Natuurkunde Begeleider

Namen:
Gijs van de Sandt en Hessel Koot
Vak:
Natuurkunde
Begeleider: T. Nas
Datum:
03-2015
1. Voorwoord
2. Websitebronnen
3. Boeken en tijdschriften
4. Bijlage
4.1 Kampioen
Blz. 3
Blz. 4 t/m 66
Blz. 67
Blz. 68
Blz. 2
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
In dit bronnenboek zullen wij alle bronnen benoemen die wij hebben gebruikt voor ons
profielwerkstuk 'De elektrische skelter'. Alle tekst hebben wij geïnformeerd alvorens wij het verslag
hebben gemaakt zodat we de bronnen goed konden gebruiken. De bronnen staan geordend op eerst
getypte letter van de bronnotatie en we hebben een onderscheid gemaakt tussen de
websitebronnen en de boeken en tijdschriften.
Blz. 3
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
50 Hz Laders
Met conventionele laders worden alle 50 Hz laders bedoeld, ook wel aangeduid als lineaire of
transformatorladers. Zij transformeren de hoge netspanning met behulp van een transformator aan de
primaire zijde omlaag naar een lagere wisselstroomspanning aan de secundaire zijde. Zulke
transformatoren zijn relatief zwaar door de grote ijzerkern die nodig is voor de frequentie van het
lichtnet (50 Hz) Vervolgens wordt de 50 Hz wisselstroom met diodes gelijkgericht naar gelijkstroom om
de accu mee te laden. Dit is geen zuivere gelijkstroom en spanning, maar deze pulseert enigszins omdat
netspanningsfluctuaties aan de primaire zijde van de transformator overeenkomstige schommelingen
veroorzaken aan de secundaire kant. Dit wordt rimpelspanning genoemd en veroorzaakt het brommende
geluid in de lader en de batterij. Met name VRLA accu's zijn erg gevoelig voor rimpelspanning zodat op
termijn de levensduur ernstig kan worden bedreigd.
Het rendement van een convertionele lader ligt rond de 75% - met andere woorden: er gaat een kwart
meer elektrische energie naar de primaire zijde van de lader, dan er aan de secundaire zijde uitkomt.
Hoogfrequentladers
Bij een hoogfrequentlader wordt de wisselspanning direct gelijkgericht, waarna een elektronische
schakeling (chopper) deze gelijkspanning omzet in wisselspanning met een veel hogere frequentie dan
die van het lichtnet. Deze wordt door een lichte hoogfrequent-transformator met ferrietkern omgezet in
de een mooie vlakke spanning zonder rimpel. Netspanningsfluctuaties hebben op die manier geen
invloed op de uitgangsspanning. Daardoor is een HF-lader geschikt voor alle types loodzwavelzuuraccu’s:
lood-antimoon, hybride, CaCa, AGM en Gel.
Het rendement van een hoogfrequentlader is met meer dan 90% belangrijk hoger dan van een lineaire
lader. Ook het gewicht verschilt sterk. Door het ontbreken van een zware transformator en het gebruik
van kleine elektronische componenten is het volume en gewicht van de HF-lader vier tot vijf maal kleiner
dan een vergelijkbare 50Hz lader.
Microprocessorgestuurde meertrapsladers
Een laadspanning van 13.8V is voldoende om onder normale omstandigheden een loodzwavelzuuraccu te
laden zonder deze te oveladen en dat is precies wat er in een eenvoudige lader gebeurt. Helaas zal de
accu dan slechts voor 75% geladen worden.
Microprocessorgestuurde meertrapsladers daarentegen zijn in staat om middels een nauwkeurige
dosering van laadspanning en laadstroom in een aantal stappen tot een volledig geladen accu te
geraken. Als dat bijvoorbeeld in drie stappen gebeurt spreken we van een drietrapslader. Soms wordt er
door de microprocessor niet alleen rekening gehouden met stroom en spanning, maar ook met de
temperatuur van de accu. Met name voor gelaccu's, die extreem gevoelig zijn voor de combinatie
laadspanning en temperatuur, is temperatuurgecompenseerd laden van levensbelang!
Blz. 4
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
VMF hoogfrequentladers doorlopen maar liefst acht stappen om de accu correct en volledig te laden en in
goede conditie te houden.
1)
Testen
De accu wordt getest op conditie en ladingstoestand.
2)
Soft charge
Wanneer de accu zo diep ontladen is dat deze geen normale laadspanning
accepteert wordt eerst met een zeer kleine laadstroom geladen.
3)
Desulfatering
Wordt toegepast wanneer de accu langere tijd niet is gebruikt en daardoor is
gesulfateerd.
4)
Bulk lading
De accu wordt met een constante stroom geladen tot circa 85% van de
volledige capaciteit.
5) Absorptielading
De accu wordt met een constante spanning geladen tot circa 98% van de
volledige capaciteit.
6)
Nalading
Een met 0,4V verhoogde laadspanning tot circa 100% van de volledige
capaciteit is bereikt.
7)
Testen
De accu wordt getest op het vasthouden van lading.
8) Onderhoudslading
De lader meet doorlopend de spanning en begint met laden zodra de spanning
lager wordt dan 12,6V.
Accuwarenhuis (2014). Accu’s opladen. Geraadpleegd op 13 februari 2015,
http://www.accuwarenhuis.nl/content/16-acculader-techniek
Blz. 5
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Gelijkspanning
Bij het meten van gelijkstroomvermogen moeten zowel de spannings- als stroommeter in
het DC bereik staan. De meters meten dan de gemiddelde waarde. Het vermogen kan
berekend worden volgens:
equ. 2
Zuivere gelijkspanning
Als gemeten wordt aan een zuivere gelijkspanning en stroom zijn er geen problemen te
verwachten. De gemeten gemiddelde waarden van de spanning en stroom kunnen
eenvoudig vermenigvuldigd worden om het gemiddelde vermogen te bekomen.
De spanning en stroom in figuur 2 zijn zuiver van vorm en bevatten geen rimpel of ruis.
In dit voorbeeld is de spanning 13 V en de stroom is 7 A. Het vermogen is dan:
13 V·7 A = 91 W.
Alferink, F. (2007). Meten van vermogen. Geraadpleegd op 17 februari 2015,
http://meettechniek.info/basis/vermogen.html
Blz. 6
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Hoe werkt een accu?
Eén van de belangrijkste toepassingen van elektrochemische cellen is als stroombron. In principe kan iedere
elektrochemische cel dienst doen als stroombron. Een voorbeeld is de loodaccu.
De accu, die vooral bekend is uit auto's is opgebouwd uit zes cellen die in serie zijn geschakeld. Per cel zijn er
twee loodplaten waarvan er één bedekt is met lood(IV)oxide. De loodplaat werkt als reductor en zorgt voor de
vorming van de negatieve pool. Het lood(IV)oxide werkt als oxidator en zorgt voor de vorming van de positieve
pool. De accu is gevuld met een oplossing van verdund zwavelzuur die dienst doet als elektrolyt.
De halfreacties die hier optreden zijn:
voor de halfcel met de reductor geldt:
Pb (s)+SO42− (aq)
PbSO4 (s)+2 e−
voor de halfcel met de oxidator geldt:
PbO2 (s)+SO42− (aq)+4 H++2 e−
PbSO4 (s)+2 H2O (l)
Na verloop van tijd zal de accu zijn uitgeput. De loodplaten zijn dan geheel bedekt met lood(II)sulfaat. Het is
mogelijk om een loodaccu weer op te laden. Dit doet men door middel van elektrolyse. Als beide polen van een
accu worden verbonden met de overeenkomstige polen van een externe spanningsbron dan zullen beide
halfreacties in omgekeerde richting gaan verlopen. De accu wordt op die manier weer opgeladen.
Aljevragen.nl (2015). Hoe werkt een accu?. Geraadpleegd op 2 februari 2015,
http://www.aljevragen.nl/sk/redox/RED012.html
Blz. 7
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Lineaire acculader
Met conventionele laders worden alle 50 Hz laders bedoeld, ook wel aangeduid als lineaire of
transformatorladers. Zij transformeren de hoge netspanning met behulp van een transformator aan de primaire
zijde omlaag naar een lagere wisselstroomspanning aan de secundaire zijde. Zulke transformatoren zijn relatief
zwaar door de grote ijzerkern die nodig is voor de frequentie van het lichtnet (50 Hz) Vervolgens wordt de 50 Hz
wisselstroom met diodes gelijkgericht naar gelijkstroom om de accu mee te laden. Dit is geen zuivere gelijkstroom
en spanning, maar deze pulseert enigszins omdat netspanningsfluctuaties aan de primaire zijde van de
transformator overeenkomstige schommelingen veroorzaken aan de secundaire kant. Dit wordt rimpelspanning
genoemd en veroorzaakt het brommende geluid in de lader en de batterij. Met name VRLA accu's zijn erg
gevoelig voor rimpelspanning zodat op termijn de levensduur ernstig kan worden bedreigd.
Het rendement van een convertionele lader ligt rond de 75% - Met andere woorden: er gaat een kwart meer
elektrische energie naar de primaire zijde van de lader, dan er aan de secundaire zijde uitkomt.
Hoogfrequentlader / hoogfrequent acculader
Bij een hoogfrequentlader wordt de wisselspanning direct gelijkgericht, waarna een elektronische schakeling
(chopper) deze gelijkspanning omzet in wisselspanning met een veel hogere frequentie dan die van het lichtnet.
Deze wordt door een lichte hoogfrequent-transformator met ferrietkern omgezet in de een mooie vlakke spanning
zonder rimpel. Netspanningsfluctuaties hebben op die manier geen invloed op de uitgangsspanning. Daardoor is
een HF-lader geschikt voor alle types loodzwavelzuuraccu’s: lood-antimoon, hybride, CaCa, AGM en Gel.
Het rendement van een hoogfrequentlader is met meer dan 90% belangrijk hoger dan van een lineaire lader. Ook
het gewicht verschilt sterk. Door het ontbreken van een zware transformator en het gebruik van kleine
elektronische componenten is het volume en gewicht van de HF-lader vier tot vijf maal kleiner dan een
vergelijkbare 50Hz lader.
Microprocessorgestuurde meertraps acculaders
Een laadspanning van 13.8V is voldoende om onder normale omstandigheden een loodzwavelzuuraccu te laden
zonder deze te oveladen en dat is precies wat er in een eenvoudige lader gebeurt. Helaas zal de accu dan
slechts voor 75% geladen worden. Microprocessorgestuurde meertrapsladers daarentegen zijn in staat om
middels een nauwkeurige dosering van laadspanning en laadstroom in een aantal stappen tot een volledig
geladen accu te geraken. Als dat bijvoorbeeld in drie stappen gebeurt spreken we van een drietrapslader. Soms
wordt er door de microprocessor niet alleen rekening gehouden met stroom en spanning, maar ook met de
temperatuur van de accu. Met name voor gelaccu's, die extreem gevoelig zijn voor de combinatie laadspanning
en temperatuur, is temperatuurgecompenseerd laden van levensbelang! VMF hoogfrequentladers doorlopen
maar liefst acht stappen om de accu correct en volledig te laden en in goede conditie te houden:
Testen: de accu wordt getest op conditie en ladingstoestand
Soft charge: wanneer de accu zo diep ontladen is dat deze geen normale laadspanning accepteert wordt eerst
met een zeer kleine laadstroom geladen.
Desulfatering: wordt toegepast wanneer de accu langere tijd niet is gebruikt en daardoor is gesulfateerd.
Bulklading: de accu wordt met een constante stroom geladen tot circa 85% van de volledige capaciteit.
Absorptielading: de accu wordt met een constante spanning geladen tot circa 98% van de volledige capaciteit.
Nalading: Een met 0.4V verhoogde laadspanning tot circa 100% van de volledige capaciteit is bereikt.
Testen: de accu wordt getest op het vasthouden van lading.
Onderhoudslading: de lader meet doorlopend de spanning en begint met laden zodra de spanning lager wordt
dan 12,6V resp. 25,2V
Blz. 8
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Laadstroom / capaciteit - amperage acculader berekenen
De juiste laadstroom kan eenvoudig berekend worden door een bepaald percentage van de accucapaciteit te
nemen. Welk percentage is afhankelijk van de toepassing, accutype en bij een 'on board' toepassing van het
aantal gebruikers dat er aan staat tijdens het laden. Onderstaand staan elke voorbeelden:
- Startaccu :
10% van de accucapaciteit
- Accu die cyclisch gebruikt wordt:
16% van de accucapaciteit
- On board situatie:
20% van de accucapaciteit.
Hoe lang duurt het laden van een accu met een acculader - berekenen laadtijd van een accu
De tijd die een acculader nodig heeft hangt af van een aantal factoren: accucapaciteit, laadstroom, hoe diep de
accu ontladen, kwaliteit van de accu en of er nog verbruikers aanwezig zijn tijdens het laadproces. Globaal kan
men de laadtijd berekenen (bij een geheel ontladen accu)door de accucapaciteit te delen door de laadstroom en
daar 4 uur bij te tellen. Deze 4 uur is de zogenaamde nalaadfase. Bijvoorbeeld een geheel ontladen accu van
150Ah wordt met een lader van 25Amp. geladen: 150/25= 6 + 4 = 10 uur. Hierbij is geen rekening gehouden met
eventuele verbruikers. Als in deze situatie nog een verbruik op de accu was van 10 Amp. dan was van de 25Amp.
laadstroom 10Amp. naar de verbruikers gegaan en blijft er 15Amp. laadstroom over om de accu te laden.
Vandaar dan in zo'n situatie (on board gebruik) wordt geadviseerd om een grotere laadstroom te nemen.
Ampèrewinkel (2013). Uitleg acculader & diverse acculader-types. Geraadpleegd op
5 februari 2015,
http://www.amperewinkel.nl/uitleg-acculaders
Blz. 9
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Tech Info - Small Vehicle Drive Motors
Blz. 10
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
In the vehicle and flight sim projects shown on the site I've
generally found the use of DC permanent magnet motors to be
least expensive and most satisfactory option – these are not
the only type of DC motor that can be used in small karts and
EV's but generally they are easy for the DIY-er to get a hold of,
are relatively efficient, physically compact and many can be
used for reversing and dynamic braking applications.
I've tried a range of types from DC hydraulic pump motors to
wheel chair motors but have settled now mainly on imported
Chinese built DC PM motors intended for electric scooter and
trike spares. Besides being designed for traction duty on small
vehicles these motors are considerably less expensive than
similar powered European or US built motors. Some of the
smaller 250W units can be picked up on Ebay for a few
pounds/dollars - which considerably reduces anxieties about accidental overloads causing them to
burn out.
They are relatively efficient (75 - 85%), especially some of the
larger power units, they can be driven in both forward and
reverse at variable speeds and come with a radial load bearing
output shaft and usually with a roller chain drive sprocket ready
to be mounted on your transmission. This is an attractive
package for the DIY vehicle builder. For the designer it is also
possible to obtain technical performance data for the motors
directly from the manufacturer's web site - try here (connection
to this site can be unreliable), or here as an alternative
supplier for some models. Powers available range from 250W up
to 1200W per motor for 24V, 36V and even 48V DC supplies.
Most of the motors I've used from this range have rated speeds
between 2500 and 3000 rpm and as such are not suitable for
direct connection on to drive wheels - this has to be done with at
least one (possibly two) speed reduction stage(s) to bring the
speed down and the torque up to that required at the wheel.
However a number of these motors are available with built-on gearheads and these versions are
an attractive alternative to a DIY speed reduction build.
Mounting method depends on the motor, as you can see some have mounting feet attached, the
larger motors (above right) can be front or rear face mounted or conveniently can be secured to a
support using large diameter hose (jubilee)
clips, see left. This by far is the easiest way to
secure them - check out the plumbing/central
heating section at your local DIY store for large
hose clips.
It is worth mentioning that all these motors will
generate heat as a natural by-product of their
operation and will heat up in use, especially
when run hard. Surface temperatures can
easily become too hot to touch comfortably
and care should be taken. In particular they
should be mounted where a cooling flow or air
can be provided - it is best not to fully enclose
them although it is wise to provide some form
of weather protection for types with end face
ventilation holes.
Blz. 11
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
The motors shown are from the MY1016 and MY1020 families of electric motors made by Unite
Motor Co. in China and widely imported for electric scooter and trike spares. Check the suppliers
page for some sources of these motors.
Electric motors with integral gear heads are also available and
can simplify the transmission design in some projects. On the
DIY motion Cockpits I've used 24V 200W Unite motors with
worm gear boxes to provide some degree of load-holding when
the power is removed. These give a compact high speed
reduction design that can be very useful. Motors with worm
gearing can have fairly large reduction ratios and generally the
bigger the reduction the more the tendency for the gearbox to
resist back driving from its output shaft. In vehicle applications this can be a problem if you are
looking for the motors and electrical drive to give smooth braking response. Other gear head
motors will use other gear types, eg single or double straight spur gear reductions and these will
tend to have a lesser speed reduction but are more capable of being back driven and may be a
better choice for dynamic/regenerative braking in electric vehicles.
Build for fun (2011). Tech Info - Small Vehicle Drive Motors. Geraadpleegd op 12
februari 2015,
http://buggies.builtforfun.co.uk/FactFiles/motors.html
Blz. 12
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Ledlover
Gepost dinsdag 30 maart 2010 18:35:52
Zoek eerst eens uit wat je allemaal nodig hebt voor de stroomvoorziening.
Met 1 kW kom je denk ik al een heel eind.
Low budget testoplossing: autoaccu en startmotor met een paar dikke lampen als
tractieweerstanden (zodat je niet een enorme piekstroom trekt bij het wegrijden)
Goede oplossing: lithium accu's en een fatsoenlijke PWM sturing.
Roland van Leusden
Gepost dinsdag 30 maart 2010 22:09:11
Tussen een benzine motor en de aandrijving heb je ook nog een koppeling met vrijloop nodig, dat
heb je bij een elektrische motor niet nodig.
Bij een elektrische motor heb je wel weer stevige relais of halfgeleiders nodig. Ook de accu's kosten
fors meer, maar het opladen is goedkoper dan benzine.
Ik had zelf eerder een motor van een brommer/scooter gekocht, dan heb je gelijk het hele
koppeling mechaniek erbij.
DennisPochenk
Gepost woensdag 31 maart 2010 00:56:10
1kW is wat veel lijkt mij als je maar 25 km/h wil maken..
Ik heb vroeger meerdere Sinclair's gehad en die dragen elk een 40A Traktie accu en hebben een 250
watt motor @ 12 Volt..
Die Sinclair heeft wat meer plastic dan ijzer en 3 wielen ipv 4 en stuurt dus oa veel lichter en zo
hou je ook meer torsie over achter de bocht..
Mijn persoonlijk record met de Sinclair is 32 km/h..
Wie weet kun je wat met deze tips..
Gewicht is een grote rol als het om snelheid en verbruik gaat
Circuits-online (2014). Go Kart gemaakt, motor kopen. Geraadpleegd op 10 juli 2014,
http://www.circuitsonline.net/forum/view/83188
Blz. 13
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Van batterij tot eerste accu
Batterijen hebben een lange geschiedenis. We moeten meer dan 200 jaar terug in de tijd voor de
eerste natuurkundige experimenten die aantoonden dat er stroom kan ontstaan als je twee
verschillende soorten metaal (elektroden) via een medium met elkaar in verbinding brengt. Zoals vaak
was de aanleiding voor deze ontdekking een toevallige gebeurtenis. Het viel de Italiaanse
natuurkundige Luigi Galvani (1737-1798) op dat kikkerpoten stuiptrekkingen vertoonden, zodra ze met
verschillende metalen tegelijk in aanraking kwamen. Hij trok daaruit de conclusie dat er een
samenhang bestond tussen spierfuncties en wat hij noemde 'bio-elektriciteit' – en dat er een
elektrische stroom kan ontstaan als je twee soorten metaal (de elektroden) via een medium met elkaar
in contact brengt. Een plaatje koper verbonden met een plaatje zink noemt men nu nog steeds een
'galvanische cel'.
In 1780 bouwde Alessandro Conte di Volta (1745-1827) na veel experimenteren met verschillende
materialen de eerste eenvoudige batterij. Ook hij legde koper en zinkschijven afwisselend op elkaar,
maar gescheiden door een in een zoutoplossing gedrenkt stuk vilt (dat de huid van de kikker moest
nabootsen). Deze Volta-zuil leverde stroom zodra de schijven via een draadje met elkaar werden
verbonden.
Het duurde tot 1859, voordat de Franse natuurkundige Gaston Planté de (lood)accu uitvond. Deze
uitvoering van een oplaadbare galvanische cel is tegenwoordig nog steeds het meest gebruikte type
zware accu. Hij bestaat (in geladen toestand) uit een aantal in serie geschakelde cellen met
elektroden van resp. lood en loodoxide, waartussen zich een oplossing bevindt (of zoals bij de
tegenwoordige onderhoudsvrije accu's een gel), die voor een groot deel bestaat uit zwavelzuur. Als de
accu leeg is, is het materiaal van beide elektroden veranderd in loodsulfaat en is de
zwavelzuuroplossing geheel in water veranderd. De loodaccu is dus een 'natte' energiebron. Moderne
batterijen en de nieuwere generaties accu's, waarvan de lithium-ion-accu momenteel de meest
geavanceerde is, werken op basis van 'droge' chemische processen.
Exxonmobil (2008). Van batterij tot eerste accu. Geraadpleegd op 27 februari 2015,
http://www.exxonmobil.nl/BeneluxDutch/Newsroom/Publications/200807_ReflexHTM_NL/vanbatterijtoteersteaccu.ht
m
Blz. 14
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Asynchrone motor
Driefasig (inductiemotor, draaistroommotor)
De stator van een draaistroommotor bestaat uit minimaal drie identieke spoelgroepen. Elke
spoelgroep bevat de spoelen van bij elkaar horende polen. De spoelgroepen, ook wel
fasewikkelingen genoemd, worden voorzien van dezelfde wisselspanning, maar met faseverschillen
van 120 graden. Bij een tweepolige motor, d.w.z. één paar polen per spoelgroep, maken de
overeenkomende polen in de drie spoelgroepen hoeken van 120 graden met elkaar. Bij een 4-polige
motor zijn er twee paar polen per spoelgroep. De hoek tussen de overeenkomende polen is dan 60
graden. Door het faseverschil tussen de spoelgroepen bereiken de polenparen na elkaar hun
maximale magnetische veld. Daardoor ontstaat er een draaiend magnetisch veld, draaiveld
genoemd. Fasewikkelingen kunnen in ster of in driehoek worden aangesloten. Bij de sterschakeling
zijn de 3 fasewikkelingen op één punt (het sterpunt) aan elkaar gekoppeld. Kijkend vanuit 2 fasen van
het voedende net staan er in feite 2 wikkelingen in serie. Dit betekent dat de spanning per wikkeling
lager is dan de spanning tussen 2 fasen van het voedende net. Bij de driehoekschakeling staat iedere
fasewikkeling tussen 2 fasen van de aangesloten draaistroom wisselspanning. Dan wordt dus per
wikkeling wel de volledige fasespanning aangelegd. Het verschil in deze aansluitmogelijkheid kan
worden benut bij het aanlopen van een asynchrone draaistroom motor. Bij de sterdriehoekschakeling worden bij het aanlopen allereerst de wikkelingen in ster geschakeld en na enige
tijd in driehoek. Door de aanvankelijke serieschakeling zal de aanloopstroom van de motor
aanzienlijk worden gereduceerd. Deze omschakeling kan handmatig worden gedaan of door middel
van een sterdriehoekautomaat.
Het draaiende gedeelte (de rotor of het anker in het geval van de asynchrone kooirotormotor),
bestaat uit een kooi van grote staven die aan de uiteinden zijn kortgesloten door een grote ring.
(vandaar kortsluitankermotoren). De ruimte tussen de kooi is opgevuld met een weekijzerpakket. In
de staven lopen zeer grote stromen die tegen het statorveld in een tegenveld opwekken waardoor
de rotor gaat draaien. De rotor probeert dit draaiveld te volgen (volgens de wet van Lenz probeert de
rotor het draaiveld te ontwijken door mee te draaien in de richting van dit draaiveld). In tegenstelling
tot de synchrone motor, blijft de draaisnelheid van de rotor achter bij die van de stator. Daarom
spreekt men hier van een asynchrone motor, asynchrone=niet synchroon. Het verschil in
draaisnelheid tussen de rotor en de stator wordt de slip genoemd. Een asynchrone motor kan niet
werken zonder slip. Het is namelijk de slip die de rotorfrequentie bepaalt. Zonder slip is de
rotorfrequentie nul. De rotorfrequentie is de draaiveldfrequentie minus het rotortoerental. Er moet
stroom (en daarmee veld) worden opgewekt in de rotor om een veld op te wekken tegenwerkend
ten opzichte van het statorveld, anders kan de asynchrone motor niet draaien. Bij het aanzetten van
de asynchronemotor is de rotorfrequentie maximaal.
synchrone motor
Driefasig (inductiemotor, draaistroommotor)
De rotor van de synchrone draaistroommotor draait in tegenstelling tot de asynchrone
draaistroommotor synchroon met het opgewekte draaiveld in de stator. De synchrone motor wordt
het vaakst gebruikt als generator in het stroomnet. De overgang van generator- naar motorbedrijf
kan plaatsvinden zonder dat men daar uitwendig veel van zal merken. Elektrische wisselstroom in
energiecentrales wordt bijna altijd opgewekt d.m.v. synchrone draaistroomgeneratoren die
aangedreven worden door o.a. stoomturbines, gasturbines, dieselmotoren of waterturbines.
Blz. 15
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Groot nadeel van een synchrone motor is dat deze niet zelf aanloopt. Hij moet voor inschakelen op
het juiste toerental worden gebracht. Daarom worden driefasige synchrone motoren vooral
toegepast bij grote vermogens en dan met name voor het aandrijven van continu lopende machines,
zoals pompen en compressoren.
Wordt een synchrone motor overbelast dan zal de rotor uit de pas raken en uiteindelijk stil gaan
vallen. Met een van de onderstaande mogelijkheden kan men een synchrone motor toch laten
aanlopen:
• Het aanbrengen van een kooianker in de rotor. Door de geïnduceerde stromen zal de motor als een
asynchrone draaistroommotor aanlopen. Als de motor nagenoeg synchroon loopt, kan de motor in
de pas worden getrokken door de bekrachtigingsspoel met gelijkstroom te voeden. Loopt de motor
eenmaal synchroon dan heeft de kooianker geen invloed meer omdat de slip nul is.
• Een moderne mogelijkheid is het toepassen van vermogenselektronica, en wel in de vorm van een
cycloconverter. Hiermee kan de frequentie opgeregeld worden van bijvoorbeeld 0Hz tot 50Hz.
Enkelfasig
Bij de éénfase-synchroonmotor wordt, net als bij de synchrone draaistroommotor, het toerental
bepaald door de frequentie van het wisselstroomnet en is onafhankelijk van de belasting. Net als bij
de éénfase-inductiemotor heeft deze motor maar één spoel die een éénfasenet wordt aangesloten.
Bij de éénfase-synchroonmotor bestaat de rotor uit een schijfje van weekijzer, die net als de stator
van uitspringende tanden is voorzien. Wanneer het spoeltje van een wisselspanning wordt voorzien,
zal deze een wisselend magnetisch veld leveren die de tanden van de rotor in een bepaalde richting
magnetiseert.
Wanneer de rotor zo snel ronddraait dat bij de nuldoorgang van de stroom de tanden van de rotor
tegenover de tandholtjes van de poolschoenen komen, dan worden bij de volgende halve periode de
tanden van de rotor en stator in de draairichting naar elkaar toe getrokken. De rotor zal met een
constante snelheid door blijven draaien, waarbij hij per periode steeds twee tanden opschuift.
Eénfase-synchroonmotoren worden voor kleine vermogens gebruikt daar waar een constant
toerental is vereist, zoals uurwerken, schakelklokken, platenspelers, meetinstrumenten en in de
regeltechniek
Ffxs (2014). Wisselstroommotoren. Geraadpleegd op 17 februari 2015,
http://www.ffxs.nl/DIY-elektro/cursussen/15wisselstroommotoren.pdf
Blz. 16
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Hoe groot moet die accu (in Ah) dan wel zijn, dat zal uw volgende vraag zijn
Dat kunt u zelf goed berekenen aan de hand van het volgende voorbeeld:
2 Lampjes van 10 Watt verbruiken 2 x 10 Watt Het stroom verbruik is 20 Watt : 12 Volt = 1,6 Ampère. Na 3
uur is er 3 x 1,6 Ah = 4,8 Ah verbruikt.
2 Uur tv kijken met een toestel van 50 Watt is 2 x 50 Watt is 100 Watt : 12V = 8,3 Ah verbruikt.
Het is warm de kachelventilator draait 6 uur en verbruikt 10 Watt per uur 6 x 10 Watt = 60 Watt : 12 =5 Ah
verbruikt.
4,8 + 8,3 + 5 Ah = het totale dagverbruik 18 Ah.
Met een accu van 105 Ah zou u in theorie bijna 6 dagen u zelf kunnen voorzien van stroomconsumptie. Dus aan
de slag maak volgens het voorbeeld zelf een berekening. Tja en met een lichtpaneel op het dak van de caravan
bent u nergens meer afhankelijk van stroom.
Zie ook op HET ZONNEPANEEL en op ACCU AANSLUITSCHEMA’S
Maar wat betekent dat
105 Ah (Ampère per uur) geeft de capaciteit aan. Berekening daarvan vindt plaats aan de hand van een
capaciteitstest van 20 uur. Deze accu moet 105 : 20 = 5,25 Ampère kunnen leveren gedurende die 20 uur. Na
deze test blijft er een spanning van ongeveer 10,5 Volt (1,75 Volt per cel) over. Bij een lagere spanning werken
12 Volt apparaten niet of nauwelijks meer. Het is niet zo dat dezelfde accu ook gedurende 1 uur 105 Ampère kan
leveren.
Wat is de werking van een accu
Een accu bestaat uit cellen: In een 12 Volt accu zitten er 6. Deze cellen bevatten plusplaten (loodsuperoxide) en
minplaten (poreus lood) die hangen in Elektrolyt (een geleidend mengsel van zwavelzuur en gedestilleerd water).
Een chemische reactie zorgt voor de opwekking van spanning, ongeveer 2 Volt per cel.
Is zelfontlading te voorkomen
Zelfontlading is een normaal proces en is niet te voorkomen. Vervuild accuzuur, gemorste zuurresten en het te
vol gieten tijdens het bijvullen bespoedigen zelfontlading. Zelfs een vervuilde bovenzijde vormen, wanneer deze
van pool na pool gaat , een zwak geleidend pad voor elektriciteit. Ook al heeft u de accu log gekoppeld van het
12 Volt circuit. Het proces voltrekt zich langzaam circa 1 % per dag (bij een nieuwe accu gaat het wat
langzamer) Dat betekend dus dat na 50 dagen de volle accu 50% ontladen is en aan de lader zal moeten worden
gezet. Houd de accu dus schoon.
Zijn tractie accu’s beter dan gelaccu’s
Elektrolyt is gewoonlijk vloeibaar, maar zit als een dikke gelatinepudding in een gelaccu. Zowel een autoaccu
als een caravanaccu kunnen gevuld zijn met gel.
Voordelen van een gelaccu zijn: de hogere capaciteit gecombineerd met een langere levensduur en zelfontlading
vindt praktisch niet plaats. Zonder onderhoud komt de accu gemakkelijk de winter door. Nadeel de accu is een
stuk duurder en er is een speciale acculader voor nodig.
Ze zeggen dat een onderhoudsvrije accu geen onderhoud nodig heeft, klopt dat
Voorheen konden loodplaten van een accu worden vervangen. Maar nu zijn de accu’s zo gemaakt dat ze niet
meer open kunnen (onderhoudsvrij) en antimoon werd aan de loodplaten toegevoegd om de levensduur daarvan
te verlengen. Dat antimoon veroorzaakt wel meer waterverbruik. Dus de accu moet regelmatig gecontroleerd
worden op het elektrolytniveau, en zo nodig bijgevuld worden met gedistilleerd water.
Galen, A. van (z.d.). De Accu deel 1. Geraadpleegd op 19 februari 2015,
http://members.chello.nl/a.galen4/index_bestanden/Page1596.htm
Blz. 17
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
De werking van een accu
Een accu zet chemische energie om in elektrische energie. Omdat dit een gecompliceerd proces is wordt alleen
in hoofdlijnen naar de samenstelling en de werking van een accu gekeken.
Een accu bestaat uit een bak (polypropyleen) welke is verdeeld in meerdere cellen. In elke cel zijn een aantal
loden platen geplaatst. Bij een startaccu zijn dit dunne platen, bij een recreatieaccu zijn dit dikke platen. Deze
platen vormen altijd een set, namelijk een gelijk aantal positief platen en negatieve platen. Elke cel heeft een
spanning van 2,1 volt. Een 12V-accu bestaat dan ook uit 6 cellen. Een cel is gevuld met een mengsel van
zwavelzuur en water (elektrolyt).
In de accu vindt een chemisch proces plaats waarbij zich aan de positieve platen loodoxide vormt en aan de
negatieve platen lood. Door op de polen van de accu een spanningsbron zoals een acculader aan te sluiten wordt
de celspanning opgevoerd van 2,1 volt tot ongeveer 2,35 volt. Bij een 12V-accu (6 cellen) is dit 14,1 volt. Dit
laadproces moet op een bepaalde wijze (laadstroom in verhouding tot celspanning) plaatsvinden om te
voorkomen dat de accu gaat koken (boven de 14,4V of 14,7V). Tijdens het koken van de accu komt er namelijk
gevaarlijk knalgas vrij.
Bij het opladen van de accu wordt de zuurgraad van het elektrolyt steeds geconcentreerder, bij het ontladen
wordt de zuurgraad weer lager. Een accu is volledig geladen als de zuurdichtheid van het elektrolyt een waarde
heeft van 1,28 kg/l (soortelijke massa). Zodra de zuurdichtheid is gedaald naar 1,24 kg/l moet de accu weer
worden opgeladen. De capaciteit van een accu gaat achteruit als in de accu door ontlading sulfietvorming
plaatsvindt. Hierbij vormen zich sulfietkristallen op de platen waardoor de werkzame oppervlakte van de platen
afneemt. De accu verliest dan blijvend aan capaciteit. Sulfatering kan worden bestreden door de accu regelmatig
op te laden of door gebruik te maken van een accu-trimmer.
Acculaders
Deze zijn er in vele soorten en prijsklassen te koop en ze doen het allemaal!
De eerste aandacht gaat uit naar de accu en tenslotte de acculader. In de
praktijk betekent dat, dat de acculader meestal de sluitpost op de begroting is.
Daardoor gaat het precies verkeerd! Als er al sprake is van een volgorde in
belangrijkheid, dan kun je het beste eerst je aandacht richten op de kwaliteit van de acculader. Al koopt u
de beste accu, zonder de juiste acculader komt u nog niet ver. Dat heeft te maken met het feit dat lang niet elke
acculader in staat is om een semi-tractie accu te laden. Zelfs als de acculader daar toe in staat is, blijft nog de
vraag of de accu wel echt vol is. Een niet volledig geladen accu, kan u zo uren verbruik schelen. Omdat
we gebruik maken van semi-tractie accu’s, hebben we ook een acculader nodig die daar voor geschikt is.
Lang niet elke acculader is dat! Let daar dus op! Een acculader die geschikt is voor semi-tractie accu’s, is
meestal ook geschikt voor de gewone conventionele accu’s. Het meeste plezier heeft u van een computer
gestuurde acculader, die in staat is tot het zogenaamde druppel laden. Die laatste functie is heel belangrijk. Het is
geen apparaat van een paar tientjes, maar gezien wat dit apparaat kan en de beveiliging tegen overladen van uw
kostbare accu, is hij zijn geld waard! Een goede lader is een CTEC XS-3600. Het beste advies wat ik u geven
kan, doe op dit gebied geen concessies. De verleiding is groot om het met een apparaat van enkele tientjes te
doen, maar afgezien van het feit dat u uw accu niet vol krijgt en daarmee u actieradius verkleint, neemt u ook het
risico dat u uw accu opblaast en dat laatste is ook niet zonder gevaar!
Accu te diep ontladen
Wanneer een accu zover leeg getrokken is dat een lader hem niet meer oppakt dan is er een methode namelijk
deze:
Neem een tweede accu verbind de plussen met een startkabel en de minnen met een startkabel en laat deze zo
even staan p/m 1/2 uur en ontkoppel ze dan en zet dan de lader er aan. vaak pakt de lader hem dan gewoon weer
op. Maar het blijft altijd beter om het te voorkomen.
Welke accu, alles op een rijtje
Een start accu
Dit is een loodaccu met een vloeistof elektrolyt. Als u de auto start kan meer dan 200A geleverd worden voor de
startmotor. Hij is erop gebouwd om korte tijd een heel grote stroom te kunnen leveren en hij kan ook weer snel
opgeladen worden. Dit wordt bereikt door dunne platen, waardoor het
Blz. 18
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
zuur gemakkelijk bij het oppervlak van de platen kan komen. Daardoor hebben startaccu's een beperkte
capaciteit, waarvan slechts een klein gedeelte gebruikt mag worden. Een startaccu die helemaal leeg getrokken is
moet binnen enkele maanden vervangen worden omdat hij de motor niet meer kan starten. Daardoor is de
startaccu minder geschikt voor gebruik in de caravan, waar wij een grote capaciteit willen, die we ook echt
kunnen gebruiken.
Loodzuur accu
In de caravan gebruiken we doorgaans heel wat lagere stromen, slechts enkele ampères. Een caravanaccu, ook
wel lichtaccu, solaraccu of hobbyaccu genoemd, is erop gebouwd om zo lang mogelijk een dergelijke stroom te
kunnen leveren. Dit wordt bereikt door dikke platen met een sponsachtige structuur. Het oppervlak wordt
daardoor vele malen groter en daarmee de capaciteit in Ah, maar het loodspons binnen in de platen is slecht
bereikbaar voor het zuur. De stroom die een caravanaccu mag leveren is daarom beperkt tot zo'n 20 ampère. Bij
een grotere stroom valt de sponsstructuur uit elkaar en ruïneer je de accu.
Deze ouderwetse loodzuur accu mag dan niet meer de enige zijn, hij wordt nog altijd volop gebruikt. Loodzuur
accu's zijn er in een variëteit aan uitvoeringen: startaccu's, semi-tractie accu's en tractie accu's.
Een nadeel van loodzuur accu's is dat ze veel onderhoud vergen; je moet regelmatig even kijken of er nog
voldoende vloeistof in zit. Zo niet, dan kun je dat met gedistilleerd water weer aanvullen. Doe dat nooit met
leidingwater, want dat is elektrisch geleidend. Hoe vaak er moet worden bijgevuld, hangt samen met het
stroomgebruik, de temperatuur, en de laadspanning. De zelfontlading die bij gewone accu's wel 10% per maand
kan bedragen, is bij een gel accu maar ongeveer 2%.
Bij overlading (bijvoorbeeld door met een verouderde lader te lang of met een te hoge spanning te laden) verliest
een loodzuur accu water en produceert hij bovendien zeer brandbare (knal)gassen. Daarom moet dit soort accu's
altijd op een goed geventileerde plaats staan. En dan nog is het oppassen geblazen, want bij elektriciteit kunnen
altijd en overal vonken ontstaan. Zorg er voor dat een caravanaccu nooit langere tijd ontladen blijft. Hebt u hem
gedurende langere tijd gebruikt, laad hem dan weer helemaal op zo gauw dat enigszins kan.
Als er vaker moet worden bijgevuld kan dat een indicatie zijn dat de accu het gaat opgeven. Hoe beter je voor
een loodzuur accu zorgt, hoe langer hij meegaat.
Gel accu
Een gel accu werkt ongeveer hetzelfde als een loodzuur accu. Het verschil is echter dat er bij een gel accu geen
water tussen de platen zit, maar een min of meer vaste substantie: gel. Gel accu's zijn afgesloten, je hoeft deze
accu dus niet bij te vullen met gedestilleerd water. Wel laden natuurlijk. De zelfontlading die bij gewone accu's
wel 10% per maand kan bedragen, is bij een gel accu maar ongeveer 2%. Er zit wel een veiligheidsventiel op
waaruit gassen kunnen ontsnappen als er te ver of te snel wordt geladen maar omdat de kans op gasvorming bij
een gel accu te verwaarlozen is, mag dit soort accu's overal worden geplaatst allen wel rechtop. Het is zo dat dit
type accu een lagere capaciteit heeft in verhouding met zijn gewicht dan de vloeistofaccu. Doordat ze weinig tot
geen onderhoud vergen worden deze accu's ook wel solaraccu's genoemd. De levensduur is ongeveer gelijk aan
die van de loodaccu.
Spiraalaccu (eerste AGM type)
In de jaren '70 deed de spiraalaccu zijn intrede, als één van de eerste AGM Accu’s. AGM staat voorAbsorbed
Glass Material. Bij accu's van dit type wordt de stroomvoorraad niet opgenomen in zuur of gel, maar
geabsorbeerd in een dunne glasvezelmat. Dat heeft vier belangrijke voordelen:
1)
Je kunt ze veel dieper ontladen tot '0', en dus heb je veel minder (totaal)capaciteit nodig. Je zou met
een veilige marge kunnen uitgaan van 90% beschikbare stroom van de opgegeven capaciteit;
2)
Door de lage weerstand worden ze veel sneller geladen,
3)
Je kunt (per uur) veel meer stroom afnemen, zonder dat de capaciteit in belangrijke mate afneemt. Bij
grote stroomverbruikers kan dat zelfs een accu uitsparen.
4)
AGM- accu's mag je in elke stand monteren, desnoods onderste boven. Zelfs als er een gat in zou
komen, stroomt er niets uit; gewoon omdat er geen vrij vocht in zit.
Een speciale accubak is dus niet nodig en ventilatie evenmin. De bouw is bovendien veel compacter dan
die van een loodzuur accu. Hij vraagt dus minder ruimte en tot aan de vervanging hoef je er ook nooit
meer bij.
Spiraalaccu's zijn speciaal ontwikkeld om in korte tijd heel veel stroom te leveren. De capaciteit kan gedurende
een korte tijd wel 900 Ampère zijn. Hoewel ze er tegenwoordig ook zijn met de eigenschappen van semi-tractie
dus bruikbaar als lichtaccu.
AGM Accu
Blz. 19
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Bij een 'gewone' AGM accu zitten de platen weer ouderwets netjes naast elkaar. Verder is het principe gelijk aan
dat van de spiraalaccu: de elektriciteit wordt opgeslagen in glasvezel. Deze accu's kun je eigenlijk overal voor
gebruiken en het voordeel is dan dat alle accu's uitwisselbaar zijn. Je kunt grote hoeveelheden stroom afnemen,
zonder schade aan de accu. De levensduur wordt opgegeven als 5 tot 10 jaar. Soms zelfs 5 tot 10 keer zolang als
een loodzuur accu!
Semi-tractieaccu
Wie zoveel mogelijk uren continue gebruik te willen maken van accustroom is afhankelijk van een semi-tractie
accu. Deze accu’s onderscheiden zich van de conventionele accu’s door het feit dat ze een constante stroom van
12 volt leveren en zeer diep te ontladen zijn. Een gewone accu levert 12 volt, maar loopt dan terug naar elf en
minder. Daar kunnen sommige verbruikers niet goed tegen! Trekt u een dergelijke accu leeg, dan is de accu in de
meeste gevallen kapot. Een semi-tractie accu kent deze problemen niet. Deze accu’s leveren een constante
stroom van 12 volt en als de accu leeg is, gaat deze niet stuk. Hij is daar op gemaakt. Naast het feit dan een accu
een spanning van 12 volt moet leveren, hebben we ook te maken met het aantal uren dat een accu deze stroom
leveren kan, dit laatste wordt uitgedrukt in ampère-uren. Afgekort leest u Ah. Als u een verbruiker koopt die
bijvoorbeeld. 20 Ah gebruikt en u koopt een semi-tractie accu van 100 Ah. Dan kunt u vijf uur continue stroom
afnemen. Hoe groter de capaciteit van de accu, hoe groter het gewicht! Een accu van 70 Ah, weegt beduidend
minder dan een accu van 200 Ah. Maar kijk uit, u moet hem wel kunnen tillen!
Dit soort accu is aan te bevelen voor wie een caravanmover of een automatische leveller heeft gemonteerd. Deze
apparaten trekken een grotere stroom dan voor een gewone caravanaccu toelaatbaar is.
Meerdere Accu’s aan één schakelen
Om de gewenste batterijcapaciteit te bereiken, is het onder bepaalde voorwaarden mogelijk accu's in serie en/of
parallel te schakelen. Eén van die voorwaarden is dat de accu's bijvoorkeur eenzelfde productiedatum hebben en
van eenzelfde gelijkvormige constructie zijn. Dit moet omdat de accu's gelijk dienen te worden belast en een
identieke laadspanning zullen krijgen.
Bij SERIESCHAKELING telt men de spanning op en blijft de capaciteit in Ah die van de enkele toegepaste
accu.
Bij PARALLELSCHAKELING tel je de capaciteiten in Ah op en is de spanning dezelfde als die van een
enkele accu.
Als bij een samengestelde accubank één accu defect is en vervangen moet worden, verdient het aanbeveling
ALLE accu's uit die bank te vervangen. Bij parallelschakeling zou een enkele vervangen accu worden
genivelleerd door de oude daaraan parallel geschakelde accu. Bij serieschakeling krijgt een vervangen accu te
weinig laadstroom, doordat de oude daarmee in serie geschakelde accu een geringere capaciteit heeft op grond
van zijn leeftijd.
Blz. 20
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
De Omvormer van 12V naar 230V
Een goede omvormer verdient zijn geld dubbel en dwars terug, want het aanbod van 230V apparaten is groot en
de prijzen zijn veel aantrekkelijker dan speciale 12V producten. Met eenmaal een eigen permanente 230V
systeem aan boord, zijn de mogelijkheden eindeloos. Alle apparaten die 230V nodig hebben en dat zijn er nogal
wat denk maar eens aan: Laptop, Mixer, Koffiezetapparaat, Waterkoker, Magnetron, Oventje, alle laders voor
telefoon en fototoestel, Scheerapparaat, Elektrische tandenborstel, Tv, Reciver van de schotel en enz krijgen
gewoon 230V uit uw 12V boord accu. En op de camping heeft u nooit geen 230V nodig.
Wat is dit voor een omvormer
Deze omvormer maakt van een 12 Volt gelijkspanning (dit komt uit de boordaccu van de caravan of camper) een
230 Volt wisselspanning. Deze 230 Volt wisselspanning komt overeen met het stopcontact thuis. Dit betekent
