De wet van Peukert


Fotografie » TechTalk » Batterijen » De wet van Peukert

Een kenmerk van bepaalde batterijen is dat de beschikbare capaciteit lager is als men de batterij met een hoge stroom ontlaadt. Dit effekt is min of meer aanwezig bij de meeste batterijen.

Het Peukert-effekt is sterk aanwezig bij zink-koolstof batterijen en bij loodaccus. De formule werd voor het eerst gebruikt bij loodaccus.

De capaciteit van een accu wordt aangegeven door de stroom die de batterij kan leveren gedurende 20 uur (de stroom wordt aangeduid als 0.05C, dus 0.05 van de nominale capaciteit). Indien een batterij een capaciteit heeft van 100Ah zal de batterij gedurende 20 uur een stroom van 5A kunnen leveren totdat de minimale batterijspanning bereikt wordt, voor een loodaccu is die 10.5V.

Om de effektieve batterijcapaciteit te berekenen bij een hogere of lagere stroom gebruikt men de formule van Peukert. De constante van Peukert is geen echte constante, maar hangt af van de gebruikte batterijtechnologie: AGM (1.05 - 1.15), gel (1.10 - 1.25) of flooded (1.20 - 1.60). Hoe hoger de constante, en hoe slechter de batterij kan omgaan met hoge stromen. Deze constante houdt geen rekening met de temperatuur noch de ouderdom van de batterij.

Nemen we als voorbeeld een nieuwe batterij met een nominale capaciteit van 100Ah. Deze batterij kan een stroom van 5A leveren gedurende 20 uur. Als de batterij een stroom van 15A moet leveren, dan zal dezelfde batterij slechts stroom kunnne leveren gedurende 4.79 uur (in plaats van 6.66 uur). De effectieve capaciteit is verminderd tot 71.9Ah.

De reden van deze schijnbare capaciteitsvermindering is het electroliet (vloeibaar of in pastavorm). Als er een hoge stroom geleverd moet worden, dan zijn er hevige chemische reakties aan de platen, waarbij zwavelzuur opgebruikt wordt. De isolatoren beperken echter een vlotte doorstroming van het zuur, die plaatselijk niet aangevuld kan worden. De zuurconcentratie wordt lager in de nabijheid van de platen, en dus ook de batterijspanning. Als er geen stroom meer gevraagd wordt, dan gebeurt er een egalisatie van de zuurconcentratie en de batterijspanning stijgt weer.

Dit effekt treedt niet op in bepaalde gevallen, bijvoorbeeld het starten van een auto. Het starten gebeurt (normaal gezien...) zo snel dat het zuur nauwelijks opgebruikt wordt. Het effekt treedt wel dubbel en dik op als het starten moeizaam gebeurt: zo kan een batterij die schijnbaar nog goed is plots uitvallen als het koud weer is en de batterij een hogere stroom dan normaal moet leveren.

Het is duidelijk geen capaciteitsverlies! Als we de ontlading met 15A onderbreken nadat de batterij 70A geleverd heeft, dan zou er nog 1.9Ah aanwezig zijn volgens de formule. Maar als we de batterij een lage stroom laten leveren (bijvoorbeeld 1A), dan kan de batterij stroom leveren gedurende een veel langere tijd dan de berekende 2 uur: de batterij kan namelijk stroom leveren gedurende 30 uur.

De capaciteit is niet verdwenen, het is enkel dat de batterij de hoge stroom niet continu kan leveren. De electronen gaan niet zomaar verloren, de wetten van Coulomb blijven geldig.

Het effekt treedt op bij nagenoeg alle batterijtypes met waterige electroliet (vloeibaar of in gel). Het effekt is buitengewoon aanwezig bij de zink-koolstof staafbatterijen en nauwelijks aanwezig bij NiHM.

Het effekt is ook merkbaar bij lithium batterijen (in verschillende mate naargelang de constructie en ouderdom). Bij lithium batterijen zorgt een ionenstroom (lithium-ionen) in de cel voor de electrische stroom. De lithium-ionen ondervinden echter een weerstand bij hun beweging van de ene naar de andere pool. Het electroliet in een lithium batterij dient vooral om de twee electroden van elkaar te houden en als isolator voor de electronenstroom.

In bepaalde gevallen kan zelfs het omgekeerde effekt optreden bij lithium batterijen: de batterij lijkt een hogere capaciteit te hebben als die met een hoge stroom ontladen wordt. De reden is eenvoudig: door de hoge stroom warmt de accu op, en de inwendige weerstand is minimaal bij een temperatuur van 40C.

Het effekt wordt veroorzaakt door de inwendige weerstand van de batterij en heeft twee gevolgen:

  1. een vermindering van de klemspanning als er stroom geleverd moet worden, en dus een snellere uitschakeling van de gebruiker als de minimale spanning bereikt is
  2. een groetere energie-verlies in het element door Joule-verliezen in de inwendige weerstand
De inwendige weerstand van een batterij wordt hoger als het verbruik van aktieve stoffen aan de polen hoger is dan wat het electroliet kan aanbrengen door natuurlijke diffusie.

t = h (C)k
I h
 C: nominale capaciteit
 h: nominale werkingsduur (20 uur)
 I: effektieve stroom
 t: effektieve werkingsduur
 k: constante van Peukert

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren