Inleiding
Het zou gemakkelijk zijn om het laden van accu’s te beschrijven als er één universeel recept voor bestond, onafhankelijk van de gebruiksomstandigheden en het type accu. Maar dat is helaas niet zo.
Een factor die het nog ingewikkelder maakt is het feit dat er vaak meer dan één laadapparaat op de accu is aangesloten en dat de netto laadstroom onbekend is vanwege ook op de accu aangesloten verbruikers.
Laden met constante spanning is de beste manier om de invloed van de verbruikers zoveel mogelijk te elimineren. Hier is de bekende 3 traps laadkarakteristiek uit voort gekomen, met een stroombegrensde fase en vervolgens 2 spanningslimieten, de absorptiespanning en de float- of druppellaadspanning.

Laden in drie stappen (I U_° U)

Bulkladen
In het begin van de laadcyclus van een accu stijgt de spanning snel naar ca. 2.1 V / cel (12.6 V voor een 12 V accu en 25.2 V voor een 24 V accu). De spanning stijgt daarna langzaam door tot de absorptiespanning is bereikt. Gedurende de bulkfase van de laadcyclus accepteert de accu alle aangeboden laadstroom: de laadstroom wordt begrensd door de laadapparatuur.
Voor grote accubatterijen is het raadzaam om de stroom tot C / 5 te beperken of, nog beter, tot C / 10, wat betekent dat 10 tot 20 % van de totale capaciteit per uur wordt geladen, bijvoorbeeld 100 A tot 200 A voor een accu van 1000 Ah.
Minder dure, kleinere accu’s worden vaak met een relatief hogere stroom geladen, bijvoorbeeld C / 3, hoewel dit de levensduur van de accu kan verkorten.
Een accu accepteert alle aangeboden laadstroom tot deze ongeveer 80 % geladen is. Dan wordt de absorptiespanning bereikt. Vanaf dat moment zal de accu, in plaats van alle “aangeboden” stroom te accepteren steeds minder stroom opnemen (absorberen) naarmate het laden vordert. Om deze reden wordt deze eerste spanningslimiet de absorptiespanning genoemd en heet de tweede fase van de laadcyclus de absorptiefase.
Een hoge bulklaadstroom leidt tot temperatuur verhoging van de accu, zorgt voor meer gasontwikkeling en een langere benodigde absorptietijd om de accu volledig te laden. Met andere woorden: een te hoge laadstroom is niet erg effectief en verkort de laadtijd slechts in beperkte mate.

In elk geval moet de laadstroom tot C / 5 of minder worden beperkt zodra de gasspanning is bereikt (bij 20°C is de gasspanning ca. 2.4 V / cel, dwz 14.4 V resp. 28.8 V). Anders zal de actieve massa door overmatige gasontwikkeling uit de platen worden geduwd.

Absorptieladen
Wanneer de absorptiespanning is bereikt wordt het laden beperkt tot de hoeveelheid stroom die de accu bij deze spanning opneemt. Tijdens de absorptiefase neemt de stroom gestaag af terwijl de accu de volledig geladen toestand bereikt.

Zoals in par. 2.2.3 werd beschreven, betekent het laden (en ontladen) van een accu dat er een diffusieproces moet plaatsvinden. Het diffusieproces verklaart veel over het laden en ontladen van accu’s:

- Als een accu snel maar ondiep is ontladen, heeft er weinig diffusie diep binnenin het actieve materiaal plaatsgevonden en is het chemische proces beperkt gebleven tot het oppervlak van de platen. Om de accu weer te laden is dan een kortstondige of zelfs helemaal geen absorptieperiode nodig (de accu van een auto wordt bij een vaste waarde van 14 V geladen). Om te herstellen van een langdurige en diepe ontlading is een lange absorptieperiode nodig om al het actieve materiaal binnenin de platen opnieuw om te zetten.

- Startaccu’s met dunne platen hebben een minder lange absorptieperiode nodig dan accu’s met dikke platen of buisjesplaten.

