Fotografie: test van verschillende oplaadbare batterijen

Lithium-ion batterijen

Fotografie » Batterijen » Lithium » LFP » Test 12V batterijen

Er zijn meer en meer 12V accus. Ze hebben de vorm van de oude lood-zuur gel batterijen maar gebruiken in feite een nieuwe technologie. Hoe presteren die batterijen in vergelijking met andere technologieën?

Testprotocol

Het testprotocol is identiek voor alle batterijen: ik gebruik een laadmodule ZK-4KX (die door mijn 12V netwerk gevoed wordt) die de accu volgens het CC/CV protocol laadt (maximale stroom 1.5A en maximale spanning 15V). Voor een correcte egalisatie verlaag ik de maximale laadstroom tot 200mA bij lithium accu's.

De accu wordt beschouwd als volledig geladen als de stroom onder 700mA komt en niet meer verandert. In bepaalde gevallen kan de stroom zelf opnieuw wat hoger worden omdat de aangevoerde energie in warmte omgezet wordt: de accu wordt wat warmer, zijn inwendige weerstand daalt en de stroom wordt lichtjes hoger. Bij lithium accu's schakelt het BMS de laadprocedure autonoom uit.

DE ontlading wordt gemeten door een andere module, een ZB2L3. De gebruikte weerstand bedraagt 20Ω maar kan eventueel gewijzigd worden. Soms gebruik ik de laadmodule als belasting om een tweede accu op te laden om de energie niet nodeloos te verliezen.

De ontlading wordt normaal stilgelegd bij een spanning van 10.5V (veilig voor loodaccu's), maar ik laat de spanning zakken tot 10V. Het verschil is trouwens zeer beperkt: de batterijcapaciteit bedraagt 12.35Ah voor een ontlading tot 10.5V en 12.50Ah voor een ontlading tot 10V (NiCd accu's). Bij lithium accu's bepaalt de BMS wanneer de accu leeg is, en dat is vaak boven de 10.5V (de accu wordt intern uitgeschakeld).

NiCd Accu

Ik heb twee NiCd accus van 14Ah, ieder accu bestaat uit twee reeksen van 10 elementen van 7Ah. NiCd accus worden nog steeds verkocht voor specifieke toepassingen waar er geen controle is op de lading en ontlading: eenvoudige speelgoed, noodverlichting,... De accu's hebben een lagere capaciteit per gewichtseenheid in vergelijking met de recentere NiMH accu's, maar ze kunnen beter weerstaan aan sterke ontladingen en mogen permanent opgeladen worden met een stroom lager dan 0.05C (700mA voor een accu van 14Ah).

Ik heb deze accus gebruikt voor de noodverlichting in mijn huis. De laadstroom bedroeg 100mA zodat de accu zes dagen nodig had om weer 100% geladen te zijn.

Eerste accu: capaciteit van 12.48Ah (in plaats van 14Ah), tweede accu 12.15Ah.

NiMH accu

Ik heb een 10Ah accu bestaande uit 10 elementen die hetzelfde D of R20 formaat hebben als de normale (niet oplaadbare) batterijen. Men heeft het minder en minder over NiMH accu's terwijl ze gemakkelijk te gebruiken zijn. Ze hebben geen beveiliging en egalisatieschakeling nodig zoals lithium accus. 10 elementen leveren een spanning van 12.5V (13.3V als de accu volledig geladen is). Dergelijke accus kunnen een hoge stroom leveren.

Ik gebruik de accu op verplaatsing om een Weller 12V 50W soldeerbout te voeden. Dit model wordt niet verkocht in Europa, maar je kan die kopen via de internationale site van Amazon. Dit type soldeerbout is gemakkelijker in het gebruik dan een soldeerbout op gas waarvan de temperatuur moeilijk instelbaar is. Met de accu heb ik een autonomie van ongeveer 5 uur. De temperatuur wordt gestabiliseerd door een magnetische schakelaar (Weller Magnastat). Als de temperatuur hoger wordt dan de Curie temperatuur dan verliest de magnetische voeler zijn magnetisme en wordt de stroom onderbroken.

Accucapaciteit: 7.5Ah (in plaats van 10Ah). De capaciteit is nog met 1A gezakt in vergelijking met een meting vorig jaar. De accu wordt niet intensief gebruikt, maximaal een honderdtal gemiddelde ladingen en ontladingen.

LFP accu's

1

Men zegt vaak dat de LFP accus (lithium-ijzer-fosfaat) geschikt zijn voor meer dan 1000 laadcycli, maar mijn ervaring is zeker niet positief. Mijn eerste accu Jubatec Businessline van 10Ah heeft nu een overgebleven capaciteit van 2Ah, terwijl die slechts een 50 cycli doorlopen heeft. Als ik de accu weer onder lading zet wordt de lading onderbroken na 2.4Ah, een teken dat de accu niet verder geladen kan worden (de BMS onderbreekt de verbinding als de spanning van een element te hoog of te laag wordt). De accu werd weinig intensief gebruikt.

De twee Jubatec accu's worden hier besproken.

2

Ik heb een tweede accu van dezelfde fabricant, voor een capaciteit van 20Ah. De BMS module heeft de capaciteit automatisch verlaagd naar 16 en dan 15Ah na een aantal cycli. De accu wordt gebruikt om mijn frigo van stroom te voorzien op verplaatsing. De accu wordt automatisch bijgeladen als de motor van de auto draait en wordt ontladen als de frigo werkt. Het zijn kleine ladingen en ontladingen, waardoor de module na verloop van tijd moeite heeft om de exacte ladingstoestand te bepalen (de stroommeting is niet nauwkeurig). Het is wanneer ik een volledige cyclus doorlopen heb (lading - ontlading) dat de capaciteit verminderd werd. Ik heb de capaciteit opnieuw ingesteld op zijn normale waarde met de app voor smartphone vooralleer de tests te doen.

