| |
Primaire en secundaire cellen
Een accubatterij bestaat uit een aantal met elkaar verbonden cellen, die in staat zijn om chemische energie om te zetten in elektrische energie. Deze cellen zijn in te delen in twee hoofdgroepen; namelijk primaire en secundaire cellen.
Primaire cellen zijn na ontlading onbruikbaar en secundaire cellen zijn na ontlading weer op te laden. Secundaire cellen zijn dus ook in staat om elektrische energie om te zetten in een chemische energie. In dit verhaal beperken we ons tot de secundaire cellen en dan met name de loodzwavelzuurcel.
Celopbouw
De tractiecel kent in principe twee standaardnormen:
1) de DIN-norm
de DIN-norm wil zeggen dat de breedte van de cel 198mm is, ongeacht de capaciteit van de batterijcel
2) de BS-norm
de BS-norm wil zeggen dat de breedte van de cel 159mm is, ongeacht de capaciteit van de batterijcel
De opbouw van een DIN-cel is als volgt:
Type cel 2 PzS 120 L bestaat uit positieve platen van ieder een capaciteit van 60Ah. Een vierplater uit deze serie zou dus een capaciteit hebben van 4 x 60 = 240Ah. De series die in de DIN-norm voorkomen zijn als volgt:
60Ah – plaat 80Ah – plaat 90Ah – plaat 120ah – plaat 150Ah - plaat
De kleinste cel in de DIN-norm is de 2 PzS 120 L, de grootste is de 10 PzS 1500 HS.
De opbouw van een BS-cel is als volgt:
Type cel E 2 bestaat uit twee positieve platen van ieder een capaciteit van 73Ah. Een vierplater uit deze serie zou dus een capaciteit hebben van 4 x 73 = 292 Ah.
29 - plaat 42 – plaat 54 – plaat 63 – plaat 73 – plaat 99 – plaat
Beide varianten kennen de uitvoering “menglucht”. De voordelen van een mengluchtcel zijn als volgt:
- Snellere laadtijden
- Minder onderhoud
- Eventueel uitsparen wisselbatterij
- Tussenladingen – dus extra capaciteit
- Energiebesparing uit het net
De besparingen die hieruit voorkomen zijn:
- 1 x wisselwerking
- gedemineraliseerd water
- onderhoudskosten
Zowel DIN-cellen als BS-cellen hebben positieve en negatieve platen, met tussen iedere positieve en negatieve plaat een separator.
De positieve plaat bestaat uit looddioxide, de negatieve plaat bestaat uit sponslood.
De separatoren zijn gemaakt van microporeuze kunststof. De reden hiervoor is, dat de separatoren niet geleidend mogen zijn, maar tegelijkertijd voldoende poreus moeten zijn om doorstroming van het elektrolyt en dus ionen door te laten.
De celbakken zijn vervaardigd van een kunststof, namelijk polypropyleen. Het is een sterk materiaal en is goed lasbaar. Dit is nodig om de celdeksels zuurdicht te versmelten met de celbak.
Op de bodem van de celbak zijn een aantal ribben of prisma’s aangebracht, waarop de loodplaten steunen. Tussen de ribben is een ruimte aanwezig, waarin de uitgevallen looddeeltjes worden opgevangen, zodat deze de onderkanten van de platen niet kunnen raken. Dit is ter voorkoming van onderlinge sluiting. De celdeksels zijn eveneens vervaardigd van polypropyleen. Ze zijn voorzien van een aantal gaten, namelijk voor de pooldoorvoeren, de vulopening en indien nodig voor de luchtaansluiting. Dit laatste is alleen nodig bij een cel in mengluchtuitvoering.
Celopbouw
Een tractiebatterij wordt opgebouwd uit een aantal cellen die in serie geschakeld worden. In serie schakelen wil zeggen dat de pluspool van de ene cel wordt doorverbonden met de minpool van de andere cel. Als men dit bijvoorbeeld uitvoert met 12 cellen, dan zal men uiteindelijk een totale spanning verkrijgen van: 12 x 2Volt = 24Volt. Zie het schema hiernaast.
De cellen worden ingebouwd in stalen containers, die zijn voorzijden van een zuurbestendige isolerende coating. Tevens is de container voorzien van hijsgaten om de batterij in en uit het voertuig te kunnen takelen.
Sommige containers zijn nog uitgevoerd met lekgaten, maar met de tegenwoordige milieueisen mag dit niet meer.
Grotere containers zijn voorzien van een tussenschot of zelfs een kruisschot dat voor extra stevigheid zorgt.
De afmetingen van een container is afhankelijk van het aantal cellen dat men nodig heeft en van de capaciteit van de batterij.
De batterijen bestaan in een DIN-uitvoering of afwijkend. DIN-uitvoeringen bestaan alleen in de volgende batterijspanningen nl.: 24Volt, 48Volt en 80Volt en dan natuurlijk in verschillende capaciteiten. De afmetingen van een DIN-container zijn vastgesteld volgens de DIN-norm.
