SLA accu’s in zweefvliegtuigen.

 

 

Inleiding

 

In zweefvliegtuigen worden lood-zuur accu’s toegepast die geheel gesloten zijn. Deze accu’s staan bekend als SLA (Sealed Lead Acid) accu’s. Eenvoudige veiligheidsventielen worden toegepast die een interne druktoename van ca. 0,4 bar (5 psi) toelaten. Bij normaal gebruik blijft die druktoename hier duidelijk onder. Men hoeft dan ook niet bevreesd te zijn voor het uittreden van zuur of verdampen van water zoals vooral van vroegere autoaccu’s bekend is. Het electroliet tussen de platen van de accu is ook geen vrije vloeistof meer, maar een zwavelzure gelei (GEL accu) of bestaat uit compacte glasvezelmatjes waarin het zwavelzuur door capillaire werking stevig ingezogen zit (AGM accu).

Wordt de interne drukopbouw wel te hoog, bijv. bij langdurig gebruik van een hoge laadspanning waarbij het zwavelzuur van de accu gaat “koken”, dan zullen de veiligheidsventielen openen en de accu’s eventueel toch gaan lekken en uitdrogen. Een verkorte levensduur van de accu’s is dan het gevolg. Bij de juiste laadspanning en laadduur gebeurt dit echter niet en treedt bij een iets verhoogde interne druk een effectieve recombinatie van gevormde gassen op. Bij accu’s die voor “cyclisch” gebruik ontworpen zijn en daarom veelvuldig ontladen en weer geladen mogen worden, past men tevens katalisatormateriaal toe die deze recombinatie verder bevorderd. Sulfatering van accu’s is een belangrijk probleem: bijna alle accu’s leggen hierdoor tenslotte het loodje, de meeste zelfs voortijdig.

De toepassing van Ni-Mh,  Ni-Cd, Li-ion en Li-polimeer accu’s zullen we hier niet bespreken hoewel ik enkele vliegers ken die het eerste type succesvol gebruiken. Vooral ook de laatste twee typen zijn voor de toekomst veel belovend: de energiedichtheid (Wh/kg) is drienaal zo groot als die van loodaccu’s. Maar vooralsnog is de prijs erg hoog en voor algemeen gebruik het veiligheidsrisico nog te groot. In specifieke toepassingen vindt met deze accu’s toch al veel gebruikt zoals in telefoons, laptops etc., maar ook bij het zweefvliegtuig Antares dat een groot pakket aan Li-ion accu’s succesvol toepast.

 

Twee typen accu’s

 

Fabrikanten produceren SLA accu’s in twee uitvoeringen n.l. die bedoeld voor “standby” gebruik en die voor “cyclisch” gebruik.

 

Staat over het type niets op de accu vermeld dan heeft men in principe te doen met een “standby” uitvoering, tenzij de fabrikant in documentatie duidelijk anders aangeeft. Als de standaard stroomvoorziening faalt, komen deze accu’s in actie is de bedoeling. Voor korte tijd, bijv. één uur, kunnen zij een relatief grote stroom leveren. Belangrijke medische apparatuur is veelal aangesloten op zo’n “battery backup” opstelling voor het geval de normale voeding uitvalt. Denk ook aan de toepassing bij huisalarminstallaties die geen externe voeding hebben maar wel een 220V~ aansluiting om “standby” accu’s geladen te houden. “Standby” accu’s hebben gewoonlijk een lange bedrijfsduur, d.w.z. gaan jaren mee, maar dienen met een spanning van niet meer dan 13,8V geladen en op lading gehouden te worden. Bij hogere laadspanningen ontstaat bij dit type accu als gevolg van corrosie, constructieve schade aan de relatief dunne accuplaten, gasvorming en temperatuurverhoging. De veilige laadstroom is dan ook relatief laag en een goede herlading duurt lang. Toepassing van dit type accu’s in de zweefvliegerij waarbij deze in relatief korte tijd weer opgeladen moeten kunnen worden, is in feite dus onjuist, maar komt toch veel voor vrees ik.

