed schoonmaken,  er zijn metaalborsteltjes in de handel in de vorm van een tandenborstel, deze lenen zich heel goed voor dit werk. Vooral de binnenkant van de klemmen is erg belangrijk. Kijk ook goed of de kabels op de overgang naar de klem niet gecorrodeerd zijn, anders vervangen. Slechte  verbindingen geven overgangsweerstanden en veroorzaken onnodige spanningsval.
- Smeer de klemmen en batterijpolen dun in met zuurvrije vaseline, dit voorkomt corrosie
- Plaats de nieuwe batterij zo dat de negatieve pool overeenkomt met de negatieve kabelklem, sluit men de kabels verkeerd aan dan kan dat ernstige gevolgen voor het  elektrische systeem hebben, in het ergste geval kan het totaal vernield worden. Overtuig u er daarom goed van of de polariteit goed is.
- Nadat men eerst de batterij vastgezet heeft met de bevestigingsstrip sluit men de kabels in omgekeerde volgorde weer aan, dus eerst de positieve en pas daarna de negatieve.   Alweer om kortsluiting door het gebruik van sleutels e.d. te voorkomen. Bedenk dat een  flinke batterij honderden ampères kan leveren gedurende enkele tientallen seconden.
- Voordat men nu de batterij gaat gebruiken controleert men als laatste of het elektrolyt  niveau in de cellen voldoende hoog staat, anders bijvullen.

Elektrolyt

Wees altijd uiterst voorzichtig bij het werken met elektrolyt. Draag beschermende kleding en een veiligheidsbril. Zorg ook voor voldoende ventilatie.
De soortelijke massa (S.M.) van het elektrolyt bij 27 ^oC dient ongeveer 1280 [kg/m³] te bedragen. Per 10 ^oC lagere temperatuur moeten 7 punten van de gemeten waarde worden afgetrokken en omgekeerd bij elke 10 ^oC hogere temperatuur moeten 7 punten worden opgeteld. De S.M. meting wordt meestal uitgevoerd op de vloeistof net boven de platen en kan daarom aanleiding geven tot meetfouten. Er is enige tijd nodig voor een goede menging, vooral tijdens het laden, c.q. ontladen.
Bijvullen dient altijd te geschieden met gedestilleerd water. Alléén na het laden mag worden bijgevuld. Indien men vóór het laden bijvult loopt men de kans dat door het warm worden tijdens het laden de vloeistof zodanig uitzet dat deze overloopt. Gedestilleerd water altijd in een niet metalen fles bewaren. N.B. Nooit bijvullen met zwavelzuur, alleen het water verdwijnt!  Bijvullen tot aan de onderkant van de daarvoor aanwezige indicator. Er moet in ieder geval worden bijgevuld indien het niveau gezakt is tot onder de bovenkanten van de platen. Vermeden dient te worden, dat zo hoog wordt bijgevuld dat het elektrolyt eruit loopt, aangezien dan het S.M. teveel daalt. Nooit leidingwater of andere vloeistoffen gebruiken.
Leidingwater bevat opgeloste metalen, deze zijn desastreus voor uw batterij. Laat u niet ompraten door zogenaamde deskundigen!

Laden en ontladen
Laden moet zo mogelijk onmiddellijk na de ontlading gebeuren. Laat een batterij nooit in ontladen toestand staan. Te diep ontladen batterijen nooit meteen met de volle laadstroom laden, eerst een vereffeningslading toepassen totdat de S.M. 1125 tot 1135 bedraagt. Daarna kan de normale laadstroom ingeschakeld te worden. De batterij is geheel vereffend, indien de spanning gedurende 3 achtereenvolgende uren niet meer toeneemt. De S.M. mag gedurende deze periode ook niet meer toenemen, in het algemeen  is dan 1260 á 1280 bereikt. Bij regelmatige overladingen of te diepe ontladingen, moet men er terdege rekening mee houden dat de batterij spoedig het loodje legt. Ook moet men nooit proberen batterijen te laden waarvan het elektrolyt bevroren is. Bij een totaal lege batterij geschiedt dit al vrij gauw.
Wordt een batterij heet of begint hij sterk te borrelen dan de lading onderbreken of indien dit mogelijk is, de laadstroom kleiner maken.
Is een batterij volledig ontladen dan is het beter deze niet met de gebruikelijke laadstroom te laden maar te werk te gaan volgens onderstaande tabel:

