Wat kan er met de accu aan de hand zijn?

Kapot of versleten?

Ook aan een accu komt eens een eind. Een accu wordt verondersteld niet meer inzetbaar te zijn als de nominale capaciteit minder is dan 80% van de oorspronkelijke.

Een accu is onderhevig aan een tweetal 'natuurlijke' slijtageprocessen: gridcorrosie (vooral bij startaccu's) en verlies van actieve massa (vooral bij deep cycle accu's). Beide verouderingsprocessen voltrekken zich geleidelijk. Bij startaccu's zal het einde zich aankondigen door moeizaam starten bij lage temperaturen, accu's voor diepontlading worden in toenemende mate 'kortademiger'. Met andere woorden u kan de accu steeds korter gebruiken.

Alle andere defectenzijn het gevolg van fabricage fouten of onjuist gebruik. De kans dat in een geautomatiseerd productieproces een fabricagefout onopgemerkt blijft is zeer gering: hooguit één of twee per duizend accu's. Een onopgemerkte productiefout zal zich bijna altijd al bij ingebruikname of zeer kort daarna manifesteren. Het gaat dan meestal om een defecte doorverbinding of lekkage langs het deksel.

Het spreekt vanzelf dat accu's die binnen de garantietermijn defect raken door onjuist of oneigenlijk gebruik niet voor garantie in aanmerking te komen. Overigens is het opmerkelijk dat meer dan de helft van het aantal garantieclaims wereldwijd betrekking heeft op accu's waaraan niets anders mankeert dan dat zij ontladen of gestratificeerd zijn.

 

Accu levert geen startstroom

Bij startaccu's zal het einde van de inzetbaarheid zich aankondigen door moeizaam starten, vooral bij bij lage temperaturen. Dat kan natuurlijk het resultaat zijn van een natuurlijk slijtage proces. Een accu is onderhevig aan een tweetal 'natuurlijke' slijtageprocessen: gridcorrosie en verlies van actieve massa. Deze processen voltrekken zich geleidelijk, nooit plotsklaps. Dat wil helaas niet zeggen dat de symptomen zich niet van de ene dag op de andere kunnen voordoen: na een flinke nachtvorst kan op pijnlijke wijze duidelijk worden wat bij hogere temperaturen onopgemerkt bleef!

Als het probleem zich voortijdig voordoet moet de oorzaak worden gezocht in gridcorrosie als gevolg van overlading en/of te hoge temperatuur. Het is daarom van groot belang de laadspanning te testen zodat een volgende accu niet hetzelfde lot zal ondergaan.

Een tweede oorzaak kan worden gevonden verlies van actieve massa door te diepe ontlading. Als de accu onvoldoende capaciteit heeft om te voorzien in de energiebehoefte van het voertuig, kan het niet anders dan dat het einde vroegtijdig wordt bereikt. Hetzelfde geldt natuurlijk ook voor startaccu's die te weinig lading ontvangen. Veel korte ritjes tijdens welke de dynamo er niet in slaagt de accu volledig te laden zorgen ervoor dat ook zonder zware gebruikers een startaccu in een voortdurende staat van diepontlading geraakt die de levensduur dramatisch bekort.

Een accu die om hiervoor genoemde reden nooit volledig wordt geladen kan ook stratificatie optreden. Het zuurbestanddeel van het elektrolyt heeft zich in de onderste lagen van de elektrolyt geconcentreerd, zodat het bovenste gedeelte van de accu inactief is. De hoge zuurconcentratie onderin daarentegen verhoogt kunstmatig de open klemspanning. Hierdoor lijkt de accu volledig geladen, maar produceert desondanks te weinig startstroom.

 

Accu raakt snel leeg

De meest voor de hand liggende verklaring is dat de accu door slijtage aan het eind van zijn inzetbaarheid is geraakt.

Bij accu's in cyclisch bedrijf is de levensduur sterk afhankelijk van de diepte van ontlading. Feitelijk wordt de levensduur van een dergelijke accu reeds bepaald bij de aanschaf. Daar dient allereerst te worden onderzocht of de accu geschikt is voor de beoogde stroomafname en het beschikbare laadregime.