dat er geen verlengkabel naar een stopcontact nodig is om toch gebruik te kunnen maken van 230 Volt apparaten
in en om de caravan of camper.
Vermogen
De aanschafprijs van een omvormer is naast type omvormer ook afhankelijk van het vermogen dat hij kan
leveren. Een 150 Watt omvormer is dus goedkoper dan een 600 Watt omvormer.
Om een gevoel te krijgen of 300 Watt voldoende is, of dat het toch 1200 Watt moet worden, volgt hier een lijst
met diverse apparaten en hun indicatief nominaal vermogen:
Opladen elektrische tandenborstel 1 Watt
Satellietontvanger
25 Watt
37 cm televisie
45 Watt
Netvoeding van een laptop
90 Watt
Staafmixer
350 Watt
Magnetron
800 Watt
Bij het inschakelen van apparaten (zoals de TV en magnetron) ontstaat er kortstondig een hoog piekvermogen.
Dit verschilt per apparaat, maar een aantal maal het normaal opgenomen vermogen (nominaal vermogen) komt
zeker voor. Bijvoorbeeld een magnetron van 800W. Hierbij is 800 Watt het nominaal vermogen terwijl het
werkelijk opgenomen vermogen (piek) in de praktijk wel 2 keer zo veel kan zijn. Enige vermogensreserve in het
piekvermogen is dus gewenst.
Galen, A. van (z.d.). Accu deel 2. Geraadpleegd op 19 februari 2015,
http://members.chello.nl/a.galen4/index_bestanden/Page9507.htm
Blz. 21
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Laden
Een accu functioneert zo goed als het laadsysteem. Meer dan de helft van alle problemen met accu's
worden niet veroorzaakt door de accu zelf, maar door ontijdige, onjuiste of onvolledige lading. Een goed
laadregime houdt rekening met de technologie van de accu maar ook met de capaciteit, temperatuur en
ladingstoestand.
Ook de toepassing is belangrijk. Wie een lader in de garage wenst om in noodgevallen een auto- of
motoraccu te kunnen laden als deze door vergeetachtigheid is leeg geraakt, kan heel goed uit de voeten
met een simpel model. Dat de accu niet meer dan driekwart vol geraakt is niet erg: dat is voldoende om te
starten en het boordsysteem doet de rest. Wie daarentegen de lader gebruikt om een golftrolley
gebruiksklaar te houden, doet er goed aan een geavanceerde hoogfrequentlader te nemen - dat
prijsverschil is snel terugverdiend!
Hefra (2015). Laden. Geraadpleegd op 12 februari 2015,
http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&type=laders
Blz. 22
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Over accu's - De ontdekking
In 1786 was wetenschappelijk onderzoeker Luigi Galvani bezig een kikker te ontleden. De kikker was
opgehangen aan een koperen haak en telkens wanneer Galvani met zijn ijzeren mesje de kikkerpoot
aanraakte, zag hij het kikkerpootje samentrekken. Galvani meende dat de energie die daarvoor nodig was,
uit het dier zelf afkomstig was en noemde het 'dierlijke electriciteit'.
Zijn vriend en medewetenschapper Allessandro Volta was het niet met hem eens. Hij meende dat de
electriciteit werd veroorzaakt door twee verschillende metalen die met elkaar waren verbonden door een
vochtig medium. Experimenten bevestigden zijn zienswijze en in 1797 construeerde Volta de eerste echte
accu, de Zuil van Volta. Deze zuil bestaat uit negenenveertig paren van koperen en zinken plaatjes, die met
tussenvoeging van in een zoutoplosing gedrenkte stukjes wollen stof op elkaar zijn gelegd. Bij geleidende
verbinding van onder-en bovenkant sluit de kring en gaat er een stroom lopen.
In de Zuil van Volta wordt de electriciteit opgewekt door een chemische reactie en de accu kan, eenmaal
uitgeput, niet meer worden herladen. We spreken hier van een primaire cel.
Hefra (2015). Over accu’s – De ontdekking. Geraadpleegd op 26 februari 2015,
http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&id=4757&lang=NL&change=1
Blz. 23
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
'Het kiezen van de acculader'
Geregeld wordt de vraag gesteld welke accu/capaciteit en lader nodig zijn voor montering, verwarming en
eventuele bijkomende randapparatuur. Met dit artikel wordt beknopt uitgelegd waarop gelet moet worden bij de
keuze.
Zodra de gekozen accu-capaciteit bekend is (zie:http://www.astroforum.nl/astrowiki/index.php/Lood_Accu's) kan
de grootte van de acculader gekozen worden. Deze moet een laadstroom kunnen leveren van ongeveer 10% van
het aantal Ah van de accu. Laad niet met een hogere stroom dan 20%. Bij een (veel) lagere stroom dan 10% zal
het laad-proces langer duren, dit heeft ook invloed op de levensduur, hoewel dit niet significant is.
'Hoe een accu laden:'
Er zijn diverse manieren om een accu te laden, van simpel tot complex. Het verschil zit hem in de manier hoe de
verschillende laad-stappen worden toegepast/geprogrammeerd zijn. Door gebruik te maken van een
microprocessor kan een intelligente lader tot wel 7 of 8 laad-stappen worden gemaakt. Hierbij is het mogelijk om
eventuele sulfatering (*) tegen te gaan en een te ver ontladen accu soms alsnog te activeren.
(*) http://nl.wikipedia.org/wiki/Loodaccu
Voor een uitgebreide beschrijving van het sulfateer proces en andere accu fenomenen zie:
(*) http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&id=195491
Het basis principe voor het laden van een 12V accu: [zie Fig.1]
Note: Het hier beschreven proces is uitsluitend bedoeld voor loodaccu's van het type: 12V loodzuuraccu's, AGM
en Gel. Voor NiCad en Ni-MH accu's zijn er speciale laders die werken op basis van een bekende laadstroom x
laadtijd en vallen buiten dit bestek.
De meest simpele lader is gewoon een lichtnetadapter zonder enige regelfunctie. [Fig. 1]
Ze worden vaak meegeleverd bij de bekende goedkope starthulp (de 7 en 17Ah types). Deze laders zijn alleen
maar bruikbaar als het laad-proces nauwkeurig gevolgd wordt.(dmv de laad-status leds op de starthulp. Doordat
ze geen echte afschakel/begrenzing functie hebben bij het bereiken van de eindspanning zal de spanning
langzaam boven de eindspanning kunnen komen met als gevolg. ongewenst gassen.
De iets betere laders hebben een beveiliging tegen overladen. [Fig.2]
Blz. 24
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Met een vaste laadstroom (stroombron) wordt de accu spanning tot ca. 14,7V geladen. (T1 traject) Heeft de accu
deze spanning bereikt dan wordt automatisch overgeschakeld naar laden met een vaste spanning van 13,8V
(druppelladen). De laadstroom zal nu afnemen tot een waarde die (accu afhankelijk) ruim onder de 100mA ligt.
(T2 traject) Deze methode van laden geeft echter geen volledig geladen accu aangezien op het eind van het T1
gebied (het 14,7V punt) ca. 80% van de capaciteit is bereikt. In het T2 gebied is het met deze methode niet
mogelijk om de laatste 20% te halen. Het gevolg is een niet 100% geladen accu wat na verloop van tijd weer een
invloed heeft op de levensduur.
Om deze reden zijn er 3 traps laders (meestal gestuurd met een microprocessor) die in het T2 gebied de
laadspanning een aantal uren alsnog op 14,7V houden. Hierbij zal de opgenomen stroom ook afnemen echter in
een veel mindere mate en tevens gecontroleerd. Deze methode van laden geeft een nagenoeg 100% geladen
accu. In Fig. 3 is het spanning- en stroomverloop te zien. In het T3 gebied is/wordt de spanning terug geschakeld
naar 13,5 tot 13,8V. Dit heet het druppel- of onderhoudsgebied en de accu kan hier onbeperkt op aangesloten
blijven.
Deze laders zijn doorgaans ruim voldoende voor onze toepassing, zeker gezien de prijs/prestatie verhouding.
De professionele meer traps acculaders (7 á 8 stappen) hebben een complex laad programma en zijn voor onze
toepassing niet echt nodig maar geven wel de beste garantie voor een lange accu levensduur.
Henk, P. (2011). Accu lader's. Geraadpleegd op 18 februari 2015,
http://www.astroforum.nl/astrowiki/index.php/Accu_lader%27s
Blz. 25
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Elektromotoren in elektrische auto's
Er zijn verschillende soorten elektromotoren beschikbaar die allen hun voor en nadelen
hebben voor de aandrijving van elektrische auto’s. Vooraleer we deze zullen bekijken leggen
we even de basisonderdelen van deze motoren uit.
Een elektromotor bestaat altijd uit twee hoofdcomponenten: de stator en de rotor. De stator
beweegt niet en is bevestigd aan de behuizing van de elektromotor. De rotor daarentegen
draait rond binnen in de stator. De rotor is rechtstreeks verbonden met de as van de motor en
zorgt ervoor dat deze wordt aangedreven.
De rotor en stator van een elektromotor
De gelijkstroommotor
Dit is het eenvoudigste type elektromotor. De gelijkstroommotor bestaat uit een stator die
aan de binnenzijde voorzien is van een even aantal elektromagneten. Deze wekken een
magnetisch veld op als ze gevoed worden met stroom.
De rotor bestaat uit een ijzeren cilinder waarrond een spoel gewikkeld is. De uiteinden van
deze wikkelingen zijn verbonden met de commutator, zodat de rotor hiermee via de borstels
van stroom wordt voorzien.
Blz. 26
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
De gelijkstroommotor
Hoe geraakt dit ding nu aan het draaien?
Wanneer er gelijkstroom loopt door de statorspoel gaat deze werken
als een magneet, met aan de linkerkant een positieve pool en aan de
rechterkant een negatieve pool. Diezelfde stroom loopt vervolgens
via de borstels en de commutator ook door de rotorwikkelingen en
wekt ook hier een magnetisch veld op. Hierdoor wordt de linkerzijde
van de rotor positief geladen en dus weggedrukt van de positieve
statormagneet en aangetrokken door de negatieve statormagneet,
waardoor de rotor begint te draaien.
De rotor begint 180° te roteren.
Als de rotor nu horizontaal aangekomen is bij de juiste polen zal de
beweging stoppen. Door de beweging van de rotor is de commutator
echter ook 180° gedraaid, waardoor deze de richting van de stroom
in de rotorspoel omkeert. De positieve zijde van de rotor wordt dus
negatief, en omgekeerd. Hierdoor wordt de rotor net zoals in stap 1
terug aan het draaien gezet.
Blz. 27
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Dit proces blijft zich herhalen en de motor zal dus blijven draaien.
De rotatiesnelheid kan eenvoudig geregeld worden door de
stroomtoevoer te versterken of verzwakken met een weerstand.
De gelijkstroommotor heeft vele nadelen. Door het gebruik van borstels is hij onderhevig aan
slijtage, en ook het rendement ligt lager in vergelijking met wisselstroommotoren. Door zijn
eenvoudige bouw en snelheidsregeling werd dit type echter wel gebruikt in de jaren 90 voor
de Peugeot 106 Electric.
De asynchrone motor
De stator van dit type motor bestaat uit minimaal drie identieke spoelgroepen. Deze spoelen
worden voorzien van dezelfde wisselspanning, maar met faseverschillen van 120 graden.
Door het faseverschil tussen de spoelgroepen bereiken de polenparen na elkaar hun
maximale magnetische veld. Daardoor ontstaat er een draaiend magnetisch veld, dat roteert
met de snelheid van de aangeleverde wisselstroom.
De rotor bestaat uit een kooi opgebouwd uit staven die aan de uiteinden zijn kortgesloten
door een grote ring. In de staven lopen zeer grote stromen die onder invloed van het
statorveld een tegenveld opwekken waardoor de rotor gaat draaien. De rotor probeert
immers de snelheid van het statordraaiveld te volgen, maar kan deze nooit inhalen omdat de
kortsluitstroom in de rotor net wordt opgewekt door het statorveld. Hierdoor blijft de rotor
altijd een stukje achter op het statorveld, waardoor men spreekt van een asynchrone motor.
De rotorkooi draait rond in het statorveld
Het grote voordeel van deze asynchrone motoren is hun betrouwbaarheid. De enige
onderdelen die wrijving ondervinden zijn de rotorlagers. Met de komst van
frequentieregelaars is het ook eenvoudig om hun toerental te regelen. Onder andere de Tesla
Roadster maakt gebruik van een asynchrone motor.
Blz. 28
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
De synchrone motor
De synchrone motor maakt gebruik van hetzelfde soort stator als zijn asynchrone broertje.
Het grote verschil zit hem in de rotor. Hier kunnen we twee types in onderscheiden:
Rotor met vaste magneet
De rotor bestaat uit een vaste magneet. Als in de stator een draaiend magnetisch veld wordt
opgewekt, zal deze magneet natuurlijk volgen en zo de rotor laten ronddraaien. Omdat de
magneet identiek dezelfde snelheid aanhoudt als het statorveld, spreekt men van een
synchrone motor. Deze motor geniet dezelfde betrouwbaarheid (enkel de lagers ondervinden
wat wrijving) en biedt een zeer hoog rendement. Het grote nadeel is dat permanente
magneten bestaan uit schaarse en dure grondstoffen, en dat het magnetische veld na verloop
wat kan afnemen. Onder andere Toyota, Mitsubishi, Peugeot en Citroën maken gebruik van
dit type motor voor hun elektrische wagens.
Rotor met spoelen
Er wordt een elektromagneet bevestigd op de rotor. Als deze gevoed wordt met stroom werkt
deze net hetzelfde als het type een permanente magneet. Nadeel hiervan is dat met moet
gebruik maken van sleepringen om de elektromagneet op de rotor van stroom te kunnen
voorzien, waardoor de motor onderhevig is aan slijtage. De Nissan Leaf en het Renault ZE
gamma gebruiken deze motor.
LosApos (2014). Elektromotoren. Geraadpleegd op 16 februari 2015,
http://www.losapos.com/nl/elektromotoren_elektrische_auto
Blz. 29
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Accu’s – introductie
Een accu is eigenlijk een onmisbare energiebron als u, daar waar geen stopcontact voorhanden is, elektrische
apparatuur wilt gebruiken. In combinatie met een goede omvormer naar 220 volt heeft u zelfs overal een
stopcontact voorhanden.
De meest voorkomende accu geeft een gelijkspanning af van circa 12 volt. Voor bepaalde toepassingen,
bijvoorbeeld vrachtwagens of boten, zijn er 24 volt accu’s. Dit artikel gaat uit van een 12 volt accu. De geschetste
principes zijn echter ook van toepassing op 24 volt accu’s.
Een accu is een energiereservoir. Je kunt er energie uithalen en ook instappen. Vergelijk dit met een emmer die
je kunt vullen met water. Zolang je ‘m niet gebruikt blijft hij vol (afgezien van een klein lekje of druppelende kraan)
en als je water aftapt loopt hij leeg. Het uitstromende water kan energie geven aan bijvoorbeeld een
schoepenradje, dat elektriciteit zou kunnen opwekken.
Een accu bestaat in essentie uit een combinatie van lood en zuur, en wordt daarom in de volksmond een
lood(zuur-) accu genoemd. De loodplaten hangen letterlijk in een bak met zwavelzuur. Een accu is opgebouwd uit
cellen. Eén enkele cel heeft, indien opgeladen, een spanning tussen de + en – aansluiting van ruim 2 volt. Een 12
volt accu bestaat daarom uit 6 van dergelijke cellen die aan elkaar zijn geschakeld (serieschakeling). Een 24 volt
accu bestaat uit 12 cellen van 2 volt, uiteraard ondergebracht in één behuizing.
De ideale accu doet het volgende:

Je kunt hem helemaal vullen

Je kunt er alle energie in één keer uithalen

De energie kan er zeer snel uit worden gehaald (voor veel vermogen)

Je kunt hem oneindig vaak op- en ontladen

Hij heeft geen zelfontlading

Hij vraagt geen onderhoud
Het zal u waarschijnlijk niet verbazen dat dit ideaal niet kan worden bereikt. In een voortdurend streven om toch in
de buurt te komen, bestaan er veel verschillende soorten accu’s, gevoerd door nog meer merken.
Voor serieus mobiel gebruik valt de startaccu af. Een startaccu van een auto is gemaakt om gedurende een korte
tijd veel stroom te kunnen leveren. Dit type accu mag niet teveel worden ontladen. Er kan dus relatief weinig
energie uit worden gehaald. Het verschil met een huishoudaccu is voornamelijk de oppervlakte van de platen met
lood in de accu. Naarmate de oppervlakte van de accuplaten toeneemt, kan het zuur makkelijker de platen
binnendringen wat een grotere stroomafgifte mogelijk maakt. Het voornaamste kenmerk van een startaccu is dan
ook dat deze grote en dunne platen heeft. De startaccu is niet geschikt voor cyclische belastingen (dat wil zeggen
voortdurend laden en ontladen) in een 12/24 Volt-systeem om de verlichting te voeden. Een startaccu is relatief
goedkoop.
Voor mobiel gebruik is er de (semi-)tractie accu. De semitractie accu wordt het meeste gebruikt voor recreatieve
doeleinden en wordt meestal aangeduid als huishoudaccu. Ten opzichte van een startaccu duurder in aanschaf,
maar veel fijner om te gebruiken. De accu kan veel dieper worden ontladen. In een gel-accu is het vloeibare
loodzuur gevangen in een gel. Dit biedt voordelen zoals een nog diepere ontlading, geringe zelfontlading en
flexibele montagemogelijkheden. Daar staat wel een hoog prijskaartje tegenover evenals een lagere capaciteit in
verhouding tot zijn gewicht dan de vloeistofaccu.
Blz. 30
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Er zijn een aantal uitvoeringen van de (semi-)tractie accu. Het oudste type is de 'natte' accu. Hierin zit vloeibaar
zuur. In een gel-accu is het zuur opgeslagen in een gel-achtige substantie. Tot slot kan het zuur ook ingekapseld
zijn in glas. Dit gebeurt binnen de AGM-accu (Absorbed Glass Material). Dit laatste type accu en de gel-accu
heeft als bijkomend voordeel dat hij ook bijvoorbeeld verticaal kan worden gemonteerd.
Welke accu u ook heeft, zorg er voor dat een accu nooit langere tijd ontladen blijft. Een accu, welk type u ook
heeft, vindt het niet fijn om ontladen te zijn en te blijven. Een ontladen of "lege" accu is aan vorming van sulfaat
onderhevig. Dit onoplosbare zout verzamelt zich onderin de batterij en tussen de loodplaten. Een te lange slechte
laadconditie verergert de sulfaatvorming en bedreigt de levensduur van de batterij met daaraan gepaard gaand
capaciteitsverlies.
Heeft u een accu hem gedurende langere tijd gebruikt, laad hem dan weer helemaal op zodra dat enigszins kan.
Ook een accu die lange tijd niet gebruikt is moet regelmatig worden bijgeladen omdat hij aan zelfontlading
onderhevig is. Een normale, ‘natte’, accu kan wel tot 10% van zijn lading per maand spontaan verliezen, een
goede gel- of AGM-accu circa 2%. De energie die een accu kan leveren is tevens afhankelijk van de
omgevingstemperatuur. Dit verklaart het bekende fenomeen van weigerende startaccu’s, die in ieder geval niet
tot minder dan 80% van hun capaciteit mogen worden ontladen, in de winter.
Hoe lang gaat een accu mee?
Een goede accu die weinig ontladen wordt (10-30%) gaat jaren mee. Een slechte accu die veel ontladen wordt
(50-100%) kunt u na een paar weken of zelfs dagen afschrijven. Veel accufabrikanten hullen zich in stilzwijgen als
het gaat om specificaties over de levensduur. Voor de AGM-accuserie die Mobilenergy levert geldt de volgende
grafiek:
De grafiek laat zien dat hoe vaker en dieper we de accu uitputten, des te sneller de accu kan worden
afgeschreven. Hij laat ook zien dat bij structurele ontlading tot 70% van zijn capaciteit (dus steeds 30Ah uit een
100Ah accu halen en direct weer opladen), de accu jaren mee kan gaan, zelfs bij dagelijks gebruik.
Het is jammer dat dergelijke grafieken niet standaard worden meegeleverd omdat het u inzicht geeft in de
vereiste omgang met de accu.
Blz. 31
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Hoe weet ik wanneer een accu leeg is?
Wat is nu de beste manier om te bepalen hoever een accu ontladen? De beste manier is door het meten van de
zuurgraad van de elektrolyt in de accu. Dit is zwavelzuur en gezien de zeer bijtende eigenschappen, sterk af te
raden. De beste volgende methode is door te meten wat de spanning van de onbelaste accu is.
Voor een goede meting mag de accu niet belast zijn en na een belasting 10 minuten rust hebben gehad. Meet de
spanning met een goede, bij voorkeur digitale, voltmeter. Mobilenergy.nl levert ook handige , programmeerbare
accumeters die geschikt zijn voor zowel 12 als 24 volt accu’s.
Laadtoestand accu % ontladen s.m. elektrolyt Rustspanning in volt
100%
0
1,28
12,72
80%
20
1,245
12,51
60%
40
1,21
12,30
40%
60
1,175
12,09
20%
80
1,14
11,88
0%
100
1,10
11,64
Hoe accu’s correct te laden
Een accu is een opslagvat voor energie. Om er iets uit te halen (ontladen) moeten we hem eerst vullen (laden). Er
moet dus energie worden toegevoegd. Zoals u misschien bekend is, is voor energie in een elektrisch circuit
spanning en stroom nodig (vermogen=spanning maal stroom). In zijn eenvoudigste vorm bestaat een acculader
uit een spanningsbron (voeding) en een weerstand om de stroom te begrenzen. Deze combinatie laat,
aangesloten op een accu, een stroom vloeien. De spanning over de accuklemmen en de stroom zorgen ervoor
dat er energie in de accu vloeit. De aangebrachte spanning op de accuklemmen moet echter wel binnen een
kritisch bereik liggen.
Om de batterij te laden moet door een externe spanningsbron de celspanning worden opgevoerd tot een waarde
boven de 2,1 Volt. Aan de laadspanning zijn grenzen verbonden i.v.m. de overmatige vorming van waterstofgas
(de "gasspanning"). Bij 2,35-2,4 Volt per cel zal die ongewenste gasvorming optreden. Bij een gewone 12 Volt
accu is dat bij 14,1 tot 14,4 Volt batterijspanning. AGM-accu's moeten worden geladen met een hogere spanning
(14,8 volt) en vereisen hiervoor een speciale acculader.
Tussen het laadsysteem en de accu moet daarom een laadregelaar geplaatst zijn, die voorkomt dat de accu te
lang geladen wordt. Een accu wordt als geladen verondersteld, als de spanning tijdens het laden circa 14,4V
bedraagt en het laden dient dan gestopt te worden. (14,8V voor AGM).
Er zijn een aantal methodes om een accu te laden, waaronder:

Via de dynamo/alternator die wordt aangedreven door een brandstofmotor en het bijbehorende laadcircuit
van het voertuig (noodzakelijk voor startaccu’s). Dit is de gebruikelijke want gemakkelijke, doch vrij rigide,
manier om een accu voortdurend tijdens het rijden bij te laden. Bovendien gooit de lange bedrading van de
autodynamo naar de huishoudaccu roet in het eten.
Door de weerstand daarvan blijft de laadstroom een stuk lager dan gewenst is. Hierdoor wordt de accu niet
voldoende opgeladen, en een AGM-accu al helemaal niet! Een vrij complexe elektronische schakeling,
Blz. 32
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
booster genaamd, kan hier uitkomst brengen. Helaas zijn maar weinig caravans of campers hiermee
uitgerust.

Via alternatieve energie zoals uit een zonnepaneel of windmolen. Deze methode zorgt voor continu bijladen
van de accu, zodat u deze niet steeds zelf aan een acculader hoeft te koppelen.

Via een acculader die gevoed wordt door 220 volt (stopcontact). Deze methode staat de meest accurate
lading van een accu toe.
Op de laatste methode, laden via een 220 volt lader, gaan we nu nader in.
Wat gebeurt er bij een te kleine laadstroom?
Als maar lang genoeg geladen wordt dan krijg je met iedere laadstroom de accu wel vol, zo wordt over het
algemeen gedacht. Maar helaas kan een accu beschadigd worden bij een te kleine laadstroom. Een korte uitleg:
door de zwaartekracht zal het vrijkomende zware zuur (tijdens het laden) onderin de accu blijven. Als de
laadstroom groot genoeg is, zal er voldoende gasvorming in de accu zijn. Hierdoor ontstaat een goede
zuurmenging in de accu, waardoor het soortelijk gewicht van het accuzuur boven- en onderin de accu nagenoeg
gelijk is. Dit vergroot de levensduur van de accu aanzienlijk. Neem daarom altijd een lader met een laadstroom
van tenminste 8% van de nominale capaciteit van de accu.
Hoe lang duurt het voordat mijn accu weer vol is?
Dit hangt af van een aantal factoren: de capaciteit van de accu, de grootte van de laadstroom, ontlading en
kwaliteit van de accu, en of er nog actieve verbruikers zijn aangesloten op de accu. Bij een ontladen accu is de
laadtijd als volgt te bepalen:
laadtijd = accucapaciteit gedeeld door de laadstroom + 4 uur
Bijvoorbeeld, een 200Ah accu wordt geladen met 24 Ampère laadstroom. De laadtijd bij een ontladen accu is dan
ongeveer 200/24+4 = 12 uur.
Zijn er nog verbruikers aangesloten op de accu dan moet de door deze onttrokken stroom van de laadstroom
worden afgetrokken. Als de verbruikers altijd aangesloten zijn dan wordt aangeraden een lader met een grotere
laadstroom te nemen.
Onderhoud: wat is druppelladen?
Druppelladen wil zeggen dat een opgeladen accu op peil moet worden gehouden gedurende een langere tijd,
bijvoorbeeld in een winterstalling. Voor druppelladen van bijvoorbeeld een 200Ah accu is slechts een lader van
zeg 2 Ampère nodig. Maar dan moet u wel zeker weten dat de accu volgeladen is, want zo'n lader kan nooit een
lege accu vol krijgen. Druppelladen is feitelijk de laatste fase van het laadproces, en vereist een lader die in deze
speciale modus kan schakelen.
Mobilenergie.nl (2012). Leer over accu's en acculaders. Geraadpleegd op 13 februari
2015,
http://www.mobilenergy.nl/leer-meer-over-acculaders.html
Blz. 33
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Description
United MY1016Z 24V 250W Straight DC motor (Chain Drive)
24 volt 250W output,electric scooter and bike motor
Comes with an 11-tooth, #25 chain sprocket as well as a 4-bolt mounting bracket (threaded M6) on the
base.
This motor is capable of rotation in either the clockwise or counter clockwise direction by just reversing
the battery polarity to the motor and can be speed controlled.
If you want to speed control these, please take a look at our available speed controllers
Model MY1016 motor by Unite Motor Co., Ltd.
Model
MY 1016
Standard
200W 24V/36V
250W 24V/36V
300W 24V/36V
350W 24V/36V
No-load currency/A
≤1.5/1.0
≤1.6/1.2
≤1.8/1.4
≤2.0/1.4
No-load rate speed /rpm
3300
3350
3400
3450
Rating Torque/N·m
0.70
0.90
1.04
1.22
Rating speed /rpm
2700
2750
2750
2750
Rating currency/A
≤10.6/7.1
≤13.4/8.9
≤16.0/10.7
≤18.7/12.5
Efficiency/%
≥76
≥78
≥78
≥78
Use
Electric Scooter / Small Scooter
This chart shows the available models, though we may not be source all of them.
Motiondynamics (2015). United MY1016 250W 24V DC Motor With 11 Tooth Chain
Sprocket. Geraadpleegd op 12 februari 2015,
https://www.motiondynamics.com.au/united-my1016-250w-24v-dc-motor-with-11tooth-chain-sprocket.html
Blz. 34
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Nominal Voltage:
The voltage that corresponds to the highest motor efficiency. Try to choose a main battery pack
which most closely matches the nominal voltage of your drive motors. For example, if the motor’s
nominal voltage is 6V, use a 5x 1.2V NiMh pack to get 6V. If your motor operates at 3.5V
nominal, you can use either a 3xAA or 3xAAA NiMh pack or a 3.7V LiPo or LiIon pack.
If you operate a motor outside of its nominal voltage, the efficiency of the motor goes down, often
requiring additional current, generating more heat and decreasing the lifespan of the motor. Aside
from a “nominal voltage” DC motors also have an operating voltage range outside of which the
manufacturer does not suggest operating the motor. For example a 6V DC Gear motor may have
an operating range of 3-9V; it will not operate as efficiently as compared to 6V, but it will still run
well.
No Load RPM:
This is how fast (angular velocity) the final output shaft will rotate assuming nothing is connected
to it. If the motor has a gear down and the motor’s speed is not indicated separately, the no load
rpm value is the shaft speed after the gear down. The motor’s RPM is proportional to the voltage
input. “No Load” means the motor encounters no resistance whatsoever (no hub or wheel
mounted to the end). Usually the No Load RPM provided is associated with the nominal voltage.
Power rating:
If a motor’s power is not listed, it can be approximated. Power is related to current (I) and voltage
(V) by the equation P = I*V. Use the no load current and nominal voltage to approximate the
motor’s power output. The motor’s maximum power (which should only be used for a short time)
can be approximated using the stall current and nominal voltage (rather than maximum voltage).
Stall Torque:
This is the maximum torque* a motor can provide with the shaft no longer rotating. It is important
to note that most motors will sustain irreparable damage if subjected to stall conditions for more
than a few seconds. When choosing a motor, you should consider subjecting it to no more than
~1/4 to 1/3 the stall torque.
Stall Current:
This is the current the motor will draw under maximum torque* conditions. This value can be very
high and should you not have a motor controller capable of providing this current, there is a good
chance your electronics will fry as well. If neither the stall nor the nominal current are provided, try
to use the motor’s power rating (in Watts) and the nominal voltage to estimate the current: Power
[Watts] = Voltage [Volts] x Current [Amps]
Blz. 35
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
General Specifications:
A DC motor’s general specifications usually include weight, shaft length and shaft diameter as
well as motor length and diameter. Other useful dimensions include the location of mounting
holes and thread type. If only the length or diameter are provided, refer to an image, photo or
scale drawing to get a sense of the other dimensions based on the one known value.
Torque
*”Torque” is calculated by multiplying a force (acting at a distance away from a pivot) by the
distance. A motor rated at a stall torque of 10Nm can hold 10N at the end of 1m. Similarly, it
could also hold 20Kg at the end of 0.5m (20 x 0.50 = 10) and so on.
Note: 1 Kg * force of gravity (9.81m/s2) = 1N
Torque vs. Current:
Current is a value that cannot be easily controlled. DC motors use only as much current as they
need. Ideal specifications include this curve, and approximations are not easily reproduced. The
stall torque is related to the stall current. A motor that is prevented from turning will consume
maximum (“stall”) current and produce the maximum torque possible. The current required to
provide a given torque is based on many factors including the thickness, type and configuration of
the wires used to make the motor, the magnets and other mechanical factors.
Robotshop (2012). How do I interpret DC motor specifications?. Geraadpleegd op 14
februari 2015,
http://www.robotshop.com/blog/en/how-do-i-interpret-dc-motor-specifications3657
Blz. 36
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
2. Globale werking van een batterij
Een batterij zet chemische energie om in elektrische energie. Twee elektrodes met een verschillende
elektrische potentiaal vormen de plus- en de minpool, ook wel kathode en anode genoemd. Deze
elektrodes worden gescheiden door een elektrolyt, meestal een vloeistof die ionen geleidt. De
elektrolyt is vaak een waterige oplossing van een zout of een zuur met een verdikkingsmiddel,
bijvoorbeeld siliciumdioxide. Maar het kan ook een organische vloeistof zijn of een polymeer. Een
vloeibare elektrolyt wordt opgezogen in een niet-geleidende poreuze kunststof, de separator, om
kortsluiting te voorkomen. Als voorbeeld volgt hier de werking van een eenvoudige batterij: een
staafje zink en een staafje koper dat is ondergedompeld in een kopersulfaatoplossing.
Het potentiaalverschil tussen beide polen ontstaat doordat de twee gekozen metalen in een waterige
oplossing in verschillende mate oplossen. Zink (Zn) is een onedel metaal en lost gemakkelijk op.
Daarbij gaan zinkionen (Zn2+) in oplossing en blijft een overschot aan elektronen achter op de
zinkstaaf. De zinkstaaf wordt hierdoor de negatieve pool. Via de draad bereiken de elektronen de
koperelektrode (Cu) die de aangevoerde elektronen gemakkelijk opneemt waarbij de koperionen
(Cu2+) uit de oplossing juist neerslaan tot metallisch koper, Cu. Doordat er bij de zinkelektrode
elektronen afgevoerd worden, kunnen er hier weer meer zinkionen in oplossing gaan. Als alle
koperionen uit de elektrolyt neergeslagen zijn op de kop
4. Kenmerken van oplaadbare batterijen
Bij oplaadbare batterijen is de elektrochemische reactie omkeerbaar door het toevoeren van een
tegengestelde stroom. Bij dit opladen van een batterij wordt elektrische energie omgezet in
chemische energie, waarbij de oorspronkelijke stoffen weer ontstaan.
Batterijen met zink- of lithiumfolie zijn moeilijk langdurig herlaadbaar te maken. Dat komt omdat
deze metalen bij het laden dendrieten vormen, kleine metaalnaaldjes. Bij elke oplaadbeurt zouden
deze naaldjes langer worden en zo richting de andere elektrode van de batterij groeien. Wanneer ze
die bereiken, is dat fataal voor de werking van een batterij. Direct contact tussen beide polen levert
immers lokale kortsluiting, waardoor de batterij snel het einde van zijn levensduur bereikt.
Bij elektrochemische koppels die geen problemen leveren bij het herladen is energiedichtheid
tegenwoordig het toverwoord. Batterijproducenten zijn voortdurend op zoek naar betere materialen
voor het elektrochemische koppel om nog meer elektriciteit te kunnen opslaan per kubieke
centimeter en/of per kilo. Nikkelcadmiumbatterijen leveren 40 tot 50 Wh per kilo. Een
nikkelmetaalhydridebatterij van hetzelfde gewicht levert bijna dubbel zoveel energie, 80 tot 90
Wh/kilo. En de introductie van de lithiumionbatterijen zorgde begin deze eeuw weer bijna voor een
verdubbeling tot 150 à 200 Wh/kilo.
Daarnaast verbeterde de energiedichtheid ook nog met enkele tientallen procenten door de
structuur van een batterij te veranderen. In lithiumionbatterijen in moderne mobiele telefoons zitten
namelijk geen compacte elektrodes, maar hele lange dunne folies van slechts 100 tot 200 micron dik.
Hierdoor ontstaat een groter contactoppervlak voor de elektrochemische reactie. De elektrodes
worden gescheiden door een separator met elektrolyt van slechts enkele tienden van een millimeter
dik. In een batterij van één centimeter zitten zo’n twintig lagen op elkaar gevouwen.
4.1 Loodaccu
De loodaccu, de oerbatterij die over de hele wereld bij auto’s als startaccu wordt gebruikt, was de
eerste batterij die toegepast werd als 205–8 Batterijen 44 Chemische Feitelijkheden april
Blz. 37
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
2004oplaadbare batterij. In geladen toestand bestaat de minpool uit zuiver lood en de pluspool uit
loodoxide. Bij het ontladen komen bij de elektrode van zuiver lood elektronen vrij wanneer er
loodionen in oplossing gaan. Deze elektroden stromen naar de elektrode van loodoxide. Dankzij deze
elektronen gaat daar het vierwaardige lood in het loodoxide in oplossing als het tweewaardige lood
in loodsulfaat. De batterijreacties zijn:
(ontladen)
Kathode (+ pool): PbO2 + H2SO4 + 2 H+ + 2e- PbSO4 + 2 H2O
Anode (- pool): Pb + H2SO4 PbSO4 + 2 e- + 2 H+
Overall reactie: PbO2 + Pb + 2 H2SO4 2 PbSO4 + 2 H2O
Segers, M. (2004). Batterijen. Geraadpleegd op 6 februari 2015,
http://www.chemischefeitelijkheden.nl/uploads/magazines/cf-44-205-batterijen.pdf
Blz. 38
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Rendement
rendement = nuttige energie / toegevoerde energie
Voorbeeld:
~ Een automotor met een vermogen van 50 kilowatt draait 1 uur op
vol vermogen en levert dan 50 kilowatt × 1 uur = 50 kilowatt-uur
nuttige, mechanische energie.
~ Stel, de hoeveelheid toegevoerde energie is 200 kilowatt-uur
(dat is 22 liter benzine)
~ Het rendement is dan (50 / 200) × 100% = 25%
Hierbij wordt 150 kilowatt-uur, niet nuttig gebruikte energie, in de
vorm van warmte afgevoerd
Rendementen zijn altijd kleiner dan 100%
Perpetuum Mobile bestaat dus niet
Staveren, J. van (2014). Een relativerend verhaaltje over ENERGIE. Geraadpleegd op 5
februari 2015,
http://www.energiefeiten.nl/#Rendement
Blz. 39
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
In de afbeelding zijn de verschillende onderdelen van de elektromotor uit het filmpje nog eens aangegeven.
Zoals je in de figuur en in het filmpje ziet, zijn de belangrijkste onderdelen van de elektromotor een magneet en
een spoel. Met een spoel bedoelen we een gedraaid stuk geleidend materiaal. In de figuur en in het filmpje loopt
de spoel één keer rond om het wat overzichtelijk te houden, maar in werkelijkheid loopt het stuk metaal meestal
veel vaker rond. Een stuk of honderd windingen is niet abnormaal. Dat is omdat de stroom dan niet één keer,
maar honderd keer door het magneetveld loopt. En hoe meer stroom, hoe meer kracht. De kracht die een
elektromotor aan het draaien brengt, is de zogenaamde Lorentzkracht, die vernoemd is naar de ontdekker
Hendrik Lorentz, een Nederlandse natuurkundige. Dat is een kracht die gaat werken als een magnetisch veld
loodrecht op een elektrische stroom staat. De kracht werkt dan zelf ook weer loodrecht op de stroom én op het
magnetische veld. Omdat het nogal lastig is om je dat voor te stellen (en om het ook nog goed te onthouden), is
er de rechterhandregel of FBI-regel. Hoe die in elkaar zit, kun je lezen in het artikel over de FBI-regel
Figuur 1: de onderdelen van de elektromotor: een magneet (1) en een spoel (2) die via het
sleepcontact (3) is verbonden met de stroomkabels van de stroombron (4). De blauwe pijlen
geven de veldlijnen van het magneetveld aan, de gele pijlen geven aan hoe de stroom door
de spoel loopt en de paarse pijlen geven aan hoe de kracht werkt.
Om de motor nu aan het draaien te houden, moet de kracht elke keer dat de spoel een halve slag gedraaid is van
richting wisselen. Dat kan door óf het magneetveld óf de stroom om te draaien. Het omdraaien van het
magneetveld kan alleen door de hele magneet om te draaien, maar het omkeren van de stroom is veel
makkelijker. Bij een motor die op wisselstroom draait gaat dit al helemaal vanzelf: wisselstroom verandert zelf al
constant van richting, dus de kracht in de elektromotor ook. De motor gaat dan vanzelf draaien met dezelfde
snelheid als de snelheid waarmee de stroom van richting verandert. Als de motor op gelijkstroom draait, moet er
net iets meer gebeuren. Gelijkstroom gaat van zichzelf altijd dezelfde kant uit. Om te zorgen dat de stroom toch
altijd andersom door de spoel heen gaat, moet er een speciale constructie komen tussen de stroomkabels en de
spoel: het sleepcontact, dat de spoel met de kabels verbindt, is in het midden onderbroken. In figuur 2 kun je zien
wat dat voor effect heeft: elke kant van de spoel ligt na een halve slag tegen de andere stroomkabel aan. De
stroom loopt daardoor na elke halve slag weer in tegenovergestelde richting.
Sterl, F. (2014). Werking van de elektromotor. Geraadpleegd op 16 februari 2015,
http://www.sciencespace.nl/article/view.do?supportId=3121
Blz. 40
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
De Batterij oplader
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.
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 IUIalaadkarakteristiek; geavanceerdere laders met een onderhoudslading doen dit volgens een IUIoUlaadkarakteristiek.
Traktiebatterijen Nederland (2013). De batterij oplader. Geraadpleegd op 11 februari
2015,
http://www.traktiebatterijennederland.nl/7_ig_Batterij-oplader.php
Blz. 41
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Jorim