Bij automobielen: Als een lader gebruikt wordt terwijl de batterij nog aangesloten is op het systeem, is het verstandig de negatieve batterijklem los te nemen. Mocht om een of andere reden de uitgangsspanning van de lader erg hoog worden dan zou het systeem schade op kunnen lopen. Meestal vertrouwt men erop dat de batterij de zaak wel in bedwang houd, maar in bepaalde gevallen is het mogelijk dat er toch schade ontstaat.
Indien u over gaat op een ander type batterij kan het zijn dat u het laadproces moet aanpassen, neem in dat geval contact op met de leverancier van de batterij.

Samenvattend: 
geladen:       S.M. 1260 à 1280
half geladen: S.M. ± 1200
ontladen:      S.M. 1125 à 1135

Met behulp van een zuurweger kan men veel over de toestand van de batterij te weten komen. Dit kan men ook indien men beschikt over een goede, liefst digitale voltmeter.
Welke methode u wilt toepassen staat u vrij, indien men de metingen goed uitvoert zijn beide betrouwbaar. Wanneer men voor de spanningsmeting kiest dan moet men wel bedenken dat ook de batterijspanning, net als bij de S.M. meting, eerst dan de absolute rustspanning aangeeft nadat de batterij gedurende 1 à 2 uur met rust is gelaten.
Uit de batterijspanning kan men de S.M. waarde berekenen, er is n.l. het volgende verband:

Voorbeeld:
Meet men een rustspanning van 12.36 V dan is de celspanning 12.36 / 6 = 2.06 V
De soortelijke massa is dan S.M. = 2.06 - 0.84 = 1.220

Nadeel van de spanningsmetingsmethode is dat men niet de spanning per cel kan meten, alleen de totale batterijspanning. Zodoende kan men alleen maar een gemiddelde bepalen over de gehele batterij, hetgeen het niet mogelijk maakt slecht functionerende cellen te lokaliseren.
Met de zuurwegermeting is dit bij veel batterijen nog wel mogelijk, men kan via de vuldoppen de S.M. van elke cel onafhankelijk bepalen.
Alleen bij zgn. onderhoudsvrije batterijen is dit ook helaas meestal niet meer mogelijk.

De waarde van de S.M. is zeer belangrijk om de ladingstoestand van de batterij te weten.
De concentratiedaling van het elektrolyt, d.w.z. van de S.M. is exact evenredig met het aantal geleverde ampère-uren. Omgekeerd, de stijging is recht evenredig met het aantal geladen Ah.
De waarde van de S.M. wordt wel verschillend weergegeven, volgens de SI standaard moet het opgegeven worden in kg/m³ maar men ziet ook vaak de waarde in kg/dm³ of ook wel in g/ml (vaak op zuurwegers)
Onderstaande figuur is toegevoegd om een en ander te verduidelijken.

Nummering van de cellen

In geval van niet tot overeenstemming te kunnen komen met de leverancier aangaande defecte batterijen is het gunstig een soort logboek bij te houden waarin men alle handelingen die de batterij(en) betreft in noteert. Dit kan soms uitermate belangrijk zijn, ook al i.v.m. het kunnen achterhalen wat en waarom iets fout gegaan is.
Om de cellen te kunnen controleren en om dit te kunnen noteren, is het noodzakelijk de cellen te nummeren volgens een steeds aan te houden schema.
De cel die het dichtst gelegen is bij de positieve pool b.v. nummer 1, de volgende 2 enz.
Vervolgens kan men naar een zelf samengestelde code aangeven wat er gebeurd is, cellen met water bijgevuld, extra geladen, vereffeningslading, datum van buitengebruikstelling enz.

ALGEMENE OMSCHRIJVING VAN EEN BATTERIJ

Wat is het doel van een loodzwavelzuur cel?

Het doel van een loodzwavelzuur cel is het langs chemische weg opslaan en weer afgeven van elektrische energie.

Opbouw van een loodzwavelzuur cel

Een cel bestaat uit:
1. Positieve platen.
2. Negatieve platen.

De platen zijn onderling gescheiden door kunststof separatoren (separatie), welke microporeus zijn. Het geheel is samengebouwd in een kunststof bak welke daarna gevuld wordt met verdund zwavelzuur (het elektrolyt).

Wat is een batterij?

