De spanning van batterijen


Fotografie » TechTalk » Batterijen » Spanning

De spanning van een batterij moet aangepast zijn aan het apparaat. De gestandardiseerde spanning voor AA- en AAA-batterijen bedraagt 1.5V.

Oplaadbare batterijen hebben een slechte naam in vergelijking met gewone batterijen. Hun lagere spanning van 1.2V wordt als problematisch aangezien. Niet-oplaadbare batterijen worden gepromoot met als argument hun hogere spanning van 1.5V. Maar in feite is dit allemaal zever.

Batterijspanning bij de ontlading

De batterijspanning in onbelaste spanning is geen maatstaf. Een normale alkaline batterij heeft ook een spanning van 1.2V (en zelfs lager) van zodra die belast wordt. Dit wordt veroorzaakt door de inwendige weerstand van de batterij. Hoe hoger de belasting (nodige stroom), hoe meer de spanning in elkaar zakt, zelfs met nieuwe batterijen.

Afbeelding rechts: een nieuwe alkaline batterij van een bekend merk heeft een klemspanning van 1.23V bij een ontlaadstroom van 500mA. Daartegenover hebben accus een meer constante spanning tijdens de volledige ontlading.

De grafiek geeft de ontladingscurve van een gewone alkaline batterij (die al uitgeput is na 600mAh geleverd te hebben), die van een oplaadbare batterij met hoge capaciteit (zwarte curve) en die van een accu van het type "Eneloop". Hoewel de totale stroom die een Eneloop accu kan leveren lager is dan die van een accu van hogere capaciteit, is het geleverd vermogen ongeveer identiek omdat de klemspanning hoger is bij Eneloop (ken uw formules!). De energie die een cel kan leveren komt ongeveer overeen met de oppervlakte onder de curve (stroom × spanning × tijd).

Het grafiek toont ons duidelijk dat de spanning van accus hoger is dan die van een niet-oplaadbare batterij, zeker als de gevraagde stroom hoog is, wat hier het geval is.

Moderne apparaten (en zelfs digitale fototoestellen) zijn ontworpen om met een spanning te werken die van 1.5 tot 1.0V gaat. Daarbij wordt geen enkele technologie à priori bevoordeeld: een toestel moet immers blijven werken met half-lege batterijen. En de klemspanning van een batterij zakt redelijk snel (zowel als de batterij leeg geraakt of als er een hoge stroom gevraagd wordt).


De tweede grafiek toont ons de klemspanning van enkele batterijtypes tijdens de ontlading (200mA)

De lithiumbatterijen bestaan in verschillende types en hebben niet allemaal een ontlaadspanning van 3.7V. De Lithium-ijzer-fosfaat batterijen hebben bijvoorbeeld een ontlaadspanning van 3.2V Alle accus hebben echter een zeer constante spanning tijdens de ontlading.

De spanning van de loodaccus zakt doorlopend tijdens de ontlading. Deze spanning kan gebruikt worden om de ladingstoestand van de batterij bepalen. In tegenstelling met de andere batterijtypes verandert de samenstelling van het electroliet tijdens de ontlading en dit heeft een invloed op de spanning.

De Nickel-Cadmium en NiHM accus hebben eveneens een vlakke ontladingscurve.

De laatste curve is die van een klassieke batterij (niet oplaadbaar). Vanaf een ontlading van 40% is de batterijspanning lager dan die van een NiMH. De spanning hangt af van de stroom die geleverd moet worden.


Waarom hebben accus zo'n slechte reputatie?

Opnieuw een lijstje om je oplaadbare batterijen optimaal te gebruiken:
Gebruik accus van eenzelfde type in een toestel (zelfde technologie, capaciteit, merk en ouderdom). De zwakste schakel bepaalt de capaciteit van een groep accus die samen gebruikt worden. Meng dus nooit batterijen en accus, gebruik dus geen merken door elkaar (zelfs al hebben ze dezelfde capaciteit en ouderdom). Maak groepjes en gebruik de groep altijd als één geheel.

Laadt geen accus samen als die een verschillende ladingstoestand hebben: accus die minder ontladen zijn worden dan overladen, wat zeer slecht is. Gebruik ook geen accus met een verschillende ladingstoestand in een toestel: de accus met de laagste capaciteit bepaalt de capaciteit van het geheel. Bepaalde cellen kunnen defekt gaan als ze te sterk ontladen worden.

Slecht gebruikt verliezen de accus hun capaciteit, en die effekt wordt alsmaar meer uitgesproken: de zwakkere accus worden overladen terwijl de andere cellen nog niet vol zijn en anderzijds worden deze accus sneller leeg, terwijl de andere accus nog vermogen kunnen leveren.

