De juiste oplader voor uw lithium-ionbatterijen kiezen

De oplaadmethode zelf is belangrijk: door de juiste manier van opladen te kiezen, weet u zeker dat uw batterijen gebruiksklaar zijn wanneer u ze nodig hebt en zo lang mogelijk mee gaan. Het kiezen van de juiste oplader is daarom even essentieel als de keuze van het type batterij. De gelijkstroom van de oplader moet van voldoende kwaliteit zijn om schade aan de op te laden apparatuur te voorkomen. De reden hiervoor is dat apparatuur die op het gelijkstroomcircuit aangesloten is, tijdens het gebruik rechtstreeks van de oplader stroom ontvangt.

Zeker in combinatie met bedrijfskritische apparatuur zoals meetapparaten en medische apparatuur kan het belang van de juiste aankoopbeslissing niet genoeg benadrukt worden. U hebt mogelijk een batterijlader met een universele invoer (90 tot 264 volt) nodig als de apparatuur en de batterijen in het buitenland gebruikt gaan worden, of een waterdichte (IP67) oplader voor gebruik onder zware omstandigheden of in de buitenlucht. Ook kan een temperatuursensor in de oplader vereist zijn als die gebruik wordt bij zeer hoge of juist zeer lage temperaturen.

De mAh- of Ah-capaciteit van uw batterij is een andere belangrijke factor bij de keuze van de laadstroom. Dit soort informatie is meestal te vinden op het label op de zij- of bovenkant van de batterij. De meeste Li-ioncellen mogen niet met meer dan 1 C opgeladen worden en de levensduur van een batterij neemt aanzienlijk toe als met minder dan 0,5 C opgeladen worden. De ‘C’-waarde staat voor de capaciteit van een batterij: 1 C voor een cel van 3,5 Ah is 3,5 A en 0,5 C voor een batterij van 10 Ah is 5 A.

Hoe werken Li-ionladers?
Li-ionbatterijladers volgen een duidelijk gedefinieerde oplaadprocedure die uit drie opeenvolgende fasen bestaat: opladen met constante stroom, opladen met constante spanning en voltooiing van het laden. Elke stap zorgt voor een veilige, efficiënte overdracht van energie en beschermt de batterij tegen overladen.

Fase 1 – opladen met constante stroom: als de oplader op de netvoeding is aangesloten en er een batterij op de uitgang wordt aangesloten, wordt automatisch een laadcyclus gestart. De oplader functioneert in deze fase in constantestroommodus (‘constant current’ of CC) en levert de maximale nominale stroom. Tijdens dit proces licht de ledindicator van de oplader geel op. De batterij wordt in deze stap snel opgeladen en bereikt meestal 80 tot 95% van zijn capaciteit.

Fase 2 – opladen met constante spanning (timer): als de batterij zijn spanningsbovengrens nadert, schakelt de oplader over naar de constantespanningmodus (‘constant voltage’ of CV). In deze modus houdt de oplader een vaste spanning aan terwijl de stroom langzaam afneemt. Aan het begin van deze fase gaat de ledindicator geel knipperen. De oplader blijft in CV-modus totdat de stroom onder de gedefinieerde drempelwaarde daalt of tot de CV-timer afloopt. Aan het eind van deze fase is de batterij volledig opgeladen.

Fase 3 – opladen voltooid: als de batterij volledig opgeladen is en de stroom tot nul gedaald is, licht de ledindicator groen op. De oplader kan nu zonder risico op de batterij aangesloten blijven. Als de batterijspanning later met meer dan 0,1 volt per cel afneemt, start de oplader automatisch een nieuwe laadcyclus.

Correct gebruik van uw oplader
Om de prestaties en de levensduur van zowel uw oplader als uw batterij te optimaliseren, is het belangrijk rekening te houden met de volgende praktische tips voor het gebruik ervan.

Laat om te beginnen een niet-gereguleerde, ‘automatische’ oplader niet de hele nacht op de batterij aangesloten tenzij die volledig uitschakelt als het opladen voltooid is. Continu opladen onder die omstandigheden kan tot stress voor de cellen leiden en de gebruiksduur verkorten. Het is ook belangrijk te zorgen dat de laadspanning de specificaties van de fabrikant niet overschrijdt. Nauwkeurige spanningsregeling voorkomt de vorming van metallisch lithium op de anode, een toestand die de capaciteit en de algehele prestaties van de batterij kan verminderen.

Correcte bewaar- en gebruiksomstandigheden zijn ook essentieel om de batterij in goede staat te houden. Zo moeten batterijen bewaard worden in een goed geventileerde ruimte met een omgevingstemperatuur van minder dan 25 °C. Blootstelling aan hogere temperaturen versnelt het verouderingsproces, waarbij elke toename met 5 °C boven 35 °C een aanzienlijke vermindering van de verwachte levensduur tot gevolg heeft. Ook dient opladen onder extreme omstandigheden vermeden te worden, vooral temperaturen onder 0 °C of boven 45 °C, omdat dat minder veilig en minder efficiënt is.

Bij het plannen van een laadcyclus dient de totale vereist oplaadtijd zorgvuldig berekend te worden. Als vuistregel geldt: deel de ampère-uurwaarde van de batterij door de stroomwaarde van de oplader (in ampère) en tel daar een of twee uur bij op voor de finale lading. Voor het beste resultaat dient het apparaat tijdens het opladen uitgeschakeld of van de batterij losgekoppeld te zijn. Bij gelijktijdig laden is het mogelijk dat de oplader de stroom niet goed kan reduceren en dat niet de volledige capaciteit van de batterij bereikt wordt.

Het is ook belangrijk om op te merken dat niet alle opladers tot de volledige limiet opladen. In sommige gevallen is de batterij niet volledig opgeladen, ook al wordt het ‘gereed’-signaal weergegeven. Zorg er altijd voor dat batterijen die opgeborgen worden gedeeltelijk opgeladen zijn. Een laadstatus van 40 tot 50 procent wordt beschouwd als ideaal om degradatie op de lange termijn tegen te gaan.

Tot slot moeten aanpassingen van de laadspanning gebaseerd zijn op de werkelijke poolspanning van de batterij en niet op de waarde die door de lader zelf wordt verondersteld of geïnterpreteerd. Dit garandeert nauwkeurigheid en voorkomt voortijdige slijtage of onjuiste beëindiging van het laadproces.

Uit onderzoek blijkt dat opladen met een iets lagere spanning het aantal laadcycli van een batterij aanzienlijk kan vergroten. Opladen tot 4,1 volt in plaats van 4,2 volt (wat overeenkomt met opladen tot ongeveer 90%) resulteert in 50% of meer laadcycli gedurende de levensduur van een batterij. Hiervoor hebt u een oplader met betere specificaties nodig.

Auteur: Dag Pedersen, marketingmanager Mascot AS