Te diepe ontlading door onvoldoende capaciteit van de accu of de lader/dynamo kan leiden tot versneld verlies van actieve massa en dus verkorte levensduur.

Een andere, mogelijke oorzaak is sulfatering wanneer de accu langere tijd in ongeladen toestand heeft doorgebracht. Niet alleen verhindert sulfatering de ladingopname, maar ook kunnen sulfaatkristallen in de vorm van scherpe naalden sluiting veroorzaken tussen de positieve en de negatieve plaat. Als een gesulfateerde accu wordt geladen zal als gevolg van deze sluiting de spanning snel oplopen zodat een automatische lader meent dat de accu volgeladen is en uitschakelt. De accu lijkt wel vol, maar is het niet en dus is hij ook weer snel leeg!

 

Accu laadt niet op

Als een accu, ondanks een goed functionerend lader of dynamo niet volledig geladen kan worden is dat het gevolg van sulfatering.

Sulfatering heeft altijd blijvend capaciteitsverlies tot gevolg. Bij lichte sulfatering van een niet-gesloten accu kan een aangepast laadprogramma soms nog enig soelaas bieden, maar dat vergt veel tijd en aandacht met weinig kans op succes.

 

Accu lekt zuur

Accuzuur is zeer corrosief en kan grote schade toebrengen aan de omringende installatie.

Een 'natte' accu dient uiteraard rechtop te worden ge´nstalleerd om te voorkomen dat zuur via de vulopeningen of, bij een gesloten accu, door het ontluchtingsventiel naar buiten treedt. Een VRLA accu daarentegen kan zonder bezwaar in gekantelde positie worden ge´nstalleerd.

Als de accu geen uiterlijke beschadigingen vertoont en desondanks langs het deksel lekt is er sprake van een onvolkomenheid in de aansluiting tussen bak en deksel die te herleiden is naar de fabrikant.

Een andere vorm van lekkage is zuur dat via de afdichting van de polen naar buiten treedt. De vakterm voor het verschijnsel is seepage. Het gaat niet om grote hoeveelheden, maar genoeg om poolcorrosie te veroorzaken

Tenslotte is er nog zuur dat door de vulopeningen naar boven komt. Dit is het gevolg van te hoog elektrolytniveau door te veel bijvullen of door bijvullen in ontladen toestand. Altijd eerst laden, daarna pas bijvullen!

 

Bevriezing

Een geladen accu kan nooit bevriezen!!

Een lood-zwavelzuur accu heeft eigenlijk een ingebouwde bescherming tegen elektrolytbevriezing omdat de capaciteit die kan worden onttrokken terugloopt naarmate de temperatuur daalt en daardoor het SG van de elektrolyt in ontladen toestand steeds hoger is dan het vriespunt.

Als een accu wordt ontladen in omgevingstemperatuur van 0░C, zal deze ongeveer 80% van de nominale capaciteit leveren. Het soortelijk gewicht van de elektrolyt in een 80% ontladen accu bedraagt ongeveer 1.14. Elektrolyt van dit S.G. zal bevriezen bij ongeveer -15░C. Dat betekent dat het vriespunt 15░C beneden de temperatuur van het elektrolyt ligt.

Evenzo zal bij een temperatuur van -20░C een accu nog maar 50% van de nominale capaciteit leveren, wat neerkomt op een SG van ongeveer 1.180 met een bijbehorend vriespunt van ongeveer -26░C. Dat is nog steeds 6 graden lager dan de temperatuur van de elektrolyt. Dit betekent dat voor een bepaalde elke denkbare omgevingstemperatuur de capaciteit die de accu levert onvoldoende is om de elektrolyt te kunnen laten bevriezen.

De enige keer dat de elektrolyt kan bevriezen is wanneer de accu volledig ontladen raakt bij een temperatuur van bijvoorbeeld 25░C en vervolgens in deze ontladen toestand aan een temperatuur beneden 0░C wordt blootgesteld. Dat lijkt vergezocht, maar het kßn voorkomen, bijvoorbeeld door zelfontlading tijdens langdurige opslag. Denk maar eens aan een overwinterende boot of caravan met een conventionele batterij zonder druppellading.

 

Explosie

Helaas kunnen accu's onder bepaalde omstandigheden exploderen.

Een geladen accu is omdat alle opgeslagen energie één keer vrij komt zoals bijvoorbeeld wanneer een gevallen stuk gereedschap volle sluiting veroorzaakt.

Bij het laden van een loodzwavelzuuraccu wordt het explosieve knalgas gevormd. Dit knalgas kan bij de geringste vonk exploderen. De meeste explosies vinden plaats tijdens het aan- of afkoppelen van de aansluitkabels, startkabels en de lader.

Als een accu explodeert tijdens het starten is dat meestal het gevolg van een te laag electrolytniveau door verkeerd laden en/of gebrekkig onderhoud. Een dendriet door sulfatering kan een brug vormen tussen twee platen zodat, op het moment dat de startstroom gaat lopen een vonk wordt getrokken en het in de accu aanwezige knalgas explodeert.

Voorkom explosieschade door nauwgezet volgen van de voorschriften en het dragen van oog- of gelaatsbescherming.


Gridcorrosie

In een accu komt het elektrolyt niet alleen in aanraking met de actieve massa op de plaat, maar ook met de onbedekte delen van het raster zelf.

Gridcorrosie is een normaal verschijnsel in een accu waarbij het lood van de positieve raster wordt omgezet in looddioxide. Als gevolg van deze omzetting nemen elektrische geleiding en mechanische sterkte van de roosters geleidelijk af totdat de platen onder het eigen gewicht uit elkaar vallen. Dit is een normaal, onvermijdbaar proces waarmee in het ontwerp rekening is gehouden.

Overmatige gridcorrosie is een typisch gevolg van structureel overladen door middel van te hoge laadspanning of een te hoge laadfactor. Ook temperatuur is belangrijk. Hoge temperaturen zullen gridcorrosie versnellen, terwijl een gematigde temperatuur de levensduur ten goede zal komen.

 

Verlies van Actieve Massa

De actieve massa van een accu is vergelijkbaar met de de spiermassa van een atleet: daarmee wordt de prestatie geleverd.

De actieve massa van de positieve plaat bestaat uit loodsulfaat. Tijdens het laden wordt dit loodsulfaat omgezet in loodoxide, tijdens de ontlading wordt loodoxide weer omgezet in loodsulfaat. Omdat loodsulfaat een groter molair volume heeft dan loodoxide zal de actieve massa tijdens ontlading dus toenemen en tijdens het laden weer in volume (en gewicht) afnemen. Door dit voortdurend krimpen en zwellen zullen telkens deeltjes van de actieve massa losraken, en de accucapaciteit zal geleidelijk afnemen.

Versnelde massa-uitval, in vaktermen ook wel aangeduid met PCL ofwel Premature Capacity Loss kan worden veroorzaakt door te diepe ontlading. Prominente voorbeelden hiervan worden vaak aangetroffen in toepassingen waar start- of semitractie accu's met voldoende capaciteit worden ingezet, maar met een inadequaat laadregime. Omdat de accu minder lading ontvangt dan er aan wordt onttrokken, wordt ongemerkt een ontladingspercentage bereikt die de levensduur in ernstige mate verkort.

Kenmerkend voor voortijdige massa-uitval door diepontlading is dat, anders dan in een normaal slijtageproces, de actieve massa is uiteengevallen, terwijl het rooster zelf nagenoeg gaaf is.Voorkom PCL door een juiste afstemming tussen accu, lader en gebruiker.

 

Poolcorrosie

Corrosie van de metalen delen van een accu is het gevolg van een chemische reactie tussen de pool en de aansluitingen. Hier volgen een aantal oorzaken.

Oorzaak 1: galvanische corrosie

Galvanische corrosie wordt veroorzaakt door het potentiaalverschil tussen metalen die met elkaar in contact komen, in dit geval het materiaal van de pool en de aansluiting. Witte corrosie bestaat doorgaans uit lood- of zinkkristallen of, als de aansluitingen van aluminium zijn, uit aluminiumsulfaat. Als de aansluitingen van koper zijn zal de corrosie doorgaans uit blauwe kristallen bestaan. Heel vaak bestaat de corrosie uit een combinatie van van witte en blauwe kristallen: witte vanwege het lood in de aansluitklem en blauw door het koper in de kabel. Dit soort corrosie kan worden voorkomen door behandeling met een poolspray. Indien de corrosie reeds is ingetreden, eerst reinigen met een poolreiniger. Aansluitmateriaal eveneens reinigen en controleren op beschadigingen: een glad, goed aansluitend oppervlak is belangrijk voor een goede elektrische geleiding.

Oorzaak 2: elektrolytische corrosie

Als de accu teveel elektrolyt bevat, dus boven het maximum peil of in ontladen toestand is (bij)gevuld kan door thermische expansie het zuur door de ventilatie-openingen naar buiten treden, in contact komen met de polen en aansluitingen en aldus corrosie veroorzaken. Dit probleem kan worden voorkomen door de accu met zorg te vullen.

Minder vaak voorkomend is dat het elektrolyt dat vanuit een slecht geconstrueerde accu langs de polen naar buiten 'kruipt' als gevolg van een slecht functionerende afsluiting. Met name bij accu's met een zijaansluiting kan dit probleem zich voordoen.

Oorzaak 3: atmosferische corrosie

Een andere oorzaak kan worden gevonden in de zwavelzuurdampen die ontstaan bij overlading en in combinatie met een slechte ventilatie de accupolen en aansluitingen kunnen aantasten. De oplossing is natuurlijk een goed laadregime en adequate ventilatie.

 

Sulfatering

Tijdens het ontladen van een accu wordt de actieve massa omgezet in loodsulfaat. Dit loodsulfaat heeft een fijne structuur en wordt door lading weer omgezet in looddioxide en sponsachtig lood.

Als nu na diepe ontlading de herlading achterwege blijft zal het loodsulfaat uitkristalliseren Deze grote kristallen verstoppen de poriŰn van de actieve massa en schermen het plaatoppervlak af waardoor lading onmogelijk is. Het gevolg van sulfatering is daardoor blijvend capaciteitsverlies.

Het gesulfateerd actief materiaal van de positieve plaat is vaak licht van kleur, kenmerkend is de zogenaamde sulfaatstreep op een derde van de hoogte.

Bij sterke sulfatering kan de actieve massa uit het rooster worden gedrukt, vaak met kromgetrokken platen tot gevolg.

Bij het laden van gesulfateerde batterijen kunnen zich op de negatieve plaat dendrieten vormen: scherpe, naaldvormige kristallen die als brugjes tussen twee platen sluiting kunnen veroorzaken. Zo'n sluiting wordt door een accutester als celsluiting aangemerkt en vaak ten onrechte aan een fabricagefout toegeschreven!

 

Stratificatie

Als de concentratie zwavelzuur in de electrolytoplossing niet gelijkmatig is, maar in de onderste laag sterker dan in de bovenste laag, spreken we van stratificatie, gelaagdheid.

Het bovenste gedeelte van de accuplaat zal sulfateren wegens uitgeput elektrolyt, en het onderste gedeelte zal bezwijken aan massa-uitval en gridcorrosie wegens overbelasting!

Stratificatie treedt op als een accu langdurig in een ladingstoestand vertoeft van minder dan 80%. Dat kan het gevolg zijn van zelfontlading in combinatie met langdurige opslag, maar ook wanneer tijdens bedrijf nooit een volledige lading wordt ontvangen. Dat laatste kan bijvoorbeeld het gevolg zijn van korte ritten met een voertuig, maar ook in een stationaire opstelling is het een bekend verschijnsel.

In VRLA accu's is het elektrolyt ge´mmobiliseerd en daardoor zal dit verschijnsel minder gemakkelijk optreden, in gel accu's zelfs geheel niet.

Stratificatie in een 'natte' accu kan worden opgeheven door een verevenings- of boostlading: door de hoge laadspanning treedt gasontwikkeling op en daarmee wordt het elektrolyt weer gemengd.

Niet in VRLA

In ge´mmobiliseerd elektrolyt en daardoor zal dit verschijnsel minder gemakkelijk optreden in VRLA accu's, in gel accu's zelfs geheel niet.

In AGM accu's kan het verschijnsel zich voordoen in zeer hoge stationaire cellen. Om het te voorkomen worden dergelijke accu's vaak op een zijkant gemonteerd.

 

Thermal Runaway

Thermal Runaway kan het best te omschrijven als thermisch op hol slaan. Het is een fenomeen dat we bij lood-zwavelzuuraccu's uitsluitend aantreffen bij VRLA accu's.

De VRLA accu onderscheidt zich van de 'natte' accu door het recombinatieproces waarbij zuurstof en waterstof die ontstaan tijdens het laden niet uit de accu ontsnappen, maar binnen de accu recombineren tot water. Het recombineren is een exotherm proces: er komt warmte bij vrij.

Bij een combinatie van hoge omgevingstemperatuur en forse overlading zal door dit exotherme proces binnen de accu meer warmte vrijkomen dan aan de buitenzijde kan worden afgevoerd. Door de stijgende temperatuur zal de laadspanning afnemen en de laadstroom toenemen waardoor nog meer warmte wordt ontwikkeld enzovoorts. Uiteindelijk zal de accu smelten. Er bestaat explosiegevaar door interne kortsluiting en de aanwezigheid van grote hoeveelheid knalgas.

Thermal Runaway is een probleem dat eerst en vooral veroorzaakt wordt door de lader, niet door de accu.

 

Waarom worden sommige VRLA batterijen dik? Waarom lijken sommige VRLA accu's ingedeukt?

Voor een goed functionerend combinatieproces in een VRLA batterij is een overdruk noodzakelijk. Deze overdruk wordt in stand gehouden door overdrukventiel. Batterijen met zeer grote cellen zoals voor elektrische voertuigen, hoogwerkers en schrobmachines kunnen als gevolg van deze druk bol gaan staan. Dit is vooral het geval bij hogere temperaturen die de behuizing plooibaar maken. Daarom is een zekere mate van verdikking normaal.

Als echter tijdens het laden een accu ernstige uitstulpingen gaat vertonen, is dat niet normaal. Het is een indicatie van overlading of een geblokkeerd overdrukventiel. Als de lader goed werkt, moet een dergelijke accu uit bedrijf worden genomen.

Een VRLA accu kan ook een negatieve bolling vertonen.

Onder bepaalde omstandigheden kan zich binnen een gesloten batterij namelijk een (gedeeltelijk) vacuŘm vormen. Batterijtemperatuur en omgevingsdruk kunnen een rol spelen, maar de voornaamste oorzaken zijn het recombineren en het ontladingsproces.

Het recombinatieproces gaat nadat de lading is beŰindigd nog enige tijd door, totdat de meeste zuurstof in de batterij is verbruikt. Tijdens het ontladen neemt het volume in de batterij verder af. Diep ontladen VRLA batterijen hebben daarom vaak een ingevallen uiterlijk. Batterijen met grote cellen kunnen zelfs bij volledige lading een negatieve bolling vertonen.

Een ingevallen VRLA batterij dient te worden opgeladen. Als de negatieve bolling daarmee niet verdwijnt, is dat een volkomen normaal verschijnsel en geen reden tot bezorgdheid. Echter, als slechts één cel een negatieve bolling vertoont (of mist) is het aan te raden een belastingtest uit te voeren.