NiHM accus met hogere capaciteit houden slecht hun lading. Hoe hoger de capaciteit, hoe minder lang de lading bewaard wordt: om tot zo'n hoge capaciteit te komen moeten de membranen dunner zijn. Na een maand hebben de hoge cataciteitsaccus hun lading volledig verloren. Het is beter een reeks accus van lagere capaciteit te gebruiken (type Eneloop): al is hun capaciteit theoretisch lager, toch merkt men geen verschil in de praktijk.

Gebruik accus daar waar ze het best presteren, dus niet in kleine gebruikers zoals afstandsbedieningen, wandklokken, enz.

Snelle laders zijn niet goed voor de accus. De beste laders laden iedere cel individueel en geven de ladingstoestand van de cel aan op het einde van de lading. Ik gebruik nu enkel nog zo'n slimme lader, en sindsdien heb ik geen defekte cellen meer.

Midpoint voltage

Bij oplaadbare batterijen wordt het begrip "midpoint voltage" gehanteerd. Dit is de openklemspanning van een half-ontladen accu. Deze spanning bedraagt 1.2V voor NiMH accus, 2V voor een loodaccu en 3.6 à 3.7V voor lithium accus. Bij alkaline batterijen (en equivalenten zoals de lithium AA batterijen) gebruikt men een nominale spanning van 1.5V, maar in feite is de spanning van een half-ontladen alkaline batterij 1.25 à 1.35V. Bij alkaline batterijen wordt er nooit gesproken over de midpoint voltage en ook niet over de capaciteit van de batterijen.

En om af te sluiten: laat je niet vangen door begrippen die door adverteerders gebruikt worden. Alle batterijen en alle accus zijn gebaseerd op dezelfde technologie. Er bestaan geen 18650-accu met een capaciteit boven de 3000mAh(een standaard-maat voor lithium-ion accus).


Uiteindelijk heb ik zelf de ontlaadcurve van een paar types batterijen geplot (zie hieronder). Ik gebruik een eigen tester waarvan ik de stroom kan instellen tussen 1 en 999mA, de spanning wordt gemeten met een laboratorium-voltmeter.

De test gebeurt met twee verschillende stroomsterktes: 10mA (komt overeen met een kleine verbruiker zoals een radio op laag volume, een digitaal fototoestel in rust,...) en 500mA (groot verbruiker zoals een taslamp, electrisch speelgoed, een fototoestel bij het nemen van een foto, enz).

Het is een test met nieuwe oplaadbare batterijen (ongeveer 10 laadcycli) en twee nieuwe batterijen. De test is niet representatief omdat er iedere keer maar één batterij van een bepaald merk getest wordt. Het is dus geen gemiddelde. Een meer representatieve test staat op de testpagina van de oplaadbare alkaline batterijen.

Wat we uit deze tests kunnen afleiden staat onderaan.

De spanning als verkoopsargument

Heb je al gemerkt dat niet-oplaadbare batterijen nooit een capaciteitsindicatie hebben?

Dit komt omdat er geen standaard-protocol bestaat voor de bepaling van de capaciteit.

Bij een accu wordt de cel ontladen met een stroom gelijk aan 0.1C (één tiende van de batterijcapaciteit). Overigens is er niet veel verschil in capaciteit als er met een wat sterkere of zwakkere stroom ontladen wordt.

Bij een alkaline batterij bestaat er geen standaard test. De capaciteit hangt zeer sterk af van de ontlaadstroom en de gekozen eindspanning.

Met een ontlaadstroom van 500mA heeft een alkaline batterij een capaciteit van ongeveer 550mAh (eindspanning 0.9V), met een ontlaadstroom van 10mA is de capaciteit 2000mAh.

Dit betekent dat een batterij die door een sterke gebruiker ontladen werd, nog 75% chemische energie over heeft. Deze batterij kan dus verder gebruikt worden in een kleine verbruiker.

De meeste batterijfabrikanten gebruiken tegenwoordig een ontlading met een weerstand van 10Ω wat overeenkomt met een stroom van 140mA bij volle batterij tot een stroom van 90mA bij bijna-lege batterij. Hoewel de meeste fabrikanten deze test vermelden in hun technische documentatie, wordt er geen capaciteitsaanduiding gegeven op de batterij zelf.

Ontlaadstroom
10mA
500mA
Meetfouten:
Ontlaadstroom: <2%
Spanning: <0.025V


Deze programeerbare batterijtester belast de batterijen met een vaste, instelbare stroom van 1 tot 999mA. De spanning wordt gemeten door een laboratorium voltmeter.

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren