Algemene eigenschappen van loodbatterijen
De loodbatterijen hebben een lange geschiedenis en worden nog steeds gebruikt omdat ze gemakkelijk en goedkoop te fabriceren zijn en omdat ze op een eenvoudige manier gerecycleerd kunnen worden. Deze batterijen zijn zeer goedkoop per geleverde Ah, bewaren redelijk goed hun lading en kunnen een hoge stroom leveren. Maar het zijn ook batterijen die een lage energiedichtheid hebben per gewichtseenheid en ze gaan niet zo lang mee. Ze gaan snel defekct als ze niet na gebruik opnieuw geladen worden.
De loodbatterijen worden vooral gebruikt om voertuigen te starten, maar er zijn andere toepassingen, zoals back up van server installaties, noodvoedingen en alarmsystemen. Deze batterijen kunnen constant geladen worden (float charge). Deze batterijen hebben een celspanning van 2V en kunnen dus niet als alternatief voor gewone, niet-oplaadbare batterijen gebruikt worden.
De batterij bestaat uit een loden frame waarin loodpasta geperst wordt. Het geheel wordt op zijn plaats gehouden door isolatieplaten die de ionen wel doorlaten. De frame wordt in een rechthoekige plastieken behuizing geperst en er wordt zwavelzuur toegevoegd.
Deze batterijen hebben natuurlijk een paar nadelen: ze mogen niet in ongeladen toestand bewaard worden, want ze gaan defekt indien ze meer dan een paar dagen in ongeladen toestand blijven. Tijdens het ontladen ontstaat er loodsulfaat. Bij het laden wordt het loodsulfaat weer omgezet in zuiver lood en loodoxide, maar dit is een reactie die moeilijk verloopt. Loodsulfaat vormt klompen die op den duur niet meer afgebroken kunnen worden. Na gebruik moeten de batterijen altijd opnieuw opgeladen worden. Na 6 maanden opslag hebben de batterijen hun lading gedeeltelijk verloren en moeten ze verplicht opnieuw geladen worden.
Bij het gebruik veranderd de samenstelling van de loodplaten (en dus ook hun dikte). Bij cyclisch gebruik gaan de platen op de duur vervormen. Dit wordt gedeeltelijk vermeden door de isolatieplaten die tegen de platen drukken, maar er komen regelmatig loodfragmenten los die zich op de boden van het element verzamelen, waardoor de capaciteit lager wordt. Het is daarom aangeraden de batterij nooit tot minder dan 80% van zijn capaciteit te ontladen. Batterijen hebben daarom een lege ruimte onderaan ieder element, waarin de smurrie zich kan verzamelen zonder kortsluiting tussen de elementen te maken.
Ook is de energiedichtheid per gewichtseenheid zeer laag (maar voor de specifieke toepassingen speelt dit geen rol van belang). Voor het starten van een auto is niet veel energie nodig (wel veel stroom in een kort tijdsbestek) en de back up batterijen zijn meestal stationaire systemen waarbij het gewicht onbelangrijk is.
De concentratie van het zuur verandert met de ladingstoestand van de batterij (en daarmee gaande ook de spanning per element). Dit is een verschil met de Ni-xxx batterijen waarvan de electrolietconcentratie gelijk blijft gedurende de volledige cyclus. Door de batterijspanning van een loodbatterij in rust te meten kan men zich een idee vormen van de ladingstoestand, wat niet het geval is met nickel-batterijen waarvan de spanning nagenoeg constant op 1.2V blijft ongeacht de ladingstoestand.
Met een voltmeter (afbeelding rechts) kan de ladingstoestand van een loodaccu bepaald worden. De meting is enkel betrouwbaar als de accu een tijdje in rust is (minstens 30 minuten en liefst 4 uur).
Bij de ontlading wordt zuur aan het lood gebonden en daalt de zuurconcentratie. De ladingstoestand van ieder element kan gecontroleerd worden door wat zuur af te tappen (indien de cellen open kunnen) en de densiteit te meten. De tweede batterij rechts heeft zelfs een eenvoudige meter bestaande uit bolletjes met verschillende densiteit die gaan zinken (batterij leeg) of drijven (batterij geladen). Deze batterij is op ongeveer 2/3 geladen.