 

SLA accu’s kunnen ook van het “cyclische” type zijn. Dit staat dan gewoonlijk op de accu vermeld. Mogen regelmatig ontladen en weer opgeladen worden en gaan vele cycli mee. Deze accu’s worden met een hogere spanning dan 13,8V geladen waarbij de laadstroom begrensd wordt op bijv. 1,0A  voor accu’s met een capaciteit van 7Ah of evenredig hoger voor grotere accucapaciteiten. De laadspanning wordt door fabrikanten aangegeven met 14,4V tot14,8V of ook wel iets hoger. Na het volledige laadproces is het beslist nodig de spanning terug te nemen tot 13,8V zoals bij “standby” accu’s het geval is. De accu’s blijven daarmee op lading zonder dat er verschijnselen van overlading optreden. Deze “cyclische” accu’s hebben wat minder, maar wel dikkere platen en kunnen derhalve corrosieverschijnselen beter verdragen dan “standby” accu’s. Bovendien zijn deze voorzien van een katalisatormateriaal dat de recombinatie van vrije waterstof en zuurstof tot water effectief bevorderd en hydraulyse tegengaat.  Door het wat geringere reactieoppervlak van de platen kunnen deze accu’s geen hoge stroom leveren zoals “standby” accu’s dat voor korte tijd wel kunnen. “Cyclische” accu’s zijn typisch geschikt voor toepassing in de zweefvliegerij.

 

Ook komt men wel tussenvormen tegen, immers de constructeur is vrij in het kiezen van het aantal platen per cel en in de dikte daarvan binnen de grenzen van de maximale afmetingen van de accubehuizing. Ook is hij vrij in het gebruik van toevoegingen van speciale stoffen zoals antimoon, tin, silicium en calcium die in een compromissamenstelling de constructieve eigenschappen van de accu verbeteren en als katalysator functioneren om hydraulise en sulfatering tegen te gaan. Metallurgisch gezien kan men op dit gebied nog veel verwachten.

 

Te lang een hogere laadspanning laten bestaan kan schadelijk zijn voor accu’s omdat enerzijds een aanmerkelijke hydraulyse kan optreden en anderzijds omdat  een verregaande oxidatie (afbraak) van de positieve platen kan plaatsvinden. Accu’s slechts gedeeltelijk herladen, hetzij door een te lage laadstroom hetzij door het laden gedurende een te korte tijd, is eveneens slecht voor de levensduur. Het tijdens  de ontlading gevormde loodsulfaat wordt dan niet in voldoende mate teruggevormd en  zal na enige tijd in een harde kristallijne vorm achterblijven. Sulfatering is een belangrijke “killer” van accu’s. Ons overkwam dat ook. Na ca. twee jaar gebruik was de capaciteit van onze vier nieuwe accu’s in de kist niet beter dan nog zo’n 20%. Het was al snel duidelijk dat wij met een te lage constante laadspanning hadden gewerkt. De accu’s in de kist werden eigenlijk nooit in voldoende mate herladen. Na enig speurwerk werd ons duidelijk dat zogenaamde 3-stappen laders veel beter geschikt zijn om SLA accu’s redelijk snel weer volledig te laden en vervolgens geladen te houden. Weinig kans op sulfatering door een voldoend hoge (gepulste) laadspanning en volledige lading door voldoende stroomsterkte tijdens het laadproces. Daarnaast  weinig kans op uitdrogen en interne schade aan de platen door een tijdige terugschakeling naar een lagere onderhoudspanning die onbeperkt aanwezig mag blijven.

 


De principe constructie van een SLA accu is in Figuur 1 en Figuur 2 hieronder weergegeven.

 

              

 

 

              

 

                                            

Belangrijke componenten van een SLA accu zijn de loodplaten (Pb, negatieve pool), de looddioxide platen (PbO2, positieve pool),  het verdunde zwavelzuur (H2SO4, electroliet) opgenomen in poreuze  scheidingslagen tussen de platen en de drukveiligheden in de gesloten ABS omkasting. Het Pb is in de vorm van een sponzig materiaal in een celvormige roosterstructuur van versterkt lood opgenomen om een groot reactieoppervlak te verkrijgen; het PbO2 is als een stevige goed doorlatende pasta in zo’n zelfde celstructuur van versterkt lood opgenomen (PbO2 is van origine een poeder) waardoor ook een groot reactieoppervlak beschikbaar is.

