Absorption laadfase LFP accu

De absorption laadfase is tweede, afrondende laadfase die volgt na de bulkfase. Hij zorgt dat de LFP accu op een rustige manier geheel tot 100% geladen wordt.

Introductie

Het laden van een een LFP accu geschiedt in twee, soms drie fases. De eerste is de bulkfase, daarna komt de absorptie fase en wordt gevolgd door een optionele floatfase.

De absorptiefase is een noodzakelijk onderdeel bij het laden van een LFP accu. In de bulkfase wordt de accu weliswaar vrijwel volgeladen, maar door de gebruikte laadtechniek kan in de bulkfase de accu nooit volledig geladen worden en blijft deze net voor de eindstreep steken. In de absorptiefase, die de accu op een andere manier laad dan tijdens de bulkfase, wordt de accu wel tot 100% geladen en zal ook de SoC meter gereset worden naar 100%. Doordat een andere laadtechniek wordt gebruikt, duurt de absorptiefase relatief lang in relatie tot de kleine hoeveelheid lading die nog aan de accu wordt toegevoegd.

De absorptiefase is niet alleen nodig om de accu het laatste zetje te geven en helemaal vol te laden, maar deze tijd wordt ook gebruikt voor het balanceren van de accu. Tevens zal de SoC meter, die altijd een afwijking heeft, aan het eind van de absorptiefase gereset worden naar 100%.

Waarom een absorptiefase?

Tijdens de bulkfase wordt de accu geladen met een bepaalde stroom. Doordat de lading in de accu toeneemt zal dáárdoor de accuspanning stijgen. Op een gegeven bereikt die spanning een waarde die we de absorption voltage of absorptiespanning noemen. Die absorptiespanning is in de lader instelbaar en 3,45 Volt^[1] per cel is een gangbare waarde.

Zodra die grenswaarde is bereikt, wordt de bulkfase beëindigd. Het doel van de bulkfase is om te zorgen dat de accu volgeladen wordt, maar dat is technisch niet mogelijk. Aan het eind van de bulkfase is de accu dus nog niet helemaal gevuld.

Hoe ver de accu geladen is blijkt af te hangen van de sterkte van de laadstroom. Was de laadstroom relatief groot, dan is de accu op het eind van de bulkfase minder vol geladen dan dat een kleinere laadstroom gebruikt werd.

De reden dat de LFP accu aan het eind van de bulkfase nog net niet helemaal vol zit is te verklaren door het LOP effect. Dat zullen we, zij het in dit artikel beknopt, uitleggen.

Doordat een laadstroom door de accu vloeit zal door het LOP effect de accuspanning hoger zijn dan je zou verwachten, bijvoorbeeld 50 mV hoger dan hij eigenlijk zou moeten zijn. Zou je namelijk even stoppen met laden, dan zal na enige tijd, die extra spanning vanwege het LOP effect, verdwijnen. Dus is de accuspanning gedaald naar het nivo dat "hoort" bij zijn SoC.

Het gevolg is dat tijdens de bulkfase de absorptiespanning eerder bereikt wordt dan gewenst. Bij die absorptiespanning zou de accu vrijwel vol moeten zitten, maar dat is dus, vanwege voornamelijk het LOP effect, dus niet het geval. Dit LOP effect is sterker bij een hoge(re) laadstroom in vergelijking met een lage(re) laadstroom.

Daarom, door dit LOP effect, wordt de absorptiespanning bij een sterke laadstroom eerder bereikt in vergelijking met een lage(re) laadstroom. Daardoor heeft de accu minder lading gekregen bij een hogere laadstroom dan bij een lagere laadstroom.

Goed, aan het eind van de bulkfase zitten we dus met een accu die nog niet helemaal voor 100% gevuld is. En daar komt de reddende engel, de absorptie fase.

Tijdens de bulkfase was de laadstroom relatief groot én hij was constant. De bulkfase wordt ook wel de "constant current" fase genoemd. Tijdens de bulkfase is de stroom constant maar loopt de laadspanning al maar op (om te zorgen dat de laadstroom contant gehouden wordt) en dit gaat zo door tot de laadspanning de absorptiespanning heeft bereikt.

In de absorptiefase gebeurd precies het omgekeerde. Deze fase wordt ook wel de "constant voltage" fase genoemd. In de absorptie fase wordt laadspanning constant gehouden en als gevolg daarvan zal de laadstroom langzaam dalen.

Die daling is verklaarbaar omdat door het toenemen van de lading in de accu, de accuspanning stijgt. Omdat de laadspanning constant is, zal het spanningsverschil tussen de accuspanning en de laadspanning steeds kleiner worden en als gevolg daarvan (wet van Ohm) zal de stroom navenant afnemen.

Doordat de laadstroom steeds kleiner wordt, zal ook het LOP effect steeds geringer worden. Daardoor wordt het eerder beschreven verstorende effect op het spanningsverschil tussen de accuspanning en de laadspanning steeds geringer.

Een LFP cel die "in rust" is een een SoC heeft van 100% zal een openklemspanning hebben van circa 3,35 Volt. Dus dát is de spanning als de accucel vol zit. Dat de accucel tijdens de absorption fase met een hogere spanning dan die 3,35 Volt geladen wordt, is om het ohmse spanningsverschil van de interne weerstand én het LOP effect te compenseren. Daarom wordt in de absorption fase meestal een spanning gebruikt van 3,45 Volt^[1].

Maar bij een dalende laadstroom (tijdens de absorptiefase) zal het spanningsverlies vanwege de ohmse interne weerstand én het LOP effect steeds minder worden en als we niet oppassen dan zijn we de accu aan het overladen.

Daarom specificeren de fabrikanten van LFP accucellen hoe je de absorptiefase moet afsluiten. Gebruikelijk is dat de absorptiefase gestopt wordt zodra de stroom gedaald is tot 0,05C^[2]. Even als voorbeeld, bij een 300 Ah accu is dit een stoom van 300 x 0,05 = 15 Ampère.

De dalende laadstroom tijdens de absorptiefase wordt wel de tailcurrent genoemd, of in het Nederlands, de staartstroom. Bij een "normale" lader (lader in een doosje met een 230 Volt steker er aan) zal deze de absorptiefase stoppen bij een tailcurrent van 0,05C. Dan beschouwen we de accu als vol.

Maar als je de accu laad op basis van zonne-energie, dan kan een wolk die voor de zon schuift zorgen dat de laadstroom even tijdelijk daalt en onder die 0,05C komt. Dan denkt de lader, mooi, we zijn klaar met de absorptiefase, we sluiten de tent en gaan naar huis.

Maar de accu is nog niet tot 100% geladen. Daarom hebben laders vaak de mogelijkheid om de staartstroom niet (alleen) in te stellen op een bepaalde C-waarde, maar kan ook gekozen worden voor een bepaalde absorptietijd. Een uur is dan een gebruikelijke waarde.

Een slimme lader zal zelfs gebruik maken van een dynamische absorptietijd. De lader zal bij een hogere bulklaadstroom de absorptietijd verlengen, en bij een lagere bulklaadstroom de absorptietijd verkorten. Slim, want de accu is bij een hogere laadstroom minder geladen dan bij een lagere laadstroom. Hiermee wordt overladen tijdens de absorptietijd voorkomen.

Verder lezen

Na deze absorption fase heeft de accu een SoC van 100%. Veel laders starten daarna de floatfase. Maar welke taak moet de float-laadfase uitvoeren als de accu al geheel geladen is? Lees hier meer over in het artikel over de floatfase.