- De benodigde absorptietijd wordt korter naarmate een hogere absorptiespanning wordt gekozen, omdat toenemende spanning leidt tot sterkere elektrische velden die de diffusiesnelheid verhogen. Naarmate de absorptiespanning verhoogd wordt neemt de gasontwikkeling echter toe totdat uiteindelijk het actieve materiaal uit de platen zal worden gedrukt. Bij gesloten accu’s zal gas gaan ontsnappen waardoor de elektrolyt zal uitdrogen.

Nadere uitwerking van het bovenstaande leidt tot het volgende:

1) Natte loodantimoon accu’s
Hier hebben we te maken met vrij ruime absorptiespanning grenzen, variërend van 2.33 V per cel (14 V) en een lange absorptietijd tot 2.6 V per cel (15.6 V) en een veel kortere absorptietijd. Om overmatige gasontwikkeling te voorkomen, moet de laadstroom boven de gasspanning (2.4 V / cel) beperkt worden tot maximaal 10 % (maar 5 % is veel beter) van de capaciteit van de accu: bijvoorbeeld 40 A voor een accu van 400 Ah. Dit wordt bereikt door stroombegrenzing van de laadapparatuur of door de snelheid waarmee de laadspanning toeneemt te beperken tot ongeveer 0.1 V per cel en per uur (dwz 0.6 V per uur voor 12 V accu, resp. 1.2 V per uur voor een 24 V accu). Het is ook belangrijk te weten dat accu’s niet volledig hoeven te worden geladen na elke ontlading. Het is heel acceptabel om gemiddeld tot 80 % of 90 % te laden (gedeeltelijke lading, bij voorkeur met enige gasontwikkeling om stratificatie te beperken) en de accu bijvoorbeeld één keer per maand volledig te laden.

2) De opgerolde cel accu is in een apart geval, omdat deze accu gesloten is en toch ruime absorptiespanning grenzen accepteert, van 14 V tot 15 V.

3) Andere VLRA-accu’s hebben een lagere absorptiespanning grens die nooit mag worden overschreden. Bij te hoge spanning zal gas ontsnappen via de veiligheidsventielen, waardoor de accu zal uitdrogen..

Floatladen of druppelladen
Nadat de accu volledig is geladen wordt de spanning verlaagd om corrosie en gasontwikkeling zo veel mogelijk te beperken. Daarbij moet de spanning wel hoog genoeg blijven om te compenseren voor zelfontlading, d.w.z. om de accu volledig geladen te houden. Te veel spanning leidt tot versnelde veroudering vanwege corrosie van de positieve platen. De snelheid waarmee het rooster van de positieve platen corrodeert zal ruwweg verdubbelen met elke toename van de celspanning met 50 mV (0.3 V respectievelijk 0.6 V voor accu’s van 12 V en 24 V). Daar staat tegenover dat de accu bij onvoldoende spanning zal niet volledig geladen blijven, wat uiteindelijk tot sulfatering zal leiden.

Met betrekking tot de druppellaadspanning moeten we onderscheid maken tussen natte en VLRA-accu’s:

1) De aanbevelingen voor het druppelladen van natte accu’s variëren van 2.15 V tot 2.33 V per cel (12.9 V tot 14 V voor een 12 V accu). De types natte accu die hier worden besproken zijn niet bedoeld voor druppelladen gedurende langere tijd (d.w.z. meerdere maanden of jaren). Druppelladen met een relatief hoge spanning zal de levensduur verkorten vanwege corrosie van de roosters van de positieve platen, en accu’s met een hoog antimoongehalte zullen regelmatig met gedestilleerd water moeten worden bijgevuld. Druppelladen met een lage spanning, bijvoorbeeld 2.15 V per cel, verminderd veroudering en gasontwikkeling, maar er is dan wel een regelmatige “opfrislading” nodig op een hogere (absorptie) spanning om de accu volledig geladen te houden.

2) Alle genoemde VLRA-accu’s zijn geschikt voor druppelladen gedurende langere tijd. Enkele onderzoeken hebben echter uitgewezen dat een behandeling die lijkt op die welke hier voor natte accu’s is voorgesteld ook de levensduur van VLRA accu’s aanzienlijk verlengt (zie bijvoorbeeld “Batterie Technik” door Heinz Wenzl, Expert Verlag, 1999).