Gaston Planté kwam in 1859 via experimenten met loodplaten en zuur op dit accu concept dat nog altijd zeer gewild is, maar in uitvoeringsvorm natuurlijk sterk verder ontwikkeld.

 

 

Het spontane chemische proces tijdens de ontlading van een SLA accu kan als volgt  worden beschreven:

 

2H2SO4  ó  2HSO4(-)  + 2H(+)  (ionisatie in het electroliet) (reactie 1)),

d.w.z. zwavelzuur ioniseert tot zwaveligzuurionen en waterstofionen (in oplossing); reactie is opgeschreven voor twee zwavelzuurmoleculen

 

Pb + HSO4(-) ó PbSO4 + H(+) + 2e(-)  (aan en in het oppervlak van de loodplaat, de - pool) (reactie 2),

d.w.z. lood plus zwaveligzuurion combineren tot loodsulfaat waarbij weer een waterstofion ontstaat (in oplossing) en twee vrije electronen (in het lood).

 

Worden nu via een electrische belasting de accupolen extern met elkaar verbonden dan zullen de in de negatieve pool beschikbaar gekomen electronen via deze verbinding naar de positieve pool stromen en daar  deelnemen aan de volgende reactie:

 

PbO2 + HSO4(-) + 3H(+) + 2e(-) ó PbSO4 + H2O (aan en in het oppervlak van de looddioxideplaat, de + pool) (reactie 3)

d.w.z. looddioxide plus een zwaveligzuurion plus de drie waterstofionen en de twee electronen uit reacties 1 en 2, combineren ook tot loodsulfaat en daarbij water.

 

Als gevolg van reacties 2 en 3 zal de – pool van de accu (de cathode) opgeladen worden tot -0,356V, de + pool van de accu (de anode) tot +1,685V.

 

Nemen we bovenstaande drie reacties samen dan kunnen we wat eenvoudiger schrijven:

 

Pb + PbO2  + 2H2SO4 ó 2PbSO4  + 2H2O + electrische energie (totale reactie) (reactie 4).

 

Uit deze samengestelde reactie blijkt nog eens duidelijk dat Pb en PbO2 met behulp van H2SO4 worden omgevormd tot PbSO4 en water waarbij electrische energie (spanning x stroom x tijd) vrijkomt in de op de accu aangesloten belasting. De bij reactie 2 uit de chemie vrijkomende electronen stromen daarbij van de – pool naar de + pool aangedreven door het spanningsverschil tussen de polen. Uit reactie 3 blijkt dat deze electronen daarna weer in de chemie van de accu worden opgenomen. Als gevolg van deze externe stroom van electronen (de “gewone” stroom loopt andersom) kunnen de processen van vergelijking 1, 2 en 3 doorgaan zolang de stroomkring gesloten blijft en de producten Pb, PbO2 en H2SO4 beschikbaar zijn. In feite wordt in een accu chemische energie omgezet in electrische energie.

 

