Tijdens het opladen wordt het positieve actieve materiaal geoxideerd, waarbij elektronen worden geproduceerd, en het negatieve materiaal wordt gereduceerd, waarbij elektronen worden verbruikt. Deze elektronen vormen de stroom in het externe circuit. De elektrolyt kan dienen als een eenvoudige buffer voor de interne ionenstroom tussen de elektroden, zoals in lithium-ion- en nikkel-cadmiumcellen, of het kan een actieve deelnemer zijn aan de elektrochemische reactie, zoals in loodzuurcellen.
De energie die wordt gebruikt om oplaadbare batterijen op te laden, is meestal afkomstig van een batterijlader die werkt op wisselstroom, hoewel sommige zijn uitgerust om het 12-volt gelijkstroomstopcontact van een voertuig te gebruiken. De spanning van de bron moet hoger zijn dan die van de batterij om stroom te forceren om erin te stromen, maar niet te veel hoger of de batterij kan worden beschadigd.
Laders hebben een paar minuten tot enkele uren nodig om een batterij op te laden. Langzame “domme” laders zonder spannings- of temperatuurmeting laden met een lage snelheid en doen er meestal 14 uur of meer over om een volledige lading te bereiken. Snelladers kunnen cellen afhankelijk van het model in twee tot vijf uur opladen; de snelste laders doen er zelfs maar vijftien minuten over. Snelladers moeten meerdere manieren hebben om te detecteren wanneer een cel zijn volledige lading heeft bereikt (verandering in klemspanning, temperatuur, enz.) om het laden te stoppen voordat schadelijke overlading of oververhitting optreedt. De snelste laders zijn vaak uitgerust met koelventilatoren om te voorkomen dat de cellen oververhit raken. Batterijpakken die bedoeld zijn voor snelladen kunnen een temperatuursensor bevatten die de lader gebruikt om het pakket te beschermen; de sensor zal een of meer extra elektrische contacten hebben.
Verschillende batterijchemieën vereisen verschillende laadschema’s. Zo kunnen sommige batterijtypen veilig worden opgeladen met een constante spanningsbron. Andere typen moeten worden opgeladen met een geregelde stroombron die taps toeloopt naarmate de batterij de volledig geladen spanning bereikt. Het verkeerd opladen van een batterij kan de batterij beschadigen; in extreme gevallen kunnen batterijen oververhit raken, in brand vliegen of hun inhoud explosief laten ontsnappen.
OntladingssnelheidEdit
Oplaad- en ontlaadsnelheden van batterijen worden vaak besproken door te verwijzen naar een “C”-snelheid van stroom. De C-stroom is de stroom die de batterij theoretisch in één uur volledig zou laden of ontladen. Druppellading kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd bij C/20 (of een “20 uur”-snelheid), terwijl normaal laden en ontladen kan plaatsvinden bij C/2 (twee uur voor volledige capaciteit). De beschikbare capaciteit van elektrochemische cellen varieert afhankelijk van de ontlaadsnelheid. Een deel van de energie gaat verloren in de interne weerstand van de celonderdelen (platen, elektrolyt, onderlinge verbindingen), en de ontladingssnelheid wordt beperkt door de snelheid waarmee de chemicaliën in de cel zich kunnen verplaatsen. Voor loodzuurcellen wordt het verband tussen tijd en ontladingssnelheid beschreven door de wet van Peukert; een loodzuurcel die niet langer een bruikbare eindspanning bij een hoge stroomsterkte kan handhaven, kan nog steeds een bruikbare capaciteit hebben, indien bij een veel lagere ontladingssnelheid wordt ontladen. Gegevensbladen voor oplaadbare cellen vermelden vaak de ontlaadcapaciteit op 8 uur of 20 uur of een andere aangegeven tijd; cellen voor ononderbroken stroomvoorzieningssystemen kunnen worden beoordeeld op 15 minuten ontlading.