Uit de volgende tabel blijkt hoeveel water er door gasontwikkeling verloren raakt bij een relatief nieuwe accu met laag antimoon gehalte. Belangrijk: de gasontwikkeling neemt toe naarmate de accu ouder wordt, en accu’s met meer antimoon verbruiken 2 tot 5 keer zoveel water!

	Spanning per cel (V)	Accu-spanning (V)	Gas ontwikke-ling per 100 Ah	Water verbruik per 100 Ah	Bijvul interval	Water verlies per laadcyclus	Ah verlies per 100 Ah accucapaciteit
Open-klemspanning	2.13	12.8	20 cc / uur	0.1 l / jaar	5 jaar		44 / jaar
Float	2.17	13	25 cc / uur	0.1 l / jaar	5 jaar		54 / jaar
Float	2.2	13.2	60 cc / uur	0.3 l / jaar	1.5 jaar		130 / jaar
Float	2.25	13.5	90 cc / uur	0.4 l / jaar	1 jaar		200 / jaar
Float	2.3	13.8	150 cc / uur	0.6 l / jaar	10 maand		300 / jaar
Absorptie	2.33	14	180 cc / uur	0.8 l / jaar	7 maand	2 cc	2 / cyclus
Absorptie	2.4	14.4	500 cc / uur	2.2 l / jaar	3 maand	3 cc	3 / cyclus
Absorptie	2.45	14.7	1 l / uur	4.2 l / jaar		4 cc	4 / cyclus
Absorptie	2.5	15	1.5 l / uur	6.5 l / jaar		6 cc	6 / cyclus

Gasontwikkeling en waterverbruik zijn gebaseerd op een 6 cel (= 12 V) accu.
Het interval voor het bijvullen is gebaseerd op 0,5 l waterverlies per 100 Ah. Het wateroverschot in de accu is ca. 1 l / 100 Ah.

De formules:
a) 1g water wordt ontleed in 1.85 l zuurstof- + waterstofgas;
b) 1 Ah verlies vanwege gasontwikkeling wekt 3.7 l gas op in een 6 cel (= 12 V) accu.

Uit de tabel blijkt dat een druppellaadspanning van 13.5 V (13.5 V is een vaak aanbevolen spanning voor de hier besproken natte accu’s) een redelijk compromis is, omdat een lagere spanning niet geheel compenseert voor zelfontlading en een hogere spanning zal leiden tot vaker dan eens per jaar bijvullen en versnelde veroudering t.g.v. corrosie.

Naar mijn mening is het beter om, in plaats van te proberen het evenwicht te vinden tussen zelfontlading en gasontwikkeling, de accu te ontkoppelen en eens in de paar maanden bij te laden, dan wel om de druppellaadspanning tot een zeer laag niveau te reduceren, bijvoorbeeld 2.2 V per cel (13,2 V respectievelijk 26,4 V), en de accu regelmatig met een hogere spanning bij te laden.

Egaliseren

Als een accu niet voldoende wordt geladen, leidt dit tot veroudering om de volgende redenen:
- sulfatering
- stratificatie
- onbalans van de cellen
Accu’s zullen in het algemeen hun volledig geladen toestand bereiken tijdens de absorptie fase of na langere tijd druppelladen.Indien ze enige tijd in gedeeltelijk ontladen toestand zijn gebruikt zullen ze herstellen door:
- herhaaldelijk volledig doorlopen van de laadcyclus
- gedurende langere tijd absorptie- of druppelladen;
- een echte egalisatielading, zoals hieronder wordt beschreven.

