Batterijlader

De batterijlader, ofwel gelijkrichter zorgt ervoor dat de oorspronkelijke electrochemische toestand van de traktiebatterij hersteld wordt. Het is niet zo dat de acculader stroom in de traktiebatterij laadt, daarin wordt opgespaard en op een later moment er weer uitkomt. Het laden van een traktiebatterij kan men daarom beter zien als het opwinden van een veer in een klok. Traktiebatterijen Nederland B.V. levert zowel de geregelde laders, de ongeregelde laders en de laders met een laadkarakteristiek welke een combinatie is van beide. Naast deze hoofdverdeling kunnen we ook nog kiezen voor de wijze waarop geladen kan worden. Dit kan normaal of hoog frequent, al dan niet met als aanvulling luchtcirculatie (trak air).
 

Conventionele batterijlader

Met conventionele laders worden alle 50 Hz laders bedoeld. Zij transformeren de hoge netspanning met behulp van een grote zware transformator aan de primaire zijde  omlaag naar een lagere wisselstroomspanning aan de secundaire zijde. Een gelijkrichter maakt van de 50 Hz wisselstroom een gelijkstroom voor de traktiebatterij. Dit is geen zuivere gelijkstroom en spanning, maar deze pulseert enigszins. Dit wordt rimpelspanning genoemd en veroorzaakt het brommende geluid in de lader en de batterij. Netspanningsfluctuaties aan de primaire zijde van de transformator veroorzaken overeenkomstige schommelingen aan de secundaire kant, waardoor de lader kan afslaan. Tijdens het transformatieproces treden omzetverliezen op in de vorm van nutteloze warmte, waardoor het electrisch rendement betrekkelijk laag ligt. Met andere woorden: er gaat meer electrische energie naar de primaire zijde van de lader, dan er aan de secundaire zijde uitkomt, maar de gebruiker betaalt wel het volle pond. Afhankelijk van het vermogen van de lader ligt de normale laadtijd voor een batterij die 80 procent ontladen is, globaal ergens tussen de 7 en 14 uur. Wanneer altijd voldoende laadtijd beschikbaar is kan worden volstaan met een goedkopere kleinere lader. Anders moet voor een grotere en duurdere worden gekozen, dit is wel afhankelijk van de kwaliteit van de lader en de laadkarakteristiek.
 

Hoog Frequent batterijlader

Een hoogfrequent (HF)-lader werkt met een hoge frequentie tussen de 20 en 50 kHz. Deze lader levert aan de uitgang een zuivere gelijkspanning, zonder brom. Een HF-lader laadt met een voortdurende aanpassing van spanning en stroom. HF-laadtechniek is in Nederland een echte hype, dit soort laders zijn niet echt beter dan de betere 50 Hz laders. Ze bieden wel een paar voordelen, maar helaas ook nadelen. HF-laders zijn aanzienlijk duurder in aanschaf. Een uitzondering hierop zijn sommige lichtere 12 en 24 volts HF-laders voor traktiebatterijen van bijvoorbeeld electrische pallettrucks. Deze zijn tegenwoordig, heel opmerkelijk, juist weer goedkoper dan de kleinere 50 Hz laders. HF-laders hebben ook een geforceerde koeling nodig in de vorm van een ventilator, deze verbruikt stroom en zuigt als een stofzuiger stof aan. Dit kan op den duur interne vervuiling en storingen tot gevolg hebben. HF-laders gaan naar schatting pakweg tien jaar mee, de levensduur van een 50 Hz lader is gemiddeld twintig jaar.
 