Het in reactie 2 en 3 gevormde loodsulfaat hecht zich als vrij bros materiaal aan en in de platen van de accu  en wel daar waar het ook gevormd werd. Het spanningsverschil tussen de positieve plaat  en de negatieve plaat is in principe 2,041V per accucel. Voor zes cellen dus 6 x 2,041V = 12,246V. Deze spanning is echter mede afhankelijk van de zwavelzuurconcentratie en van de temperatuur. Het spanningsbereik van lood-zuur accu’s  wordt door fabrikanten gewoonlijk aangegeven met ca. 11,8V (ontladen) tot ca. 12,8V (geladen) bij 20 °C.  Het toegepaste zwavelzuur is in water opgelost met een beginconcentratie van  37%. Het soortelijk gewicht van de vloeistof is aanvankelijk 1,28 g/cm3. Tijdens het ontlaadproces dalen deze waarden; tijdens het laden nemen zij weer toe. Fabrikanten stellen dat een accusparende ontlaadstroom niet groter is dan 5% van de capaciteit van de accu (bijv. 350mA voor een 7Ah accu),  maar 10% lijkt mij zeker ook nog o.k. Zo is het ook raadzaam de accu niet verder dan tot 50% te ontladen stellen zij, maar iets verder tot bijv. 30% lijkt mij eveneens geen probleem. Een groot probleem bij een herhaaldelijk diepe ontlading is echter dat als gevolg van het gevormde loodsulfaat de inwendige structuur van de roostervullingen van de platen langzamerhand uiteengedrukt wordt en daardoor het electrisch geleidende vermogen verliest. De inwendige weerstand neemt dan toe en de accu wordt tenslotte onbruikbaar. Ook al door sulfatering en corrosie is een SLA accu dus gedoemd om kapot te gaan, maar door een goede behandeling (weten waar je op moet letten) kan men er toch heel lang mee doen.

Laden van de accu doet men bij voorkeur met een laadstroom kleiner dan 20% van de capaciteit (<C20), bijv. met 1A bij een accu van 7Ah.  Dit vraagt bij een gedeeltelijk ontladen accu al een laadtijd van meerdere uren. In de praktijk nog wat langer als gevolg van de afnemende stroom tijdens een deel van de ladingstijd, dit afhankelijk van de gebruikte lader. Veelal ook door een te klein vermogen van de lader t.o.v. de capaciteit van de accu. Daarnaast is het rendement van de conversie van electrische energie naar weer chemische energie vaak minder dan 80%, vooral bij wat oudere accu’s en wat diepere ontladingen.

 

 

De  toepassing:

 

Na een wat langere ontladingstijd zal er veel loodsulfaat gevormd zijn en de zwavelzuurconcentratie afgenomen. De spontane reacties zoals hierboven beschreven nemen dan af en de klemspanning daalt. Men kan de accu dan weggooien of men kan proberen de beschreven reacties andersom te laten verlopen waardoor de accu zich weer “oplaadt”.

Bij SLA (en andere) accu’s is dit inderdaad mogelijk omdat de genoemde chemische reacties omkeren als een externe tegenspanning wordt aangelegd die hoger is dan de actuele  klemspanning van de accu. Deze spanning zal daarbij hoger dan 13V moeten zijn om tegen de klemspanning in electronen van de positieve pool via de lader weer terug te pompen naar de negatieve pool. De omkeerreactie van reactie 3 produceert deze electronen en tevens de ionen die nodig zijn om ook reacties 2 en 1 in omgekeerde richting te laten verlopen. Pb en PbO2 worden dan weer teruggevormd evenals het verbruikte H2SO4. Het loodsulfaat verdwijnt en de zwavelzuurconcentratie neemt weer toe. Na een volledige herlading is de accu weer “als nieuw”.

Een gevaar hierbij is dat als gevolg van de aangelegde hogere tegenspanning een aanmerkelijke hydraulise kan optreden: 2H2O => 2H2 + O2. De accu “kookt” dan en dat  is goed te horen. De hierbij gevormde vrije waterstof en vrije zuurstof  verzamelen zich in de open ruimtes boven de platen en kunnen door drukopbouw eventueel uit de accu ontsnappen. De accu verdroogt dan omdat water verbruikt wordt. Tevens kan de zuurconcentratie te hoog worden waardoor het corrosieproces aan de platen versneld wordt en meer interne schade ontstaat. De mate waarin hydraulise plaats vindt hangt af van de hoogte van de aangelegde spanning , de tijd waarover dit duurt, de temperatuur van de accu en het type accu. Bij accu’s die voor “cyclisch” gebruik ontworpen zijn en dus met een hogere spanning geladen mogen worden is hydraulise actueel, maar in het ontwerp heeft men ook  katalysatormateriaal (o.a. Ca) toegepast die de recombinatie van vrije waterstof en zuurstof tot water bevorderd en daarmee het probleem onderdrukt. De drukopbouw blijft daarbij lager dan de ontwerpdruk van de drukveiligheden en deze blijven gesloten. Een ander gevaar bij het weer opladen van accu’s is dat door een te lage laadspanning en daardoor een beperkte laadstroom of een te korte laadduur het loodsulfaat op en in de accuplaten niet volledig wordt teruggevormd tot lood en looddioxide. Na enige tijd treedt dan een verharding (kristallisatie) van dit aanvankelijk korrelige materiaal op zodanig dat dit niet  meer kan worden omgevormd. Het inwendige en uitwendige bedekte oppervlak van de roostervullingen van de platen kan daardoor niet meer aan het chemische proces deelnemen en de capaciteit van de accu neemt tenslotte dramatisch af. De accu wordt daarmee rijp voor de sloop (recycling).