In het bijzonder tractieaccu’s kunnen periodiek een egalisatielading nodig hebben.
Een egalisatielading wordt gegeven door eerst de accu zoals gebruikelijk te laden en vervolgens het laden met een beperkte stroom voort te zetten (3 % tot 5 % van de AH-capaciteit van de accu, d.w.z. 3 tot 5 A voor een 100 Ah accu) waarbij de spanning zal toenemen tot 15-16 V (30-32 V voor een 24 V accu). De egalisatie lading moet iha enkele uren duren, tot het soortelijk gewicht (SG) ook in de zwakste cel niet meer toeneemt. Zorg er gedurende deze periode voor dat de accu geïsoleerd is van alle apparatuur die gevoelig kan zijn voor overspanning.

Wanneer moet een accu worden geëgaliseerd?
Dit is afhankelijk van het type en het gebruik. Voor accu’s met een hoog antimoongehalte is de beste manier om hier achter te komen het SG na een normale lading te controleren:
- Als alle cellen gelijk zijn en een waarde opleveren van 1.28 is egalisatie niet nodig;
- Als de waarde van alle cellen zich tussen de 1.24 en 1.28 bevindt is het goed de accu te egaliseren, maar dit is niet dringend nodig;
- Als het SG van sommige cellen minder is dan 1.24 wordt egalisatie aanbevolen.
- Als alle cellen een SG hebben van minder dan 1.24 dan heeft de accu te weinig lading en moet de absorptietijd worden verlengd of de absorptiespanning worden verhoogd.

Bij VLRA-accu’s kan het SG niet gemeten worden en bij natte accu’s met een laag antimoongehalte is de aangegeven waarde niet betrouwbaar. De gemakkelijkste manier om te controleren of deze accu’s echt 100% geladen zijn is om de laadstroom tijdens het absorptieladen te volgen. De laadstroom moet gestaag afnemen en zich vervolgens stabiliseren: dit is een teken dat de chemische transformatie van de actieve massa is voltooid en dat de belangrijkste resterende chemische activiteit gasontwikkeling is (het afbreken van water in zuurstof en waterstof).

Temperatuurcompensatie

De temperatuur speelt een grote rol bij het laden van accu’s. De gasspanning en daardoor ook de optimale absorptie en druppellaadspanning zijn omgekeerd evenredig aan de temperatuur. Dit betekent dat een koude accu bij een vaste laadspanning onvoldoende geladen zal worden en dat een warme accu teveel geladen zal worden.

Het laden van een warme accu zonder temperatuurcompensatie kan tot een instabiele situatie leiden (eng: thermal runaway):
Omdat de gasspanning bij een stijgende temperatuur daalt, neemt de absorptie- of druppellaadlaadstroom toe en de accu wordt nog heter, enz. Dit leidt al snel tot vernietiging van de accu (de overmatige gasontwikkeling duwt de actieve massa uit de platen) en er bestaat explosiegevaar t.g.v. interne kortsluiting en de aanwezigheid van grote hoeveelheden zuurstof- en waterstofgas.

De laadspanning aangegeven door Europese accufabrikanten geldt bij een accutemperatuur van 20°C en kan constant worden gehouden zolang de ook temperatuur van de accu redelijk constant blijft (15°C tot 25°C). Buiten dit temperatuurgebied is temperatuurcompensatie aan te raden.
Hoewel het advies van fabrikanten enigszins verschilt is een temperatuurcompensatie van – 4 mV / °C per cel een algemeen aanvaard gemiddelde. Dit betekent – 24 mV / °C voor een accu van 12 V en – 48 mV / °C voor een accu van 24 V.

Indien de fabrikant een absorptiespanning vermeldt van bijvoorbeeld 28.2 V bij 20°C, dan moet de absorptiespanning bij 30°C verlaagd worden naar 27.7 V. Dit is een verschil van 0.5 V dat zeker niet moet worden genegeerd.
Wanneer, naast een omgevingstemperatuur van 30°C, de interne temperatuur van de accu nog eens 10°C stijgt, wat vrij normaal is tijdens het laden, dan moet de absorptiespanning naar 27.2 V worden verlaagd. Zonder temperatuurcompensatie zou de laadspanning 28.2 V zijn geweest, waardoor een dure gel of AGM accubank snel zou zijn vernield!

Het bovenstaande betekent dat temperatuurcompensatie belangrijk is, vooral voor grote, dure VRLA accu’s.

