THOMAS KUIJPER – Aan de waterkant, maar zeker wanneer je het water op gaat onmisbaar; accu’s. Jarenlang waren dit enkel zware loodaccu’s, maar tegenwoordig zijn lithium accu’s een serieus alternatief waarvan voornamelijk de aanschafprijs wel eens in de weg staat om hiervoor te kiezen. Maar is dit wel terecht? En waar moet ik op letten bij het kiezen van de juiste accu? Op deze vragen gaan we in dit artikel antwoord geven waarbij we gaan beginnen met de basis.
Hoe werkt een accu?
Een accu heeft 2 polen, een positieve en een negatieve pool, afhankelijk van of je de accu oplaadt of ontlaadt vindt er een reactie plaats waar in elektronen van de positieve naar de negatieve kant verplaatsten. Dit effect heet redoxreactie (reductie-oxidatie), waarbij de elektronen van de kathode worden vrijgemaakt(reductie) en via een elektrochemische reactie aan de anode binden(oxidatie). Hierdoor ontstaat een potentiaalverschil en elektrodestroom tot gevolg, dit kan worden gebruikt om een gebruiker aan te drijven, zoals een elektromotor.
Soorten accu’s
In de basis zijn er twee soorten accu’s die in de hengelsport gebruikt worden:
1: Lood accu’s, verder opgedeeld in o.a. AGM en gel accu.
2: Lithium accu’s, verder opgedeeld in o.a. LFP(LiFePO4) en NMC.’
Lood accu’s
Lood accu’s waren lange tijd de meest voorkomende accu’s, meestal in een onderhoudsvrije variant waarbij het niet mogelijk is om elektrolyt bij te vullen. Zo’n onderhoudsvrije accu is een gesloten systeem, vandaar de naam sealed lead acid, ofwel SLA. Wanneer de accu is voorzien van een overdrukventiel wordt er gesproken over Valve Regulated Lead Acid, ofwel VLRA.
Een SLA of VLRA-accu kan zowel een AGM (absorbed glass mat) als gel accu zijn, waarbij de elektrolyt verwerkt is in een soort gel. Door deze gel kunnen elektronen minder vrij bewegen dan bij AGM, waardoor gel accu’s doorgaans minder hoge ontlaadstromen aankunnen dan AGM-accu’s. Een voordeel van GEL accu’s is wel dat je ze meestal in meerdere posities kunt monteren (zoals op hun kant) wat bij AGM-accu’s dan meestal niet kan.
Verder wordt er vaak onderscheid gemaakt tussen startaccu’s, deep-cyle, tractie en semi-tractie accu’s. Hierbij is de startaccu met name geschikt voor het leveren van kortstondig hoge stromen (voor het starten van een verbrandingsmotor), deze “startkracht” wordt aangeduid in CCA, Cold Cranking Amps. De andere drie, deep-cyle, tractie en semi-tractie accu’s zijn allemaal accu’s die in tegenstelling tot startaccu’s ontworpen zijn om langdurig een bepaalde (lage) stroom af te geven. Deze accu’s kunnen doorgaans veel dieper worden ontladen op regelmatige basis zonder een hoge chemischeslijtagegraad.
Lithium accu’s
Als we kijken naar de lithiumtechnieken die het meest voorkomen in de hengelsport zijn dat NMC en LFP. Er zijn nog tal van andere accuvormen die op lithium gebaseerd zijn maar die komen in de praktijk weinig voor in de hengelsport.
Zowel de LFP als NMC accu die je meestal tegenkomt vallen in de categorie Li-ion. Regelmatig kom je tegen dat importeurs met de term Li-ion enkel op NMC type accu’s doelen, hoewel het eigenlijk een overkoepelende term is voor zowel LFP(LiFePO4) als NMC. Goed om te weten dus dat een LiFePO4 accu een type li-ion accu is!
NMC Net als bij de loodaccu´s zitten er verschillen, voor- en nadelen, tussen de LFP en NMC type li-ion accu’s. Welke accu voor jou het meest geschikt is is een trade-off, want de ideale accu bestaat niet. Daarom is het belangrijk om je te verdiepen in de technieken om de keuze te maken die voor jou het meest geschikt is.
NMC ofwel Nikkel Mangaan, Kobaltoxide is een hele populaire chemische samenstelling, commercieel sterk door de relatief gunstige prijs en de hoge energiedichtheid – wat betekent dat je er relatief zeer lichtgewicht accu’s van kunt maken die veel energie kunnen opslaan. Ter info, we gaan in dit artikel even uit van de li-ion variant en laten LiPo buiten beschouwing gezien deze in de praktijk niet gebuikt wordt voor de hengelsport.
LFP
Ook wel bekend als LiFePO4 of Lithium ijzer fosfaat, heeft in de basis een langere levensduur dan NMC vanwege de lagere slijtagegraad. Omdat de energiedichtheid en de nominale celspanning lager is zal je meer cellen nodig hebben om tot eenzelfde vermogen te komen als NMC-cellen. Dit resulteert in een hogere kostprijs en grotere en zwaardere accu’s dan wat met NMC mogelijk is. Positief punt van LiFePO4 buiten de levensduur is de veiligheid die aan de cellen wordt toegeschreven.
Spanning (V)
De spanning, ook wel voltage(V), wordt bepaald door het aantal cellen dat in serie staat. Hoe hoger het voltage, hoe “krachtiger” deze is (want groter potentiaalverschil tussen de plus en minpool).
Stel dat de cellen in bovenstaand schema 2V per stuk zijn, dan is het complete systeem 2*4= 8V
Naarmate een accu “leeg” raakt tijdens het gebruik daalt de spanning, dat geldt voor alle type accu’s. Het spanningsverloop van een lood accu is over tijd meer lineair te noemen dan het geval is bij lithium accu’s. Bij lithium accu’s is het spanningsverloop tussen grofweg 90% en 10% vrij horizontaal terwijl juist bij het begin en einde de spanning snel daalt.
Hoe komen we nou bij de voltages die staan aangeven op een accu? Daarvoor moeten we het nominale (let op; dit is iets anders dan “gemiddelde”) voltage van de accu berekenen.
Dit nominale voltage kun je berekenen door het aantal cellen dat in serie staat te vermenigvuldigen met de onderstaande nominale celspanning. Hieronder staat een overzicht van nominale voltages van verschillende chemische samenstellingen:
- (Li-ion) NMC 3.6V
- (Li-ion) LiFePO4 3.2V
- Lood/zuur (AGM/gel) 2.0V
Ofwel, een lithium ion NMC-accu met 7 cellen in serie (7S) heeft een nominale spanning van (7*3.6=) 25.2V. Dit ronden we dan vaak (onterecht) af naar 24V. In geval van 6S lood/zuur kom je op 12V. Jawel; een 12V loodaccu bestaat uit 6 cellen.
Misschien is het je wel eens opgevallen dat wanneer het over de spanning van een accu gaat dit vrijwel altijd 12V is of een meervoud hiervan. 12V, 24V, 36V enz. Dit is niet helemaal toevallig maar het is wel vrij verwarrend en dit is waarom: Jarenlang hebben we voornamelijk de keus gehad uit loodaccu’s van 12V. Met lood/zuur als chemische samenstelling is dit ook goed te doen, immers, door de nominale cel spanning van 2V kun je er 6 in serie plaatsten om 12V te creëren.
Veel machines en apparaten zijn gebouwd om op deze setup te kunnen werken. Maar met de transitie naar lithium (Li-ion, NMC) gaat deze vlieger niet meer op en wordt het een hopeloze situatie. Sommige importeurs gaan met 4 cellen in serie aan de slag waardoor je nominaal veel te hoog uitkomt (14.4V), andere maken er 3 cellen van en komen op 10.8V. Daarbij rekenen ze meestal met 3.7V en noteren ze 11.1V in hun datasheet, wat dus niet klopt. Hoe dan ook zal in dat laatste geval jouw apparatuur niet kapotgaan omdat de spanning te hoog is, wel is er kans dat deze zich voortijdig uitschakelt omdat de apparatuur die ontworpen is voor loodaccu’s vaak een low voltage beveiliging heeft rond de 10V, hierdoor kun je dan niet het het hele potentieel gebruiken van je 3S li-ion NMC-accu.