Multivoltaal

Vergeleken met 50 Hz laders zijn HF-laders niet alleen compact en licht, maar ze zijn allemaal geschikt voor zowel natte, als droge (gel)traktiebatterijen. Het ontbreken van een zware transformator en het gebruik van kleine electronische componenten maakt het volume en gewicht van de HF-lader, vergeleken met een 50 Hz lader vier tot vijf maal kleiner. Hierdoor is de HF-lader ook geschikt als on-board lader. Sommige van deze laders zijn ook multivoltaal, dat wil zeggen dat ze zelf detecteren welke batterij er is aangesloten en automatisch de juiste spanning daarop instellen. Microprocessorgestuurde hoogfrequent techniek zorgt ervoor dat de traktiebatterij altijd precies krijgt toegediend, wat ook daadwerkelijk nodig is op dat moment. Dus niet te veel en niet te weinig. Dit betekent onder meer dat er minder gasvorming optreedt en dat er weinig warmte in de batterij wordt opgewekt, wat de levensduur van de batterij verlengt. Een ander voordeel is dat de HF-lader spanningsonafhankelijk is aan de primaire kant. Als de netspanning licht zou dalen of stijgen, blijft hij de gevraagde output leveren. Een 50 Hz lader zou dan afschakelen. Microprocessorgestuurde HF-laders geven, in vergelijking tot 50 Hz laders een volledige beheersing van het laadprogramma. Dit leidt weer tot een lager energieverbruik in tijd. De kortere gemiddelde laadtijd ligt, afhankelijk van de ontlading en de batterijconditie, globaal tussen de zeven en acht uur. Dit samen met het hoge electrische rendement scheelt op termijn aanzienlijk in de energiekosten en in het waterverbruik, waardoor de hogere investering al snel wordt terugverdiend. HF-laders hebben vergeleken met 50 Hz laders ook geen hoge inschakelpiek. Deze bepaalt het progressieve vastrechttarief en daar is dus met HF flink op te bezuinigen, als dit het zwaarste electrische apparaat in huis is.
 

Laadfactor 

Het electrische rendement van een 3 fase (400V) HF-lader ligt globaal tussen de 90 en 94 procent. Een 1 fase (230V) HF-uitvoering scoort tussen de 85 en 90 procent. Ter vergelijking: een 3 fase 50 Hz lader zit ergens tussen de 78 en 85 procent en de 1 fase lader tussen de 70 en 78 procent. Dat laatste wil zeggen dat ongeveer driekwart van de aan het net onttrokken stroom wordt besteed aan de lading en dat een kwart van alle erin gestopte en te betalen energie als nutteloze warmte verdwijnt. De genoemde rendementsbandbreedtes zijn afhankelijk van de laderkwaliteit. Zware laders scoren hier meestal beter, dan goedkopere lichtere fabrikaten. De aan het net ontrokken stroomhoeveelheid komt vanwege omzetverliezen niet volledig ten goede aan de stroomafgifte aan de batterij. In de praktijk blijkt dat er veelal tussen de 1,1 a 1,2 maal de hoeveelheid Ah geladen wordt, als vooraf aan de batterij is onttrokken. Dit noemt men de laadfactor en is onder meer afhankelijk van de laderconstructie en de laadkarakteristiek. HF-laders hebben doorgaans een lagere en betere laadfactor dan 50 Hz laders, hieronder volgt een voorbeeld. Een batterij van 500 Ah is gedurende 8 uur met 50 A ontladen; aan de batterij is dus onttrokken 8 x 50 = 400 Ah. Om dit weer aan te vullen moet men de batterij met 400 x 1,2 = 480 Ah laden.
 