>1k berichten

4822 berichten

Beheer
Geplaatst op 14 april 2004 - 11:38
Zou je sub- en superscript willen gebruiken in je post
Even een kleine toevoeging over de loodaccu:
____________________________________________________________________
Loodaccu
PbO2 als oxidator en Pb als reductor. Verdund zwavelzuur is de elektrolyt.
De reacties bij ontlading van de accu zijn:
Positieve electrode: PbO2(s) + SO42- + 4H+ + 2 e- => PbSO4(s) + 2H2O(l)
Negatieve electrode: Pb(s) + SO42- => PbSO4(s) + 2 eDe reacties bij oplading van de accu zijn:
Positieve electrode: PbSO4(s) + 2H2O(l) + SO42- + 2 e- => PbO2(s) + 2H2SO4(aq)
Negatieve electrode: PbSO4(s) + 2H+ + 2 e- => Pb(s) + H2SO4(aq)
Totaal is dan dus:
--- opladen --->
PbO2(s) + Pb + 2H2SO4(aq) <=> 2PbSO4(s) + 2H2O(l)
<--- ontladen ---
____________________________________________________________________
Twee plaatjes lood of een axidegel, het zou moeten werken. Oude accus bevatten gewoon nog
de twee plaatjes lood zoals jij ze nu gebruikt (iets anders en waaarschijnlijk meer, maar ja dat zijn
de details).
Het zou misschien kunnen dat er aan beide plaatjes dezelfde reactie verloopt en er daardoor niks
gebeurt... Als je de plaatjes met een snoertje kortsluit heb je een stroomkring en dat zou toch
echt moeten werken lijkt mij...
Wetenschapsforum (2004). loodaccu. Geraadpleegd op 18 februari 2015,
http://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/150370-loodaccu/
Blz. 42
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Biografie
Volta, telg uit een adellijke katholieke familie, werd geboren in stad Como in het toenmalige
Oostenrijks-Lombardije, later het koninkrijk Lombardije-Venetië, nu behorend tot Italië. Zijn vader,
Filippo Volta, was elf jaar novice bij de jezuïeten geweest voordat hij de vrome freule, Maria
Maddalena dei Conti Inzaghi, huwde. Alessandro was één van hun negen kinderen, van wie er
vijf zouden toetreden in kerkelijke dienst.
Als kleuter zag het er niet naar uit, dat hij een wonderkind zou worden. Tot zijn vierde jaar kon hij
nog niet spreken en zijn familie was ervan overtuigd dat hij een achterblijver was. Maar in zijn
zevende jaar, na het overlijden van zijn vader, begon hij vooruit te gaan.
In zijn geboortestad ging Volta ook naar de middelbare school waar taal en literatuur centraal
stonden. Als scholier schreef hij gedichten in het Frans en Italiaans en oden in het Latijn. Volta
raakte geïnteresseerd in elektriciteit, voerde experimenten uit en las alles wat hij daarover in
handen kon krijgen. Een bevriende kanunnik, Giulio Cesare Gattoni, verschafte hem de
benodigde middelen en hij mocht gebruikmaken van diens laboratorium.
Op 18-jarige leeftijd correspondeerde hij al met hoogleraren en professoren over elektriciteit. De
vi attractiva ignis electrici ac phaenomenis inde pendentibus (1769) was zijn eerste
wetenschappelijke publicatie.
Van 1776-77 richtte hij zich op de scheikunde, ontdekte in 1778 het brandbare
moerasgas methaan en deed er experimenten mee zoals het ontsteken van gassen met een
vonk in een gesloten vat. In 1779 werd hij benoemd tot professor natuurkunde aan de universiteit
van Pavia, een leerstoel die hij bijna 40 jaar zou bekleden. Hier zette hij zijn werk voort op het
gebied van statische elektriciteit en vond hij de naar hem vernoemde zuil uit.
Volta trouwde in 1794 met Teresa Peregrini (1764-1841), de jongste dochter van graaf Ludovico
Peregrini. Ze kregen drie zonen, Giovanni, Flaminio en Zanino.
Blz. 43
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Werk en uitvindingen
In 1775 verbeterde en populariseerde Volta de elektrofoor, een apparaat om statische elektriciteit
te produceren. Deze bestaat uit een diëlektrische plaat van eboniet en een losse metalen plaat
met een geïsoleerd handvat. Nadat de ebonieten plaat was opgeladen kon men er elektrische
lading van onttrekken zonder dat de lading van de diëlektrische plaat verdwijnt. Hoewel Volta
vaak genoemd wordt als de uitvinder ervan, was het de Zweedse professor Johan Carl Wilcke die
het instrument reeds in 1764 uitvond.
In 1786 kwam Italiaanse anatoom Luigi Galvani erachter dat de spieren in de poten van een dode
kikker gingen trillen als ze in contact kwamen met twee verschillende metalen. Galvani dacht
hierdoor dat elektriciteit een biologisch verschijnsel was en werd opgewekt in spieren. Volta dacht
echter dat elektriciteit anorganisch was en dat twee verschillende metalen voor stroom zorgen.
Om dit te bewijzen bouwde Volta in 1800 een toestel samengesteld uit een aantal kommen,
gevuld met een zoutoplossing, die waren doorverbonden met koperen en zinken draden. Volta
liet zien dat door een gesloten kring een stroom liep; hij had een apparaat gebouwd dat een
ononderbroken elektrische stroom kon afgeven. Later maakte hij een eenvoudiger ontwerp dat uit
plaatjes koper en zink bestond, gescheiden door een schijfje karton gedrenkt in een
zoutoplossing. Deze kolom van metalen en karton werd de Zuil van Volta genoemd (zie
afbeelding) en was de voorloper van de moderne batterij.
Volta stuurde een beschrijving van zijn uitvinding naar Joseph Banks, voorzitter van de Royal
Society in Londen en al snel gingen velen in Engeland het onderzoeken. Zijn uitvinding leidde tot
vele nieuwe ontdekkingen, vanelektrolyse – het scheikundig ontleden van stoffen door middel van
elektriciteit – tot de uitvinding van de eersteelektromotor door Michael Faraday.
Wikipedia (2015). Alessandro Volta. Geraadpleegd op 27 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta
Blz. 44
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo

Intelligent
Een intelligente lader met een microprocessor die constant controleert of de batterijen al
vol zijn. Het kan dus zijn dat in een twee-uurslader de batterijen al na anderhalf uur vol
zijn. Omdat de laadtoestand van alle individuele cellen kan verschillen hebben intelligente
laders vrijwel altijd een indicatie per laadschacht. Sommige van deze laders hebben een
schakelende voeding zodat de lader geschikt is voor alle netspanningen wereldwijd (van
110 volt tot 240 volt).
Zelf berekenen van de laadtijd
Als de lader zelf de laadtijden aangeeft is het aan te bevelen deze te volgen. Wanneer de
batterijcapaciteit (in mAh) afwijkt kan ook de volgende vuistregel gebruikt worden:
laadtijd (in uren) = 1,2 × batterijcapaciteit (in mAh) / laadstroom (in mA)
Wikipedia (2014). Batterijlader. Geraadpleegd op 5 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Batterijlader
Blz. 45
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Charge rate
Charge rate is often denoted as C or C-rate and signifies a charge or discharge rate equal to the
capacity of a battery in one hour.[3] For a 1.6Ah battery, C = 1.6A. A charge rate of C/2 = 0.8A
would need two hours, and a charge rate of 2C = 3.2A would need 30 minutes to fully charge the
battery from an empty state, if supported by the battery. This also assumes that the battery is
100% efficient at absorbing the charge.
A battery charger may be specified in terms of the battery capacity or C rate; a charger rated
C/10 would return the battery capacity in 10 hours, a charger rated at 4C would charge the
battery in 15 minutes. Very rapid charging rates, 1 hour or less, generally require the charger to
carefully monitor battery parameters such as terminal voltage and temperature to prevent
overcharging and damage to the cells.
Applications
Since a battery charger is intended to be connected to a battery, it may not have voltage
regulation or filtering of the DC voltage output. Battery chargers equipped with both voltage
regulation and filtering may be identified as battery eliminators.
Battery charger for vehicles
There are two main types of charges for vehicles:

To recharge a fuel vehicle's starter battery, where a modular charger is used.