DIN-containers zijn te gebruiken voor meerdere typen heftrucks en ook voor allerlei merken.
Hoe functioneert een batterij?
De meest simpele voorstelling van een elektrische cel is een positieve en een negatieve plaat die zijn ondergedompeld in een bak met zwavelzuur. Zie het figuur hiernaast.
De positieve plaat bestaat uit looddioxide, en de negatieve plaat bestaat uit sponsloos. Het elektrolyt bestaat uit zwavelzuur, zoals reeds eerder omschreven.
Een loodzwavelbatterij kent in feite twee chemische porcessen namelijk:
<< laden >> en << ontladen >>
tijdens het ontladen van een batterij wordt chemische energie omgewet in elektrische energie, en tijdens het laden gebeurt het omgekeerde.
De chemische formule hiervoor luidt als volgt:
Ontladen geeft de formule: PbO2 + Pb + 2H2SO4 --> PbSO4 + PbSO4 + 2H2O
Laden geeft de formule:
PbSO4 + PbSO4 + 2H2O --> PbO2 + Pb + 2H2SO4
Tijdens het ontladen van de batterij wordt zowel het looddioxide van de positieve plaat als het lood van de negatieve plaat omgezet in loodsulfaat.
Dit is dus rechtstreeks het gevolg van het zwavelzuur als elektrolyt dat dan in water wordt omgezet. De zuurconcentratie van het elektrolyt wordt gedurende de ontlading steeds minder, met als gevolg dat de klemspanning van de batterij zal dalen.
Tijdens het laden van de batterij zal er een ontlaadstroom vloeien. In de vaste kern van de verbinders, positieve en negatieve platen is dit in de vorm van elektronen. In het elektrolyt zal dit in de vorm van ionen zijn.
De grootte van de ontlaadstroom is afhankelijk van de gebruiker die op de batterij is aangesloten.
De spanning van een batterij is afhankelijk van het soortelijk gewicht van het elektrolyt, en is te berekenen aan de hand van een globale formule nl.: 0,84 + s.g.
Voorbeeld: een cel met een s.g. van 1,28 zal in rust een spanning geven van 2,12V. een cel met een s.g. van 1,13 zal in rust een spanning geven van 1,97V.
Hieruit blijkt dat de batterijspanning rechtstreeks afhankelijk is van het soortelijk gewicht.
Een geladen loodzwavelcel heeft – afhankelijk van de uitvoering – een soortelijk gewicht van 1,27 g/cm³ respectievelijk 1,29 g/cm³.
Een ontladen cel komt op een soortelijk gewicht van 1,13 g/cm³.
Een tractiebatterij mag maar voor 80% ontladen worden. Dit betekend dus dat een batterij van bijvoorbeeld 600Ah 600 x 80% = 480Ah levert.
Een batterij die van 1,29 naar 1,13 wordt ontladen is in totaal 16 punten in s.g. gedaald. 16 punten is 80% capaciteit. Verdeeld over 16 punten is dit 5% per punt.
Als een batterij overkookt door verkeerd bijvullen van de batterij zal het s.g. afnemen. (er loopt immers zuur uit de batterij). Als na de lading het s.g. dan niet hoger komt als bijvoorbeeld 1,26 in plaats van 1,29, betekent dit voor de batterij al 15% capaciteitsverlies!!
Onderhoud van de batterij
Een schone batterij is noodzakelijk, niet alleen voor het uiterlijk, maar ook ter voorkoming van ongelukken en het verlengen van de levensduur van de batterij.
Het reinigen van de cellen, verbinders, containers e.d. is noodzakelijk om de isolatie tussen de cellen onderling en tussen de container zo optimaal mogelijk te houden. Bovendien wordt schade door corrosie als gevolg van accuzuur voorkomen. Afhankelijk van de omgeving en deinzet van de batterij is het onvermijdelijk, dat de bovenkant van de batterij stoffig wordt. Tijdens het laden treedt er gassing op, die voor een deel neerslaat op de batterij. Samen met het stof vormt dit dan een dun elektrisch geleidend laagje, waardoor dan zogenaamde “kruipstromen” vloeien. Deze kruipstromen kunnen per cel in grootte verschillen, met het gevolg dat de ene cel verder ontladen wordt dan de andere. Dit kan een reden zijn voor capaciteitsproblemen wanneer de batterij een tijd heeft stilgestaan. Wanneer de kruipstromen groter worden is het niet uitgesloten dat er vonken ontstaan die de gassen, (die tijdens het laden ontstaan), tot ontploffing doen brengen. Hiermee kunnen we dus stellen dat het onderhoud van de batterij niet alleen leidt tot een langere levensduur, maar ook wezenlijk bijdraagt aan een stuk veiligheid.
Vragen? Bel de Energielijn: (0172) 65 07 37 |