 

Bij zweefvliegen is het dus raadzaam z.g. “cyclische” accu’s toe te passen en deze met voldoende spanning en direct na gebruik weer goed vol te laden om blijvende sulfaataanslag zoveel mogelijk te voorkomen en de zwavelzuurconcentratie op peil te houden. Niets anders dan een goeie z.g. driestappenlader met een “boost” fase, een “charge” fase en een “standby” fase met de juiste spanningen en capaciteit gebruiken of een lader die even goed presteert. Een gedeeltelijk ontladen accu altijd en direct weer geheel opladen en dus niet als vergeten in een hoekje laten staan. Accu’s die tijdens gebruik relatief weinig ontladen worden of in de wintermaanden lang in de “standby” fase staan zo nu en dan toch redelijk ver ontladen, tot bijv. 30% restlading en daarna  weer de volledige laadcyclus laten doorlopen om langzame sulfatering tegen te gaan. Zojuist heb ik bij Conrad de Voltcraft 1500 Terminal gekocht die deze klus volledig automatisch uitvoert in de z.g. “cycle” mode. Het lijkt nuttig dit regelmatig te doen om de accu´s in goede conditie te houden.

 

 

Enkele grafieken:

 

Ter toelichting zijn in onderstaande figuren enkele praktische diagrammen weergegeven.

Uit Figuur 3 blijkt dat de capaciteit van een accu afhangt van met welke stroom je deze belast. Fabrikanten geven de capaciteit op bij een belasting van 5% van die capaciteit, de z.g. C5 waarde. Voor een 7Ah accu betekent dit 100% beschikbaarheid bij een stroom van 350mA.  In feite een relatief kleine stroom nu we tegenwoordig van alles en nog wat in de kisten hebben. Uit de figuur kan men aflezen dat bij de wat meer realistische belasting van 1,0A (belastingsfactor van 15%, de C15 waarde) de capaciteit van de accu naar 80% daalt, dus naar zoiets als 5,5Ah gaat. Als je daarbij ook het advies van de fabrikant volgt om de diepte van de ontlading te beperken, dan beschik je in feite over een bruikbare capaciteit van niet meer dan zo’n 3 á 4Ah, i.p.v. de 7Ah die op de accu vermeld staat.  Komt men in de praktijk niet meer aan deze lagere waarde toe, dan is de accu rijp voor de recycling. Met een autolampje van 5W (voor het achterlicht) en een eenvoudige voltmeter kan men dit  gemakkelijk testen. Duikt de  klemspanning van de geladen accu al na enkele uren onder de 12,0V, dan is het slecht gesteld met deze accu. Een nieuwe goed geladen accu doet hier zeker 10 uur over.

Met behulp van Figuur 4 kan men gemakkelijk bepalen in welke ladingstoestand een nog goede accu verkeerd. Simpelweg de onbelaste klemspanning meten en in de grafiek kijken. De accu is bijv. nog voor 60% geladen als de klemspanning 12,3V bedraagt. Fabrikanten bevelen aan de accu niet voorbij een ladingspercentage van 50% te ontladen; betekent dus tot een open klemspanning van 12,2V en niet veel lager. Goed opgeladen accu’s hebben een klemspanning van 12,8V blijkt uit de figuur (pas meten enige tijd nadat de accu van de lader afgenomen is of even belast geweest is). Slecht geladen (“lege”) accu’s hebben een klemspanning van 12,0V of minder.