De conclusie is dus duidelijk, 12V accu’s kun je niet maken met Li-ion NMC ondanks dat importeurs je graag anders doen geloven. Naast de lichtgewicht Li-ion NMC-techniek zullen we hetzelfde sommetje gaan maken met Li-ion LFP. Cellen van 3.2V nominaal, 4 stuks in serie geeft 12.8V. Ook hier mee kom je boven de 12V nominaal van de lood/zuur technieken maar we komen al in de buurt en het volgende gegeven hierin is interessant: De bandbreedte van het spanningsverloop van een 4S LFP-accu valt binnen de bandbreedte van een een (6S) 12V lood/zuur accu! Dit is te zien in de onderstaande grafiek waarbij de gewenste bandbreedte roze is gemaakt:
Grafiek 1; Weergave van spanningsverloop van diverse “12” Volt accu’s, waar bij de L/Z 6S de oorspronkelijke 12V loodaccu vertegenwoordigt.
Capaciteit (Ah of Wh)
De capaciteit van een accu, ook wel Ampère-uur (Ah) wordt bepaald door de totale oppervlakte van de anode en kathode per cel en hoeveel er van deze cellen parellel staan.
Stel dat de cellen in bovenstaand schema een capaciteit hebben van 10Ah per stuk dan is de totale capaciteit 10*4= 40Ah. Als de cellen in dit voorbeeld een spanning hebben van 2V blijft de spanning van het hele systeem 2V.
Capaciteit van een accu is relatief, dat betekent dat de capaciteit van accu’s afhankelijk is van externe factoren zoals temperatuur, maar ook hoe deze wordt gebruikt. Wanneer een accu van 10Ah heel snel wordt ontladen (bijvoorbeeld met een zware motor) heeft deze minder capaciteit (dus minder dan 10Ah) dan wanneer je deze heel langzaam leeg trekt (bijvoorbeeld een klein klokje), dan is de capaciteit juist meer. Loodaccu’s hebben hier veel meer last van dan lithium accu’s, dit effect heet “Peukert effect”.
Het Peukert effect wordt op sommige loodaccu’s in beeld gebracht door een tabel waarin wordt weergegeven op hoeveel capaciteit (in Ah) gerekend kan worden bij bepaalde ontlaadstromen, weergegeven als tijd waarin de accu wordt ontladen van vol naar leeg. Voorbeeld tabel:
- 5 uur | 30Ah
- 10 uur | 33Ah
- 20 uur | 36 Ah
Zoals je ziet, wanneer je heel lang over het ontladen doet, ofwel een lage stroom, haal je aanzienlijk meer energie uit deze accu dan wanneer je hem heel snel ontlaadt.
Ondanks dat capaciteit vaak wordt uitgerukt in Ah, is het nauwkeuriger om de capaciteit van een accu uit te drukken in Wh (Wattuur), ofwel Voltage(V) * Ampère uur (Ah). Dit geldt met name voor alle accu’s lithium accu’s waarbij de nominale spanning dus is afgerond 12V of een meervoud daarvan. Als de capaciteit in Wh niet is aangegeven op een accu is dit eenvoudig zelf uit te rekenen door de nominale spanning te vermenigvuldigen met de capaciteit in Ah. Voorbeeld een 3S 12V 10Ah accu gebouwd met Li-ion NMC-cellen: 3.6*3*10=108Ah. Dit is een groot verschil met een 4S 12V 10Ah accu, waarbij je uitkomt op 144Ah. De effectieve capaciteit van de laatste variant is veel hoger. Overigens goed om te weten, veel importeurs melden hier foutieve informatie, dit hoeft natuurlijk niet moedwillig te zijn, het kan ook gebrek aan kennis zijn.
Capaciteit wordt dus uitgedrukt in Ah of Wh. Het is dus fout om te zeggen dat een accu een capaciteit heeft van 100A. Enkel A, of Ampère, is de manier om stroomsterkte uit te drukken en heeft niks met capaciteit te maken. Je kunt het zien als zeggen dat je een auto heel snel voorbij zag rijden die minimaal 100 kilometer reed, ipv 100 kilometer per uur.
Cost of ownership
De afweging tussen het kopen van een lood- of lithium accu kun je baseren op het feit dat het gewicht veel lager is maar voor velen is de prijs minstens zo belangrijk. Lithium accu’s zijn nog altijd vele malen duurder in aanschaf dan loodaccu’s. Toch zou een lithium accu op termijn een goede investering zijn wanneer deze minimaal net zo veel keer langer meegaat dan hij duurder is dan een lood accu. Ofwel, de cost of ownership. In theorie zou een kwalitatieve lithium accu gemakkelijk 10 jaar mee kunnen bij twee keer per week vissen, maar dit hangt naast de kwaliteit ook af van hoe deze wordt gebruikt. Er zijn namelijk een aantal situaties die de levensduur ernstig beïnvloeden op de verkeerde manier. Enkele belangrijke voorbeelden:
- Opladen onder het vriespunt. Buiten dat dit de levensduur van de accu ernstig verkort, is het ook potentieel gevaarlijk. Voorkom dit dus te allen tijde.
- Wanneer je de accu langere tijd niet gebruikt zorg dan dat je hem niet helemaal opgeladen, maar zeker niet helemaal ontladen wegzet. Af en toe controleren wat de status van de accu is is aan te raden. Afhankelijk van het type lithium kun je grofweg zeggen dat je tussen de 80% en 30% goed zit.
- Het draaien van volledige cycli of diepontladingen. Ofwel, op regelmatige basis de accu net zo lang gebruiken tot hij helemaal leeg is. Met name aan de onderkant van de bruikbare capaciteit is de chemische slijtage vrij hoog. Dus heb je de kans om tussendoor te laden? Doe dat.
Sommige importeurs blijven stug volhouden: Je kunt de volledige capaciteit gebruiken zonder nadelige gevolgen. Dat is dus niet waar, de chemische slijtage is hoger. Verder kan gesteld worden dat wanneer je je binnen de opgegeven waardes uit de datasheet van de betreffende accu begeeft je in theorie vele malen langer plezier kunt hebben van een lithium accu dan een op lood gebaseerde accu. We gaan niet in op het aantal cycli dat je al dan niet kunt doen met een lithium accu, hiervoor moet namelijk eerst de term “cyclus” gedefinieerd worden incl. alle bijbehorende factoren als restcapaciteit en gebruikscondtities. Omdat dit vrijwel altijd ontbreekt kun je dit het beste met een korreltje zout nemen. Op deze manier is het namelijk een holle uitspraak waar je niet mee kunt rekenen.
Welke lithium accu heb jij nodig?
Als je overtuigd bent van de voordelen van lithium accu’s zijn er een aantal tips. Heb je een 12V accu nodig? Zorg dan dat die van het type LiFePO4 (LFP) is. Is de spanning van je systeem hoger dan 12V kun je ook kiezen voor een Li-ion NMC-techniek.
Welke capaciteit je kiest is afhankelijk van je verbruik. Als je nu een 24V 100Ah loodaccu setup gebruikt die je in 5 uur leeg trekt zou je kunnen zeggen dat je met 80Ah lithium redelijk wegkomt. Vergeet daarbij niet; capaciteit is relatief, en zeggen dat 100Ah lood gelijk staat aan 80Ah lithium heeft een vrij hoog goochelshow gehalte. Het is namelijk te verklaren en uit te rekenen. 100Ah is 100Ah, zo lang je opereert met de gegevens waarop de capaciteitsberekening is gebaseerd.
Over dimensioneren is anticiperen. Wanneer je een lithium accu kiest, wees dan niet te zuinig met de capaciteit. Enkele voordelen van iets meer capaciteit dan nodig:
- De slijtagegraad is lager omdat je minder aan de onderkant van de capaciteit komt waar de slijtagegraad hoger is.
- Buiten dat de accu minder snel slijt is er ook meer “slijtage ruimte”.
- Je kunt in de toekomst eventueel meer energiegebruikers toevoegen.
- Niemand klaagt over te veel energie. Wel over te weinig.
Sommige accu’s zijn ontworpen om parallel te schakelen waarbij je de capaciteit van het gehele systeem kunt vergroten. Dit heeft als bijkomend voordeel dat je een vorm van redundancy hebt, mocht een accu onverhoopt uitvallen heb je de andere(n) die ervoor zorgen dat jij niet zonder energie komt te zitten.
Of je een accu in Nederland koopt of toch aan de slag gaat op Alibaba is een interessante kwestie. Immers; vrijwel alle accu’s van de “grotere merken” in de hengelsport zijn op Alibaba te vinden, maar vele malen goedkoper. Ze halen ze zelf ook uit China, vandaar. De importeurs houden zelf graag voor dat het Nederlandse producten zijn, maar dat is helaas niet waar.
Wanneer je veel verstand hebt van elektronica en lithium accu’s kies je waarschijnlijk niet voor zo’n relatief dure Chinese accu met een Nederlandse sticker. Begrijpelijk. Maar wanneer je minder verstand van deze materie hebt is het misschien nog niet zo gek om een importeur te vinden waar je in ieder geval een vorm van garantie hebt.