Overzicht

De volgende tabel geeft een overzicht van de manier waarop accu’s na een ontlading van ca. 50 % kunnen worden geladen. In de praktijk kunnen aanbevelingen per fabrikant verschillen en zijn laadvoorschriften ook afhankelijk van het gebruik van de accu. Vraag altijd uw acculeverancier om advies!

Type	Legering	Absorptietijd bij 20°C	Floatspanning bij 20°C
Auto	Antimoon (1.6 %)	4 uur bij 2.50 V / cel (15.0 V) 6 uur bij 2.45 V / cel (14.7 V) 8 uur bij 2.40 V / cel (14.4 V) 10 uur bij 2,33 V / cel (14 V)	2.33 V / cel (14 V) na een paar dagen verlagen tot: 2.2 V / cel (13.2 V)
Opgerolde cel	Zuiver lood	4 uur bij 2.50 V / cel (15.0 V) 8 uur bij 2.45 V / cel (14,7 V) 16 uur bij 2.40 V / cel (14.4 V) 1 week bij 2.30 V / cel (13.8 V)	2.3 V / cel (13.8 V)
Semi-tractie	Antimoon (1.6 %)	5 uur bij 2.50 V / cel (15.0 V) 7 uur bij 2.45 V / cel (14.7 V) 10uur bij 2.40 V / cel (14.4 V) 12 uur bij 2.33 V / cel (14 V)	2.33 V / cel (14 V) na een paar dagen verlagen tot: 2.2 V / cel (13.2 V)
Tractie (buisjesplaat)	Antimoon (5 %)	6 uur bij 2.50 V / cel (15.0 V) 8 uur bij 2.45 V / cel (14.7 V) 10 uur bij 2.40 V / cel (14.4 V)	2.3 V / cel (13.8 V) na een paar dagen verlagen tot: 2.2V / cel (13.2 V)
VRLA-gel Sonnenschein Dryfit A200	Calcium	4 uur bij 2.40 V / cel (14.4 V) voltage mag niet worden overschreden!	2.3 V / cel (13.8 V)
VRLA-gel Sonnenschein Dryfit A600	Calcium	4 uur bij 2.34 V / cel (14.04 V) voltage mag niet worden overschreden!	2.25 V / cel (13.5 V)

N.B.:

1) Als er geen walstroom beschikbaar is worden accu’s in op een jacht vaak zo snel mogelijk geladen, met een verkorte of helemaal geen absorptieperiode (gebruik bij gedeeltelijk ontladen toestand). Dit is acceptabel, mits de accu regelmatig wel voor de volle 100 % wordt geladen (zie par. 4.3).

2. Als de accu wordt geladen met een spanning die hoger is dan de gasspanning, moet de stroom worden beperkt tot maximaal 5 % van de Ah-capaciteit van de accu, of het laadproces moet zorgvuldig worden gevolgd en de spanning verlaagd als de stroom tot meer dan 10 % van de Ah-capaciteit stijgt. Een oplossing voor dit probleem is de adaptieve laadkarakteristiek.
   
   3) Bij druppelladen van accu’s met 2,2 V per cel is een regelmatige “opfrislading” nodig.
   
   4) Een opmerking betreffende levensduur en teveel laden:
   Start- of boegschroefaccu’s worden vaak parallel aan de hoofdaccu geladen. Het gevolg is dat deze accu’s vaak met een hoge spanning (15 V of zelfs nog meer) worden geladen, hoewel ze al volledig geladen zijn. Als dit het geval is mogen gesloten accu’s niet voor dit doel worden gebruikt, omdat ze dan zouden gaan gassen en uitdrogen. Dit geldt niet voor de gesloten opgerolde cel accu die tot 15 V laadspanning verdraagt.
   Natte en opgerolde cel accu’s zullen wel overleven, maar verouderen sneller. De belangrijkste verouderingsfactor daarbij is corrosie van het rooster van de positieve platen. De corrosiesnelheid verdubbelt bij elke spanning toename met 50 mV per cel. Dit betekent dat bijvoorbeeld een Optima opgerolde cel accu, die een levensduur heeft van 10 jaar bij de aanbevolen druppellaadspanning van 13.8 V, 4 keer zo snel zou verouderen bij 15 V
   (((15 – 13.8) / 6) / 0.05 = 4), waardoor de levensduur slechts 2.5 jaar zou zijn wanneer de accu constant met 15 V zou worden geladen. In de praktijk is dat natuurlijk niet het geval: de hoge laadspanning doet zich alleen voor tijdens de absorptielaadperiode van de service accu. Maw: ondanks frequent overladen zal de levensduur meevallen. Soortgelijke resultaten gelden voor natte accu’s.