De klemspanning van de batterij is niet constant tijdens het opladen en ontladen. Sommige types hebben een relatief constante spanning tijdens de ontlading over een groot deel van hun capaciteit. Niet-oplaadbare alkaline- en zink-koolstofcellen leveren 1,5V als ze nieuw zijn, maar deze spanning daalt bij gebruik. De meeste NiMH AA- en AAA-cellen leveren 1,2 V, maar hebben een vlakkere ontlaadcurve dan alkalinebatterijen en kunnen meestal worden gebruikt in apparatuur die is ontworpen om alkalinebatterijen te gebruiken.
In de technische notities van de batterijfabrikanten wordt vaak verwezen naar het voltage per cel (VPC) voor de afzonderlijke cellen waaruit de batterij is opgebouwd. Bijvoorbeeld, om een 12 V lood-zuur batterij (die 6 cellen van 2 V elk bevat) op 2,3 VPC te laden, is een spanning van 13,8 V over de polen van de batterij nodig.
Schade door celomkeringEdit
Het blootstellen van een ontladen cel aan een stroom in de richting die de neiging heeft om het verder te ontladen tot het punt dat de positieve en negatieve polen van polariteit wisselen, veroorzaakt een toestand die celomkering wordt genoemd. In het algemeen veroorzaakt het duwen van stroom door een ontladen cel op deze manier ongewenste en onomkeerbare chemische reacties, resulterend in permanente schade aan de cel.Cell reversal kan optreden onder een aantal omstandigheden, de twee meest voorkomende zijn:
- Wanneer een batterij of cel op de verkeerde manier is aangesloten op een laadcircuit.
- Wanneer een batterij die uit verschillende in serie geschakelde cellen bestaat, diep wordt ontladen.
In het laatste geval ontstaat het probleem doordat de verschillende cellen in een batterij iets verschillende capaciteiten hebben. Wanneer één cel het ontladingsniveau eerder bereikt dan de rest, zullen de resterende cellen de stroom door de ontladen cel dwingen.
Veel op batterijen werkende apparaten hebben een laagspanningsonderbreker die diepe ontladingen voorkomt die celomkering zouden kunnen veroorzaken. Een intelligente batterij heeft een ingebouwde spanningsbewakingsschakeling.
Celomkering kan optreden bij een zwak geladen cel, zelfs voordat deze volledig is ontladen. Als de afvoerstroom van de batterij hoog genoeg is, kan de interne weerstand van de cel een resistieve spanningsval veroorzaken die groter is dan de voorwaartse emf van de cel. Dit resulteert in de omkering van de polariteit van de cel terwijl de stroom loopt. Hoe hoger de vereiste ontlaadsnelheid van een batterij, hoe beter de cellen op elkaar moeten zijn afgestemd, zowel wat het celtype als de ladingstoestand betreft, om de kans op celomkering te verkleinen.
In sommige situaties, zoals bij het corrigeren van NiCd-batterijen die eerder overladen zijn geweest, kan het wenselijk zijn een batterij volledig te ontladen. Om schade door het celomkeringseffect te voorkomen, moet elke cel afzonderlijk worden ontladen: elke cel wordt afzonderlijk ontladen door een laadklem over de polen van elke cel aan te sluiten, waardoor celomkering wordt voorkomen.
Schade tijdens opslag in volledig ontladen toestandEdit
Als een meercellige batterij volledig wordt ontladen, zal deze vaak beschadigd raken als gevolg van het eerder genoemde celomkeringseffect.Het is echter mogelijk een batterij volledig te ontladen zonder een celomkering te veroorzaken – hetzij door elke cel afzonderlijk te ontladen, hetzij door de interne lekkage van elke cel toe te staan de lading in de loop van de tijd af te voeren.
Zelfs als een cel tot een volledig ontladen toestand wordt gebracht zonder omkering, kan er echter na verloop van tijd schade ontstaan door gewoon in de ontladen toestand te blijven. Een voorbeeld hiervan is de sulfatering die optreedt in loodzuur-batterijen die lange tijd op een plank blijven staan.Om deze reden wordt vaak aanbevolen om een batterij die bedoeld is om in opslag te blijven, op te laden en het oplaadniveau op peil te houden door hem periodiek op te laden.Aangezien er ook schade kan optreden als de batterij te veel wordt opgeladen, is het optimale oplaadniveau tijdens opslag meestal ongeveer 30% tot 70%.