Figuur 5 geeft globaal het laadproces weer van een gepulste driestappenlader waarbij afwisselend geladen en gemeten wordt.  De “boost” fase kent bij een toenemende laadspanning een constante maximale laadstroom van bijv. 1A (voor een 7Ah accu) totdat de laadspanning gestegen is tot 14,7V. De accu is dan voor 80% geladen. Dit kan een flink aantal uren duren, zeker als de capaciteit van de lader klein is t.o.v. de aangesloten accu. De lader schakelt daarna over naar de “charge” fase en houdt daarbij de laadspanning op14,7V waarbij als gevolg van de verder toenemende accuspanning, de laadstroom sterk daalt. Deze laadspanning wordt gedurende bijv. 2 uur  vastgehouden (timer mode) of zolang totdat de lage laadstroom van bijv. 100mA is bereikt (low current mode). Na deze fase is de accu voor 100% geladen en de accuspanning gestegen tot 14,7V. Wanneer bij wat oudere accu’s deze lage laadstroom niet meer bereikt wordt (de accu blijft stroom opnemen en is aan vervanging toe), dan zal bij sommige laders na bijv. 10 uur het laadproces toch beeindigd worden (“override timer”). Na het actieve laden van de accu wordt teruggeschakeld naar een “float” spanning van 13,8V waarbij de laadstroom tot een zeer lage waarde daalt (zelfs even nul is) en ook de accuspanning afneemt tot 13,8V. Door dit gehele proces laadt de accu weer goed op en wordt deze daarna op volle lading gehouden zolang de lader aangekoppeld is.

 

Houdt men zich aan dit alles, d.w.z. de accu’s niet te veel belasten tijdens het gebruik, niet te ver ontladen en direct na gebruik weer goed opladen, dan kunnen accu’s van het “cyclische” type honderden keren (bijv. 500 keer en meer) ontladen en weer geladen worden voordat zij het af laten weten.

 

  

 

          

 

                           

 

         

 

Accu’s parallel

 

Bij het tegenwoordig grote aantal stroomverbruikers in zweefvliegtuigen zoals navigatie-equipment, logger(s), radio, FLARM, motor, bugwipers, X-ponder, PDA, etc. kan niet meer met een enkele accu van bijv. 7Ah worden volstaan. Soms worden accu’s met een grotere capaciteit toegepast, maar veelal worden kleinere accu’s  bijgeplaatst op plaatsen die de fabrikant van het zweefvliegtuig al heeft voorzien.. Het is dan niet zo handig deze accu’s na de vlucht steeds weer uit de kist te halen om deze vervolgens met ieder z’n eigen lader te gaan opladen (maar bij verenigingen kan het veelal niet anders). Ook zou men in de kist zelf de gehele capaciteit op één of twee centrale punten ter beschikking willen hebben zonder schakelhandelingen. Men wil de accu’s dus in feite als parallelle bank gebruiken zowel bij het ontladen als bij het laden.

 

                     

 

 

                      

          

                   

  

                        

In bovenstaande Figuur 6 is de situatie geschetst en ook doorgerekend waarbij twee accu’s met verschillende begincondities in klemspanning en inwendige weerstand, plotseling parallel geschakeld worden.