Tussentijds laden

Als er tussentijds moet worden geladen betekent dit eigenlijk dat er te weinig wisselbatterijen of trucks zijn. Of dat er in meerploegendienst wordt gewerkt, die niet is afgestemd op het laadregime. Iedere tussentijdse lading beperkt de levensduur van de batterij. Wordt dit toch regelmatig gedaan, is een 50 Hz lader met zuurcirculatie sterk aan te bevelen. Zuurcirculatie verdrijft het zwavelzuur goed uit de batterijplaten en voorkomt sulfatering (veroudering). Een HF-lader met E-pulstechniek kan wel incidenteel worden ingezet voor tussentijds laden, zonder dat dit de levensduur van de batterij nadelig beinvloedt. De E-pulstechniek laadt de batterij met korte stroomstootjes (pulsen). Dit verkort de benodigde laadtijd sterk en gaat sulfatering tegen. Een deel van de in de batterij opgeslagen energie gaat na verloop van tijd door zelfontlading verloren. De na het laden automatisch uitgevoerde vereffeningslading compenseert dit. Hierdoor blijft de batterijcapaciteit op peil, ook bij langere stilstand (vakanties). De vereffeningslading beschermt de loodplaten tegen sulfaatvorming, wat de levensduur verlengt. Een vereffeningslading kan worden beeindigd als de laadspanning en de soortelijke massa van het elektroliet gedurende drie uur niet meer toeneemt. Vereffeningsladingen, ook wel periodieke onderhoudsladingen genoemd, moeten ook worden uitgevoerd bij te diepe ontlading van de batterij en na herhaaldelijk onvoldoende lading. Een variant hierop is de gecombineerde HF/druppellader. Deze levert slechts een zeer kleine (pulserende) laadstroom van ongeveer 0,1 A per 100 Ah batterijcapaciteit bij een voltage net onder de gasspanning. Deze lader kan vrijwel continu aangesloten blijven, hiermee blijft de batterij in topconditie.
 

Blindstroom

Bij snelladen wordt de batterij met een veelvoud van de gebruikelijke laadstroom geladen (factor 3 tot 5). Kans op overlading is hierbij erg groot, dus de lader moet in staat zijn op tijd zelfstandig op een kleinere stroom van gemiddeld 5 ampere over te schakelen, zodra de gasspanning is bereikt (circa 2,4 V/cel). Deze methode wordt gebruikt om in een korte tijd tot een acceptabele ladingstoestand van de batterij te komen, maar wordt maar zelden toegepast. Als de lader geen voorziening heeft om zodra de gasspanning wordt bereikt een lagere stroom in te stellen, zal de batterij te warm worden. Dit beperkt de levensduur. De ogenschijnlijk meest cryptische term rond laadtechniek is blindstroom. Dit noemt men in vakjargon ook wel de cosinus phi of arbeidsfactor. Een wisselstroom ijlt altijd na op de spanning. Hoe groter dit naijleffect (de cosinus phi) is, hoe groter de warmteontwikkeling in de kabels van het stroomnet. Ook veroorzaakt de cosinus phi netvervuiling in de vorm van storing (bij de buurman) op het net. Ieder electrische apparaat dat is aangesloten op het stroomnet, heeft een bepaalde arbeidsfactor. Een hoge arbeidsfactor betekent minder warmteontwikkeling en lagere installatiekosten. Dit houdt in dat de meterkast eenvoudiger en met dunnere kabels en lager af te zekeren kan worden uitgevoerd. Dit laatste is vooral belangrijk te weten bij nieuwbouwplannen en/of uitbreiding van het distributiecentrum of magazijn.
 

Laadkarakteristiek

De diverse ladermerken en typen hebben, afhankelijk van hun constructie, verschillende laadkarakteristieken. Grofweg onderscheiden we 50 Hz laders met een constante laadspanning en variabele stroom en 50 Hz laders met constante stroom en variabele spanning. Het afgegeven vermogen (P) uitgedrukt in Watt - het product tussen stroom (I) en spanning (U) - blijft daarbij gelijk. De laadkarakteristieken worden aangeduid met diverse lettercombinaties, waaronder: W, Wa, WoWa, WU en IUI-karakteristiek. HF-laders passen de laadkarakteristiek met een microprocessor aan aan de behoefte van de batterij. Eenvoudige HF-laders laden volgens een IUIa-laadkarakteristiek; geavanceerdere laders met een onderhoudslading doen dit volgens een IUIoU-laadkarakteristiek.
 

Betekenis van de symbolen

W = weerstandgerelateerde vermogenskarakteristiek, d.w.z. de laadstroom daalt naarmate de spanning stijgt.
U constante laadspanning.
I = constante laadstroom.
a = automatische uitschakeling.
o = automatische omschakeling naar een ander deel van de karakteristiek (trap).