In de parameters heb ik opgemerkt een "cell overvoltage count = 3", dat wilt zeggen dat de lading onderbroken werd omdat één element een te hoge spanning had. De lading gebeurt met een relatief lage stroom en de BMS had de overtollige lading moeten opgebruiken zodat de andere elementen verder konden opgeladen worden. De egalisatie is een basisfunctie van een BMS (battery management system). Voorwaar: dit is een waardeloze batterij. De website van Jubatec bestaat trouwens niet meer... De onderneming is waarschijnlijk failliet.

Links een batterij die aan het laden is, met elementen die allemaal een verschillende spanning hebben: 3.5V, 3.8V, 3.6V en 3.4V. De spanning van 3.8V is te hoog en de BMS moet een weerstand in parallel op de cel inschakelen om de lading van de cel te beperken (de weerstand is in feite een mosfet transistor die geschakeld kan worden). De totale spanning is te laag omdat de andere elementen nog niet geladen zijn. Bij de Jubatec accu wordt de lading gewoon onderbroekn, zodat de andere elementen nooit de gelegenheid hebben om volledig te laden.

Er ontstaat altijd een ongelijkheid bij lithium accus omdat als een cel volledig geladen is die geen extra lading meer kan opnemen (dit in tegenstelling met accus met waterige electrolieten waarbij de extra lading in warmte omgezet wordt). Door heel kleine verschillen tussen de elementen stijgt de ongelijkheid na verloop van tijd. Dit gebeurt heel traag, en het is pas na tientallen cycli dat de gevolgen merkbaar worden. Bij een lithium accu gebeurt het laden en ontladen door de verplaatsing van lithium ionen van de ene electrode naar de andere, en als een electrode vol zit met lithium kan de lading of ontlading niet verder gaan.

Eenmaal dat de accu ontladen wordt gaat de lading direct van 100% naar 87%. De BMS gebruikt de celspanning om de ladingstoestand te bepalen en niet door de stroom te meten. Dit is een meting die zowel voor- als nadelen heeft: het is weinig nauwkeurig, maar een coulomb meting (stroommeting) is ook niet nauwkeurig en er kan een fout ontstaan als de accu slechts gedeeltelijk geladen en ontladen wordt.

Tijdens de ontlading gebruikt de BMS de spanning van het element met de laagste spanning om de resterende capaciteit te bepalen. Bij het laden schakelt de accu over op het element met de hoogste spanning om de lading te bepalen. Na een paar minuten gaat de capaciteit zo van 100% naar 87% bij het ontladen (en in omgekeerde richting bij het laden).

Bij de ontlading had ik een capaciteit van 12.9Ah, dit is echt te weinig voor een accu van 20Ah. Het einde van de ontlading werd bepaald door de spanning van het element met de laagste spanning (2.702V), zie printscreen rechts een paar seconden voor de uitschakeling. De aanduider "aantal uitschakelingen door onderspanning" is met één gestegen. Het is dus duidelijk de te lage spanning van een element die de ontlading onderbroken heeft.

Tijdens de lading stijgen alle spanningen, maar de verhoudingen blijven behouden gedurende de volledige lading: het element met de laagste spanning blijft zijn laagste spanning behouden en is dus niet volledig geladen als een ander element zijn maximale spanning bereikt. Het is dus duidelijk een probleem van de egalisatie, want met een defekte element zou zijn spanning direct stijgen tot boven de spanning van de andere elementen.

Het bewijs wordt geleverd door de volgende printscreen, één minuut voor het onderbreken van de lading: element nummer 1 heeft zijn maximale spanning van 3.7V bereikt, terwijl element 2 nog altijd niet geladen is (3.365V is de spanning van een half-geladen élément). Een werkende egalisatieschakeling zou de lading van element 1 opgebruikt hebben zodat de andere elementen verder kunnen laden. Dit is geen rocket science, maar de basis van de BMS.

Ik heb dus twee onbruikbare Jubatec Businessline accus omdat er geen egalisatie gebeurt. De egalisatie gebeurt voor de eerste keer in de fabriek als de batterij samengesteld wordt, maar moet ook regelmatig achteraf gebeuren. Ik heb in de parameters gecontroleerd dat de egalisatie op "ON" staat en dat het type "Charge balance" is (ik heb ook geprobeerd met "Static Equilibrium" en met verschillende drempelniveau's van 3500mV, 3600mV, 3700mV). Het helpt allemaal niet, er gebeurt geen egalisatie.

Koop dus geen accus van Jubatec, de firma is waarschijnlijk failliet en de handelaren die nog accus op stock hebben zullen die voor een prijsje verkopen.

3

Mijn derde accu is van Voltium. De bluetooth communicatie is plots gestopt na een jaar, en nu plots is de communicatie weer beschikbaar. De accu wordt gebruikt voor mijn frigo, ter vervanging van de onbetrouwbare Jubatec. De accu heeft ongeveer 20 volledige cycli.

De effectieve capaciteit na een goed jaar gebruik bedraagt 21.36Ah (nominale capaciteit 20Ah), zeer goed dus. De originele capaciteit van de nieuwe accu bedroeg 23.87Ah.