Een batterij bestaat uit een aantal gelijke cellen welke in serie geschakeld zijn. Het geheel wordt kortweg batterij genoemd.

Het doel van de batterij

Het doel van de batterij is het opslaan van elektrische energie, welke op elk willekeurig tijdstip gebruikt kan worden.

Wat gebeurt er in een cel tijdens het ontladen?

Wanneer een cel wordt ontladen, gebeurt het volgende. Aan de positieve plaat ontstaat door opname van zuur uit het elektrolyt loodsulfaat, daarbij water vormend. Aan de negatieve plaat ontstaat door opname van zuur uit het elektrolyt eveneens loodsulfaat. De hoeveelheid vloeistof in de cellen blijft echter nagenoeg gelijk. Het zuurgehalte in het elektrolyt vermindert echter, hetgeen is te constateren aan de verandering van de soortelijke massa. De soortelijke massa is daardoor een maatstaaf voor de ladings- of ontladingstoestand van de batterij.

In formulevorm kan men dit als volgt weergeven:

Negatieve pool   Pb + SO₄⁼   -> PbSO4 + 2e^-
Positieve pool     PbO₂ + 2H⁺ + H₂SO₄ + 2e^-   -> PbSO₄ + 2H₂O

Wat gebeurt er in een cel tijdens het laden?

Tijdens het laden vindt het omgekeerde plaats als bij het ontladen, bovengenoemde processen lopen dan ook van rechts naar links. Aan beide platen komt zuur vrij terwijl de platen zich omzetten in loodoxide. Zodra de batterij vol is kan deze geen energie meer opnemen en wordt de toegevoerde energie gebruikt om water te ontleden in waterstofgas en zuurstofgas. Dit is een uiterst explosief mengsel. In verband hiermee is het dus duidelijk waarom de aanwezigheid van open vuur of vonken in de nabijheid van een batterij tijdens het laden zeer gevaarlijk kan zijn. Het verdient dan ook aanbeveling de laadruimte is voorzien van een doeltreffende ventilatie!

Capaciteit

De hoeveelheid energie welke opgeslagen kan worden hangt af van de grootte van de platen. De capaciteit wordt uitgedrukt in Ampère-uren (Ah). Daar tengevolge van zeer hoge ontlaadstromen het beschikbare aantal Ah, tengevolge van diverse factoren afneemt en omgekeerd bij lagere ontlaadstromen het aantal beschikbare Ah. gunstiger wordt, is het noodzakelijk bij de opgave van de batterijcapaciteit de daarbij behorende ontladingstijd te vermelden. B.v. een batterij van 400 Ah./5h kan gedurende 5 uren continu 80 Ampère afgeven.
Er bestaat een verband tussen de capaciteit van een batterij en de tijd dat deze een bepaalde stroom kan leveren. Dit is onderzocht door Peukert, deze vond de volgende relatie:

C_p = Iⁿ*t

waarin:

C_p de Peukert capaciteit is
I     de belastingstroom in A
n     de Peukertcoefficient
t      de tijd in uren

Voor diegenen die graag rekenen is een kant en klaar programmaatje te downloaden. perform.exe

Gedurende de levensduur van de batterij neemt de capaciteit geleidelijk af, kies daarom de batterij-capaciteit zodanig dat bij 80% capaciteit de batterij zijn werk nog kan doen, dit voorkomt problemen op langere termijn. Controleer daarom regelmatig:

1. of de batterijlader automatisch uitgeschakeld is na de lading
2. of de batterij voldoende geladen is (soortelijk gewicht van het elektrolyt meten)
3. of de beginlaadstroom in overeenstemming is met de specificatie van de     batterijlader.

De capaciteit van batterijen wordt vaak op diverse wijze omschreven.
Men geeft deze aan met CCA, MCA, HCA, CA en RC

Onder CCA (Cold Cranking Amps) verstaat men het aantal ampères dat een batterij bij -17.8 ^oC gedurende 30 seconden kan leveren zonder dat de batterijspanning beneden 7.2V daalt.
MCA (Marine Cranking Amps), HCA (Hot Cranking Amps) en CA (Cranking Performance Amps) zijn soortgelijke grootheden. Daartussen bestaat de volgende relatie:

CA    x 0.8   = CCA
HCA x 0.68 = CCA

De CCA norm is een SAE norm, deze kan men omrekenen naar de DIN norm.
DIN koudstartstroom = CCA x 0.63

Onder RC (Reserve Capacity) verstaat men het aantal minuten dat een batterij 25 A bij 26.7 ^oC kan leveren zonder dat daarbij de batterijspanning beneden 10.5V daalt.