Conclusie: hoe moet een accu worden geladen?

Zoals al eerder werd vermeld is er geen simpel recept dat voor alle accu’s en alle gebruiksomstandigheden geldt. En bestaat er geen grotere variëteit aan gebruiksomstandigheden en typen accu’s dan aan boord van een jacht.

Laten we, om een beter idee te krijgen van de manier waarop accu’s worden gebruikt en wat dit betekent voor het laden, weer het voorbeeld uit paragraaf 2.4. nemen. Laten we aannemen dat het jacht 3 accu’s aan boord heeft: een serviceaccu, een startaccu en een boegschroefaccu.

Hoe worden deze verschillende accu’s gebruikt en hoe moeten ze worden geladen?

De serviceaccu
In par. 2.4. en werden drie gebruiksomstandigheden beschreven:

1) Cyclisch gebruik, in gedeeltelijk geladen toestand, tijdens het zeilen of terwijl het jacht voor anker ligt (laden van de accu met de dynamo van de hoofdmotor of met een dieselgenerator). In deze omstandigheden wil men de accu zo snel mogelijk laden. Temperatuurcompensatie is noodzakelijk om vroegtijdige veroudering vanwege oververhitting en overmatige gasontwikkeling te voorkomen.

2) Een combinatie van druppelladen en kortstondige, ondiepe ontladingen tijdens varen op de motor of wanneer het jacht in de haven ligt (walstroom en toepassing van het DC concept). Het risico hier is dat een 3-traps dynamoregelaar (tijdens het varen) of een acculader (indien aangesloten op walstroom) door deze ondiepe ontladingen telkens overschakelt op bulkladen met daarop volgend een vaste absorptie periode. Hierdoor kan een situatie ontstaan waarbij de accu bijna voortdurend aan absorptieladen wordt onderworpen. Daarom moet igv ondiepe ontladingen de duur van de absorptiefase sterk verkort worden.

3) De accu wordt gedurende lange periodes losgekoppeld of onder druppellaadspanning achtergelaten, bijvoorbeeld tijdens de winterperiode. De meeste natte accu’s zullen snel verslechteren (corrosie) als ze lange tijd met 2.3 V (13.8 V) per cel worden geladen. Op basis van mijn persoonlijke ervaring en vele discussies met jacht- en werfeigenaren geef ik er de voorkeur aan om zowel natte accu’s als gel accu’s gedurende de winterperiode los te koppelen dan wel te onderhouden met een druppellaadspanning van ca. 13.2 V en een periodieke opfrislading.

De startaccu
De startaccu wordt op 2 manieren gebruikt:
- Ondiepe ontlading door het één of twee keer per dag starten van de motor.
- Helemaal geen ontlading. Het beste zou zijn de accu dan ook niet te laden, behalve af en toe een absorptielading. In de praktijk wordt de startaccu echter vaak parallel met de serviceaccu geladen, wat acceptabel is, mits het juiste type accu wordt gebruikt en enige verkorting van de levensduur wordt geaccepteerd.

De boegschroefaccu
Als de boegschroef intensief is gebruikt kan de ontlading diep zijn en moet de accu ook weer snel geladen worden. In het algemeen is de meest praktische oplossing om de boegschroefaccu gelijktijdig met de serviceaccu te laden. Vaak worden opgerolde cel accu’s gebruikt vanwege hun zeer hoge piekstroom capaciteit. Deze accu’s accepteren een hoge laadspanning.