Zuurweger
Links een oude zuurweger die bij de Belgische Marine gebruikt werd. De schaal is in graden Baumé, een schaal die gebruikt werd tot in de jaren 1960. Recentere aanduiders hebben een gekleurde schaal om de laadtoestand aan te geven van het element. De concentratie van het zuur bedraagt 28°Bé (graden Beaumé) en daalt als de accu ontladen wordt. Deze aanduiders hebben ook een slangetje om wat zuur uit de batterij op te nemen.De indicatie is niet al te nauwkeurig en hangt af van de fabrikant. Batterijen die in warme landen gebruikt worden hebben een lagere zuurconcentratie om een snelle veroudering van de batterij tegen te gaan. Batterijen die te sterk geladen werden hebben een verhoogde zuurconcentratie door de electrolyse van het water. Men moet gedestileerd water bijvoegen totdat het peil tussen de MIN en MAX indicatie komt te staan (en best controleren door batterij te laden en de zuurteconcentratie te meten na enkele uren).
De verzwaarde glazen buis zakt des te meer in het zuur naarmate die minder geconcentreerd is (batterij meer ontladen).
Parameters van een lood batterij
Om de laadtoestand van een loodaccu te bepalen volstaat het in theorie om de open klemspanning te meten. De spanning zakt immers als de batterij verder ontladen wordt. De spanning is afhankelijk van de concentratie van het electroliet, en die daalt als de accu ontladen wordt. Maar als de accu juist geladen of ontladen werd is deze meting niet betrouwbaar. Men moet de accu 4 uur laten rusten vooraleer een spanningsmeting te doen.
De capaciteit meten zou eigenlijk eenvoudig moeten zijn: accu volledig laden en dan ontladen met een stroom van 0.05C (1/20 van de nominale capaciteit) en de capaciteit meten als de spanning onder de 10.5V komt. Deze procedure is traag, is niet bevorderlijk voor de levensduur van de accu en verschillende ontlaadcycli geven verschillende resultaten (dit fenomeen blijkt eigen aan de loodaccus te zijn). Echt betrouwbaar is deze methode dus niet.
Er is ook een methode om de maximale stroom die een accu kan leveren te meten. De accu wordt afgekoeld tot -18° gedurende 24 uur. Dan wordt de CCA stroom afgenomen (cold cranking amps). Hier verschillen de diverse normen, waarbij amerikaanse normen minder streng zijn. Algemeen moet de batterij de CCA stroom kunnen leveren gedurende minstens 30 seconden, waarbij de spanning niet onder 9.6V mag komen.
Het is dus zeer moeilijk de algemene toestand van een accu te bepalen, dit is een combinatie van de capaciteit en de maximale stroom. Zelfs een startaccu met een verlaagde capaciteit kan nog een aanvaardbare CCA waarde hebben. Dit is trouwens de reden waarom startaccus plots uitvallen: als het wat kouder wordt en het starten langer duurt, dan kan de accu met een verlaagde capaciteit de nodige stroom niet lang genoeg leveren om de motor te starten terwijl de dag voordien de accu nog de auto normaal kon starten. Het terugvallen van de maximale startstroom is meestal niet de reden waarom een auto niet kan starten: bij een normaal gebruik daalt de maximale stroom slechts weinig in de loop der jaren en is het de resterende capaciteit die bepaalt of de accu nog bruikbaar is. Plots is er (bijna) geen cpaciteit meer over.
Batterijmeters gebruiken verschillende methodes om snel de toestand van een accu te bepalen. Het is nodig het type accu in te geven (bijvoorbeeld een AGM accu of absorbed glass mat, waarbij het zuur opgenomen wordt in een glasvezelplaat). Door de accu kortstondig te ontladen kunnen de parameters benaderd worden. Sommige meters printen zelfs het resultaat uit.
Gelbatterij
Flooded batterij