Laadsystemen

De meest gebruikelijke methode voor het laden van batterijen is die, waarbij de wisselstroom uit het net door middel van batterijladers wordt omgezet in gelijkstroom van de vereiste spanning en stroomsterkte. Het door deze batterijladers af te geven vermogen moet zijn aangepast aan de capaciteit van de batterij. Het meest wordt de methode gevolgd van de individuele batterijlading, d.w.z. één batterij wordt aangesloten op één batterijlader. Deze batterijladers hebben een laadkarakteristiek, waarbij de lading aanvangt met een naar verhouding hoge stroom, die automatisch afneemt naarmate de batterijspanning tijdens de lading oploopt. Deze batterijladers zijn voorzien van een laadautomaat die er voor zorgt dat de batterijlader op tijd wordt uitgeschakeld. Overlading is eveneens schadelijk voor de levensduur van een batterij. Overlading kan plaatsvinden door:

a.  Laden met een te grote stroom tijdens de gasontwikkeling (het borrelen)

b.  Onnodig doorladen

Laadstroom

Het is van het grootste belang dat de laadstroom waarmee de batterij na gebruik herladen wordt voldoet aan de door de batterij-leverancier gestelde eisen. Afhankelijk van het vermogen van de lader ligt de normale laadtijd tussen 8 en 15 uur. In sommige gevallen, wanneer men over voldoende laadtijd beschikt kan men volstaan met een goedkopere, kleinere lader. Waak u echter voor ladingstekort. Afhankelijk van de laadstroom beginnen de cellen bij 70% tot 90% van de laadtoestand gas te ontwikkelen. Wanneer men regelmatig de cellen sterk laat gassen, vooral in combinatie met diepe ontladingen, dan zal er spoedig actief materiaal uit de platen vallen en dus de levensduur van de batterij bekorten. Behalve slijtage geeft dit ook een hoog waterverbruik. Zodra de gasontwikkeling begint dient de laadstroom beperkt te worden tot 5 à 10 A per 100 Ah batterijcapaciteit en bij het bereiken van ca. 2.7 V/cel (16.3V bij een 12V batterij) zelfs tot 2.5 à 5 A per 100 Ah.
Ook het doorladen, zelfs met kleine stroom, kan schadelijk voor de batterij zijn. Er treedt corrosie op van de roosters van de positieve batterijplaten. Tijdens het laden is het niet nodig de vuldoppen los te nemen. Het is zeer belangrijk dat men batterijen die meer dan 50% ontladen zijn, direct weer te laden. Het gedurende langere tijd laten staan van ontladen batterijen veroorzaakt sulfateren van de platen. Tijdens de ontlading vormt zich loodsulfaat op de platen. Onder normale omstandigheden heeft dit een amorfe structuur. Wanneer een batterij zeer ver ontladen is of gedurende langere tijd niet geladen, dan gaat dit loodsulfaat uitkristalliseren. Deze relatief grote sulfaatkristallen belemmeren het ladings- en ontladingsproces en veroorzaken daardoor blijvend capacitietsverlies. Zodra de temperatuur van het elektrolyt boven 55 ^oC komt, dient men het laadproces te stoppen. Hoge temperaturen zijn ook schadelijk voor batterijen. Indien de laadspanning gedurende 2 uur niet meer toeneemt kan men de batterij als geladen beschouwen, de soortelijke massa van het elektrolyt zal dan ook niet meer toenemen. Onderstaande tabel geeft een overzicht voor een globale ladingstoestand.

Onder de rustspanning wordt verstaan de spanning tussen de polen nadat de batterij 1.5 à 2 uur geen stroom ontvangen of geleverd heeft. De spanning dient het liefst met een digitale meter gemeten te worden, verdienen verre de voorkeur boven een analoge meter.

Laadfactor.

In de praktijk blijkt dat men meestal 1.1 à 1.2 maal de hoeveelheid Ah moet laden als vooraf aan de batterij onttrokken. Dit noemt men de laadfactor en is onder meer afhankelijk van de batterij constructie en de benutte laadstroom. Hieronder volgt een voorbeeld.
Een batterij is gedurende 8 uur met 5 A ontladen, aan de batterij is dus onttrokken 8 x 5 = 40 Ah. Om dit weer aan te vullen moet men de batterij met 40 x 1.2 = 48 Ah laden, b.v. 12 uur bij 4 A.