De kruisstroom die optreedt op het moment dat accu 1 parallel aan accu 2 geschakeld wordt, werd voor de gegeven condities berekend en kortstondig ook gemeten op ca. 5,0 Ampere, maar nam daarna snel af naar lagere waarden en werd na enige tijd verwaarloosbaar klein. Aanvankelijk dus vrij hoog. Het is dan ook niet raadzaam accu’s zonder meer plotseling te koppelen tenzij deze volkomen identiek zijn en de zelfde klemspanning hebben. Een methode is het om accu’s galvanisch van elkaar te scheiden door het toepassen van z.g. Schottky diodes van  bijv. 10Amp. Kruisstromen kunnen dan niet optreden. Zo hebben wij dat jarenlang gedaan voor beide accu’s in ons vorige vliegtuig. De accu’s werden wel uit de kist genomen en apart geladen, er was toen niet voorzien in een laadmogelijkheid in de kist zelf. Een nadeel van de toepassing van diodes is dat deze toch een zekere spanningsval veroozaken, dit afhankelijk van de stroomdoorgang naar de belasting (0,3V bij 1,0 A  tot 0,5V bij 5A). Ook bij het laden van accu’s vanuit één centraal punt kan men deze galvanische scheidingsmethode toepassen, maar weer dus met wat spanningsverlies over de diodes. Eventueel kan men daar wel de laadspanning van de lader op aanpassen. Voor twee accu’s ziet het ontlaad en laadcircuit er dan uit zoals in Figuur 7 hierboven is weergegeven. In onze huidige XT passen wij dit principe weer opnieuw toe (zie fig. 9).

Een andere methode is het om accu’s ten opzichte van elkaar te “scheiden” door toepassing van thermische zekeringen. Dat is in Figuur 8 weergegeven. Dit leidt tot een eenvoudiger schakeling met weinig spanningsverlies. Maar een stringente voorwaarde daarbij is dat beide accu’s van het zelfde type zijn, even nieuw en even vol geladen voordat gekoppeld wordt. Men kan dan even succesvol de accu’s ook in deze parallelle opstelling in de kist weer opladen. Een nadeel van deze methode is dat wanneer één van beide accu’s slecht is geworden, de andere accu daarin zal ontladen. Tijdig vervangen van de beide accu’s is dus wel een noodzaak. Met de huidge relatief lage prijzen is dat niet zo’n probleem.

 


Toepassing bij onze XT (als voorbeeld van uitvoering)

 

Hieronder wordt in Figuur 9 het voedingscircuit weergegeven zoals dat onlangs weer opnieuw in onze XT is geïnstalleerd. Daarbij worden “cyclische” accu’s in een opstelling van 3 x 7Ah en 1 x 17Ah toegepast.Vout1 (onderste voedingslijn) is bedoeld voor de wat zwaardere stroomvebruikers in de kist zoals de spindelmotor van de turbo, de electrische muggenpoetsers en de transponder. Vout2  (bovenste voedingslijn) is bedoeld voor de wat lichtere gebruikers zoals radio, navigatie equipment, Flarm enz. Tijdens de vlucht zijn de hoofdschakelaars S1 en S2 en gewoonlijk ook de bypass-schakelaar Sm gesloten. Alle batterijen worden dan in evenredige mate belast. V1 is de klemspanning van B4; V2 is de klemspanning van de groep B1, B2, B3. De spanningen V1 en V2 kan men van de beide digitale voltmetertjes aflezen. Wanneer één van beide voedingscircuits als gevolg van de stroomafname wat meer in spanning is gedaald of een slechte accu bevat, dan zal bij gesloten Sm de betere van beide voedingscircuits het merendeel van de stroomverbruikers gaan voeden. Ook wanneer de hoofdschakelaar van dat slechtere circuit (S1 of S2) gesloten blijft kan er door de aanwezigheid van de diodes geen stroom vanuit de betere tak naar de slechtere tak stromen. Op de kleine spanningsmetertjes kan men de conditie van beide voedingscircuits goed beoordelen. De toegepaste Schottky diodes zijn van het 5A type (SR550) en scheiden de accu’s galvanisch van elkaar, maar geven bij stroomdoorgang wel een geringe spanningsval  (0,3V bij 1A). In circuit 1 zijn drie 5A diodes parallel geplaatst, samen goed voor 15A. Hier kunnen wat hogere stromen lopen waarbij de spanningsval over de diodes dan ook laag blijft. Tijdens het laden van de accu’s na de vlucht met behulp van het laadsysteem in de trailer, zijn de hoofdschakelaars S1 en S2 geopend (zoals in Figuur 9 getekend). Vanuit de enkelvoudige ingang Vin (plugje in het IP en bovenop het kielvlak) lopen de laadstromen via Schottky diodes naar de respectievelijke accu’s.