Diepte van ontladingEdit
Depth of discharge (DOD) wordt gewoonlijk aangegeven als percentage van de nominale capaciteit in ampère-uur; 0% DOD betekent geen ontlading. Aangezien de bruikbare capaciteit van een batterijsysteem afhangt van de ontladingssnelheid en de toegestane spanning aan het einde van de ontlading, moet de ontladingsdiepte worden gekwalificeerd om aan te geven op welke wijze deze moet worden gemeten. Als gevolg van variaties tijdens de fabricage en veroudering kan de DOD voor volledige ontlading veranderen in de tijd of het aantal laadcycli. In het algemeen zal een oplaadbaar batterijsysteem meer laad/ontlaadcycli verdragen als de DOD bij elke cyclus lager is. Lithiumbatterijen kunnen ontladen tot ongeveer 80 à 90% van hun nominale capaciteit. Lood-zuur batterijen kunnen ontladen tot ongeveer 50-60%. Terwijl stroom batterijen 100% kunnen ontladen.
Levensduur en cyclusstabiliteitEdit
Als batterijen herhaaldelijk worden gebruikt, zelfs zonder mishandeling, verliezen zij capaciteit naarmate het aantal laadcycli toeneemt, totdat zij uiteindelijk worden geacht het einde van hun nuttige levensduur te hebben bereikt. Verschillende batterijsystemen hebben verschillende slijtagemechanismen. Bij loodzuur-batterijen bijvoorbeeld wordt niet al het actieve materiaal bij elke laad/ontlaad-cyclus weer op de platen aangebracht; uiteindelijk gaat er zoveel materiaal verloren dat de capaciteit van de batterij afneemt. In lithium-ion-types kan, vooral bij diepe ontlading, bij het opladen wat reactief lithiummetaal worden gevormd, dat niet langer beschikbaar is om deel te nemen aan de volgende ontladingscyclus. Verzegelde batterijen kunnen vocht verliezen uit hun vloeibare elektrolyt, vooral bij overladen of gebruik bij hoge temperatuur. Dit vermindert de levensduur van de cyclus.
OplaadtijdEdit
Vind bronnen: “Oplaadbare batterij” – nieuws – kranten – boeken – scholar – JSTOR (september 2017) (Leer hoe en wanneer u dit sjabloonbericht verwijdert)
De oplaadtijd is een belangrijke parameter voor de gebruiker van een product dat wordt aangedreven door oplaadbare batterijen. Zelfs als de oplaadvoeding voldoende stroom levert om het apparaat te laten werken en de batterij op te laden, is het apparaat gedurende de oplaadtijd aangesloten op een externe stroombron. Voor elektrische voertuigen die in de industrie worden gebruikt, kan het aanvaardbaar zijn de accu op te laden buiten de diensturen. Voor elektrische voertuigen voor gebruik op de snelweg is snelladen noodzakelijk om binnen een redelijke tijd op te laden.
Een oplaadbare batterij kan niet met een willekeurig hoge snelheid worden opgeladen. De interne weerstand van de batterij zal warmte produceren, en overmatige temperatuurstijging zal een batterij beschadigen of vernietigen. Voor sommige types zal de maximale oplaadsnelheid worden beperkt door de snelheid waarmee actief materiaal door een vloeibare elektrolyt kan diffunderen. Een hoge oplaadsnelheid kan overtollig gas in een batterij produceren, of kan resulteren in schadelijke nevenreacties die de capaciteit van de batterij blijvend verlagen. Zeer ruwweg, en met vele uitzonderingen en voorbehouden, wordt het herstellen van de volledige capaciteit van een accu in één uur of minder beschouwd als snelladen. Een batterijlaadsysteem zal complexere controlecircuit- en oplaadstrategieën omvatten voor snel opladen, dan voor een lader die is ontworpen voor langzamer opladen.