Andere laadsystemen

Hierbij zijn te onderscheiden:

1. Normaal laden

Deze methode wordt gebruikt om een geheel of gedeeltelijk ontladen batterij weer op zijn volle capaciteit te brengen. Dit gebeurt meestal met een kleine laadstroom, 5 à 10% van de capaciteit. Vereist is dat deze laders de stroom verlagen zodra de batterij gaat gassen en de lader afschakelt zodra de batterij vol is.

2. Snelladen

Hierbij wordt de batterij met een veelvoud van de gebruikelijke laadstroom geladen (3 à 5 maal). Kans op overlading is hierbij erg groot, dus de lader moet in staat zijn op een kleinere stroom over te schakelen zodra de gasspanning bereikt is (2.35 à 2.4 V/cel). Deze methode past men toe om in korte tijd tot een acceptabele ladingstoestand van de batterij te komen maar wordt slechts zelden toegepast.

3. Bufferladen

Wanneer verbruiker en lader gelijktijdig op de batterij aangesloten zijn dan spreekt men van bufferladen. De stroompieken van de verbruiker worden dan door de lader steeds weer gecompenseerd, de laadstroom is dusdanig dat de batterij vrijwel vol blijft. Voor deze laadmethode gaat men meestal uit van een lader met constante spanning.

4. Druppelladen

Een batterij die niet gebruikt wordt, verliest door zelfontlading zijn lading. In dit geval zijn lood-calcium batterijen beter dan lood-antimoon batterijen. Een volledig geladen lood-antimoon batterij verliest zijn lading in ruim 6 maanden, een lood-calcium batterij in 20 maanden. Men compenseert dit ladingsverlies met een zgn. druppellader, deze levert slechts een zeer kleine laadstroom, ongeveer 0.1 A per 100 AH batterijcapaciteit.

Keuze van de batterijlader

Batterijladers zijn er in allerlei maten en vormen, met diverse laadkarakteristieken. Omdat de keuze van de lader van belang is voor de bedrijfszekerheid en levensduur van de batterij is het verstandig hierover met de batterij-leverancier contact op te nemen. Hieronder volgen om inzicht te krijgen in de verschillende typen, enige laadkarakteristieken.

W en WA karakteristiek

Afnemende laadstroom I bij stijgende celspanning Vc
uitschakeling handmatig of via automaat (b.v. 4 uur na bereiken van Vc = 2.4 V)

WoWA karakteristiek

2 traps-lading
omschakeling bij celspanning Vc =  2.4 V op lagere laadstroom I
uitschakeling via automaat

WU karakteristiek

Lading met afnemende stroom I tot celspanning Vc = 2.4 V
daarna met constante spanning
geen uitschakeling i.v.m lage eindwaarde van de laadstroom I

IU karakteristiek

Lading met constante stroom tot celspanning Vc = 2.4 V
daarna met constante spanning
geen uitschakeling i.v.m. lage eindwaarde laadstroom I

IUI karakteristiek

Lading met constante stroom tot celspanning Vc = 2.4 V
daarna met constante spanning totdat laadstroom 50% van de beginwaarde is vervolgens wordt met deze stroom doorgeladen tot batterij vol is
Om dit te kunnen verwezenlijken is een lader vereist welke gestuurd wordt
door een microprocessor, d.w.z. deze laders zijn niet goedkoop

- Verlies aan elektrolyt, hetzij door te hoge temperatuur op de plaats waar de batterij staat of   door overlading.

- Te diep ontladen, des te dieper een batterij ontladen wordt, des te korter wordt zijn levensduur. Er worden echter batterijen, zgn. deep cycle batterijen, gemaakt die beter geschikt zijn voor toepassingen waar de batterijen steeds diep ontladen worden.

- Verkeerde toepassing of een veel te kleine capaciteit gekozen

- Onvoldoende geladen, laadspanning te laag

- Blootgesteld aan extreme trillingen, hierdoor valt actief materiaal uit de platen

- Gebruik van leidingwater i.p.v. gedemineraliseerd water

- Corrosie

- Bevriezing