De spanningsval van ca. 0,4V over de diodes in het laadcircuit wordt gecompenseerd door het aanbieden van een wat hogere laadspanning op het centrale laadpunt. De gemiddelde klemspanning (V1+V2)/2 van het totale pakket aan accu’s wordt door de laadapparatuur waargenomen via weerstanden van 10kOhm die parallel aan de Schottky didodes zijn opgenomen.

In Figuur 10 wordt het laadsysteem weergegeven zoals dat in onze trailer is gerealiseerd. De OS1 laders van Strobl regelen het laden van de beide bufferaccu’s vanuit de zonnepanelen. De 3-steps 12V Mascot charger verzorgt het eigenlijke laden van de accu’s in de kist via een 2,0A “boost” fase gevolgd door een kortdurende “charge” fase op 15,2V. Hierna schakelt de Mascot charger terug en biedt in de “standby” mode 14,2V aan. De beide diodes in Fig. 9 verlagen deze spanningen met ca. 0,4V. Indien de accu’s in de kist goed doorgeladen zijn kan de schakelaar S worden uitgezet om de nulstroombelasting van de Mascot charger op de bufferbatterijen niet onnodig lang te laten duren.Voor wat langere periodes met weinig zoninstraling (winterperiode) is een 220V MEC charger voorzien die beide bufferaccu’s op lading houdt en daarmee eventueel ook de vier accu’s in de kist.

 

  

 

 

Nu er 12V Mascot laders beschikbaar zijn kan men overwegen twee ervan in de kist bij de te laden accu’s te plaatsen. De beide 5A diodes met hun 10kOhm weerstanden vervallen dan en daarmee tevens de noodzaak om een wat hogere laadspanning aan te bieden. De Mascot 2544 lader in de trailer vervalt dan.  

 

 

 

Tenslotte

 

Bij de totstandkoming van dit artikel heb ik naast mijn eigen ervaring en puzzelwerk veel gebruik gemaakt van informatie over accu’s zoals die op het internet te vinden is. De prima suggesties van René van der Zee en Johan van Dijk op het conceptartikel hebben mij zeker ook aangespoord te proberen tot een praktisch en zo compleet  mogelijk verhaal over SLA accu’s te komen. De wat later ontvangen deskundige opmerkingen van Hans Welschen, die zich al gedurende vele jaren met de problematiek van zonnepanelen en accu’s bezig houdt, heeft mij gemotiveerd nog op meerdere plaatsen de tekst van het artikel aan te passen.

 

 

Dat in de zweefvliegerij z.g. “standby” accu’s met bijbehorende constante 13,8V laders worden gebruikt beschouw ik als een actuele misser. Bij het veelvuldig ontladen en laden van accu’s zoals wij dat als enthousiaste zweefvliegers  doen, dienen deze van het “cyclische” type te zijn. Deze moeten direct na gebruik weer goed opgeladen worden met  z.g. gepulste 3-stappen laders of equivalent die met de hogere laadspanning van bijv. 14,7V werken en pas ná het laadproces  terugschakelen naar een spanning  van 13,8V om de accu geladen te houden.

 

P.s. Inmiddels heb ik mij een beetje georiënteerd op het gebruik van veel lichtere Li-Ion batterijen en een goed en veilig alternatief gevonden. Dit alternatieve Li-Ion batterijpakket en bijbehorende  lader zijn te vinden bij http://www.mobile-energy-rt.de/flugsport.html  (zie www.glider-equipment.nl bij electronica, accu’s en laders). De figuren 9 en 10 gaan er dan uitzien zoals weergegeven in http://home.planet.nl/~kpt9/voedingscircuit.bmp en http://home.planet.nl/~kpt9/laadsysteem.bmp . In een apart artikel zal ik mijn speurwerk (en dat van anderen) weer opschrijven zodat het niet verloren gaat.

 

 

ir. K.P. Termaat 

 

kpt9@planet.nl,  http://home.planet.nl/~kpt9

 

Arnhem, 18 sept. 2005