To recharge an electric vehicle (EV) battery pack.
Chargers rated only one or two amperes may be used to maintain charge on parked vehicle
batteries or for small batteries on garden tractors or similar equipment. A motorist may keep a
charger rated a few amperes to ten or fifteen amperes for maintenance of automobile batteries or
to recharge a vehicle battery that has accidentally discharged. Service stations and commercial
garages will have a large charger to fully charge a battery in an hour or two; often these chargers
can briefly source the hundreds of amperes required to crank an internal combustion engine
starter.
Blz. 46
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Electric vehicle batteries
Electric vehicle battery chargers come in a variety of brands and
characteristics. Zivan, Manzanita Micro, Elcon,Quick Charge, Rossco, Brusa, DeltaQ, Kelly, Lester and Soneil are the top 10 EV chargers in 2011 according to EVAlbum.com.
These chargers vary from 1 KW to 7.5 KW maximum charge rate. Some use algorithm charge
curves, others use constant voltage, constant current. Some are programmable by the end user
through a CAN port, some have dials for maximum voltage and amperage, some are preset to
specified battery pack voltage, amp-hour and chemistry. Prices range from $400 to $4500.[18]
A 10 amp-hour battery could take 15 hours to reach a fully charged state from a fully discharged
condition with a 1 amp charger as it would require roughly 1.5 times the battery's capacity.
Public EV charging stations provide 6 kW (host power of 208 to 240 VAC off a 40 amp circuit).
6 kW will recharge an EV roughly 6 times faster than 1 kW overnight charging.
Rapid charging results in even faster recharge times and is limited only by available AC power
and the type of charging system.[19]
Onboard EV chargers (change AC power to DC power to recharge the EV's pack) can be:

Isolated: they make no physical connection between the A/C electrical mains and the
batteries being charged. These typically employ some form of Inductive charging. Some
isolated chargers may be used in parallel. This allows for an increased charge current and
reduced charging times. The battery has a maximum current rating that cannot be exceeded

Non-isolated: the battery charger has a direct electrical connection to the A/C outlet's wiring.
Non-isolated chargers cannot be used in parallel.
Power Factor Correction (PFC) chargers can more closely approach the maximum current the
plug can deliver, shortening charging time.
Prolonging battery life
What practices are best depend on the type of battery. NiCd cells need to be fully discharged
occasionally, or else the battery loses capacity over time in a phenomenon known as "memory
effect." Once a month (once every 30 charges) is sometimes recommended.[citation needed] This
extends the life of the battery since memory effect is prevented while avoiding full charge
cycles which are known to be hard on all types of dry-cell batteries, eventually resulting in a
permanent decrease in battery capacity.
Blz. 47
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Most modern cell phones, laptops, and most electric vehicles use Lithium-ion batteries. These
batteries last longest if the battery is frequently charged; fully discharging them will degrade their
capacity relatively quickly. When storing however, lithium batteries degrade more while fully
charged than if they are only 40% charged. Degradation also occurs faster at higher
temperatures. Degradation in lithium-ion batteries is caused by an increased internal battery
resistance due to cell oxidation. This decreases the efficiency of the battery, resulting in less net
current available to be drawn from the battery. However, if Li-ION cells are discharged below a
certain voltage a chemical reaction occurs that make them dangerous if recharged, which is why
probably all such batteries in consumer goods now have an "electronic fuse" that permanently
disables them if the voltage falls below a set level. The electronic fuse draws a small amount of
current from the battery, which means that if a laptop battery is left for a long time without
charging it, and with a very low initial state of charge, the battery may be permanently destroyed.
Motor vehicles, such as boats, RVs, ATVs, motorcycles, cars, trucks, and more use lead–
acid batteries. These batteries employ a sulfuric acid electrolyte and can generally be charged
and discharged without exhibiting memory effect, though sulfation (a chemical reaction in the
battery which deposits a layer of sulfates on the lead) will occur over time. Typically sulfated
batteries are simply replaced with new batteries, and the old ones recycled. Lead–acidbatteries
will experience substantially longer life when a maintenance charger is used to "float charge" the
battery. This prevents the battery from ever being below 100% charge, preventing sulfate from
forming. Proper temperature compensated float voltage should be used to achieve the best
results.
Wikipedia (2015). Battery charger. Geraadpleegd op 12 februari 2015,
http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_charger
Blz. 48
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Stator
De stator van een draaistroommotor bestaat uit minimaal drie identieke spoelgroepen. Elke
spoelgroep bevat de spoelen van bij elkaar horende polen. De spoelgroepen, ook wel
fasewikkelingen genoemd, worden voorzien van dezelfde wisselspanning, maar met
faseverschillen van 120 graden. Bij een tweepolige motor, dat wil zeggen één paar polen per
spoelgroep, maken de overeenkomende polen in de drie spoelgroepen hoeken van 120 graden
met elkaar. Bij een 4-polige motor zijn er twee paar polen per spoelgroep. De hoek tussen de
overeenkomende polen is dan 60 graden. Door het faseverschil tussen de spoelgroepen bereiken
de polenparen na elkaar hun maximale magnetische veld. Daardoor ontstaat er een draaiend
magnetisch veld, draaiveld genoemd.
Fasewikkelingen kunnen in ster of in driehoek worden aangesloten. Bij de sterschakeling zijn de
3 fasewikkelingen op één punt (het sterpunt) aan elkaar gekoppeld. Kijkend vanuit 2 fasen van
het voedende net staan er in feite 2 wikkelingen in serie. Dit betekent dat de spanning per
wikkeling lager is dan de spanning tussen 2 fasen van het voedende net. Bij
de driehoekschakeling staat iedere fasewikkeling tussen 2 fasen van de aangesloten draaistroom
wisselspanning. Dan wordt dus per wikkeling wel de volledige fasespanning aangelegd. Het
verschil in deze aansluitmogelijkheid kan worden benut bij het aanlopen van een asynchrone
draaistroom motor. Bij de ster-driehoekschakeling worden bij het aanlopen allereerst de
wikkelingen in ster geschakeld en na enige tijd in driehoek. Door de aanvankelijke
serieschakeling zal de aanloopstroom van de motor aanzienlijk worden gereduceerd. Deze
omschakeling kan handmatig worden gedaan of door middel van een ster-driehoekautomaat.
Rotor
Het draaiende gedeelte (de rotor of het anker in het geval van de asynchrone kooirotormotor),
bestaat uit een kooi van grote staven die aan de uiteinden zijn kortgesloten door een grote ring.
(vandaar kortsluitankermotoren). De ruimte tussen de kooi is opgevuld met een weekijzerpakket.
In de staven lopen zeer grote stromen die tegen het statorveld in een tegenveld opwekken
waardoor de rotor gaat draaien.
Wikipedia (2014). Driefasige asynchrone motor. Geraadpleegd op 17 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Driefasige_asynchrone_motor#Stator
Blz. 49
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Nederland
Van 2007 tot 2012 heeft het Brabantse All Green Vehicles elektrische auto's gebouwd. In
november 2012 werd het bedrijf failliet verklaard. AGV bouwde conventionele auto's (Volvo, Ford)
om tot elektrische auto's. Het zijn bedrijfswagens en busjes voor personenvervoer die aan
gemeenten en bedrijven geleverd worden. Op 12 september 2010 werd de Nederlandse
elektrische auto, de Burton-E gelanceerd. Volgens de makers is dit "de meest duurzame
sportwagen ter wereld". Hij weegt 750 kg en is gebaseerd op de oude 2CV eend. Hij zou een
topsnelheid van 120 km/u halen. Het bereik is 100 à 120 km. De accu is in 4,5 uur op te laden.
Het basismodel zal minimaal 30.000 euro gaan kosten.
In 2014 kreeg Nederland nog een nieuwe wereldwijde primeur: de volledig elektrische Fiat 500e
cabriolet. Fiat besloot om de elektrische Fiat 500e niet in Europa te verkopen, maar de Duitse
fabrikant ReeVOLT! verkoopt de elektrische Fiat 500e al jaren in Duitsland. Bij het verkrijgen van
het officiële Nederlandse importeurschap heeft de firma E-Auto Point besloten om samen met
ReeVOLT! ook een cabriolet variant van de 500e te ontwikkelen: een wereldwijde primeur!
Eind 2011 startte in Amsterdam het bedrijf Car2Go een dienst waarbij elektrische Smarts
gehuurd kunnen worden voor korte ritjes door de stad.
In Nederland reden begin 2012 ongeveer 1500 volledig elektrische voertuigen rond. De ANWB
verwacht dat het aantal elektrische auto's in 2015 zal uitkomen op 20.000. Ten opzichte van het
totaal van ruim 8 miljoen personenwagens is dat een verwaarloosbaar marktaandeel. In
Nederland zijn in 2013 ongeveer 3.200 volledig elektrische auto's verkocht, waarvan 1.194 Tesla
Model S. Verder bestond de top 5 uit de Chevrolet Volt (745 auto's), Renault Zoe (547 auto's) en
de Nissan Leaf (462 auto's).
Oplaadpunten
Voor het opladen van een elektrische auto is een oplaadpunt nodig. Er zijn diverse vermogens,
afhankelijk van het type auto. Opladen kan via het lichtnet maar ook krachtstroom wordt gebruikt,
met name voor zwaardere auto's. Er bestaan ook snelladers die vooral bij tankstations langs
snelwegen geplaatst worden. Deze zijn voorzien van een soort tankslang waarmee aan de lader
gekoppeld kan worden. Tesla Motors claimt dat haar superchargers de auto's binnen 20 minuten
voor 50% opladen en op een half uur tijd zou het rijbereik met 275 km toegenomen zijn. Op 11
juni 2014 maakte Tesla-CEO Elon Musk bekend dat hij overweegt om het patent vrij te geven
zodat ook andere fabrikanten er gebruik van kunnen maken.
Wikipedia (2014). Elektrische auto. Geraadpleegd op 10 juli 2014,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_auto
Blz. 50
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Indeling
Gelijkstroommotor met borstel
Om deze draaiing mogelijk te maken moeten bij een gelijkstroommotor met borstels de polen van
de rotor omgekeerd worden bij elke halve omwenteling (of vaker als de rotor en/of stator uit meer
dan twee delen, de collectoren, bestaan). Deze verandering van polariteit gebeurt door
de commutator en koolborstels. De motor zal verder doordraaien als de richting van de stroom
die er doorheen vloeit wordt omgekeerd.
A: shunt
B: serie
C: compound
De motor kan zijn uitgevoerd als serie- of shuntmotor, waarbij de veld- en rotorspoelen
respectievelijk in serie en parallel met elkaar geschakeld zijn. Ook een combinatie van beide is
mogelijk, de z.g. compoundmotor.
Borstelloze motor[
Er zijn ook elekromotoren waarin de commutatie elektronisch geregeld is. Deze borstelloze
elektromotoren hebben geen koolborstels, waardoor vonkvorming en slijtage (een probleem bij
borstelmotoren) voorkomen wordt. Zo'n motor noemt men ook wel ECM-motor (Electronically
Commutated Motor).
Warmteontwikkeling
De meest voorkomende oorzaak van falen van elektromotoren is te grote warmteontwikkeling. De
temperatuur van de motor wordt te hoog, waardoor de lagers het kunnen begeven, de windingen
kortsluiting kunnen veroorzaken of de magneten permanent gedemagnetiseerd raken en
daarmee hun kracht verliezen.[2]
Blz. 51
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Wisselstroommotor
driefasige AC-motor met externe koeling
Een drie-fasen-wisselstroommotor kan bijzonder eenvoudig van constructie zijn doordat de
commutator/koolborstel-constructie achterwege kan blijven. Dit is zo bij een kooiankermotor. Bij
een sleepringankermotor wordt echter wel gebruikgemaakt van sleepringen en koolborstels
(rotor). Door middel van eenfrequentieregelaar kan de snelheid van een kooiankermotor
eenvoudig geregeld worden.
Wikipedia (2014). Elektromotor. Geraadpleegd op 12 september 2014,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektromotor
Blz. 52
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Basisprincipes
Schematische voorstelling galvanisch element
Constructie
Een galvanisch element bestaat uit twee halfelementen:
1. Zinkstaaf in vloeistof van zinksulfaat ZnSO4
2. Koperstaaf in vloeistof van koper(II)sulfaat CuSO4
Werking
De metaalatomen van de metaalstaven (elektrodes) hebben de eigenschap om op te lossen in de
vloeistof (elektrolyt) waarbij er positief geladen metaalionen in het elektrolyt gaan en de negatief
geladen elektronen achterblijven op de elektrode. Er zal hierdoor eenpotentiaalverschil ontstaan
tussen elektrode en het elektrolyt. De oplossingsdrang van een metaal is groter naarmate het
metaal onedeler is.
Omdat zink onedeler is dan koper zal de zinkstaaf sneller zijn elektronen afgeven en dus een
groter negatief potentiaal hebben dan de koperstaaf. Door een elektrische verbinding aan te
brengen tussen de zink- en de koperstaaf zullen de elektronen van de meer negatief geladen
zink-elektrode naar de minder negatief koper-elektrode gaan. Er loopt nu een elektrische stroom
die tegengesteld is aan de elektronenstroom.
Op hetzelfde moment zal ook een ionenstroom op gang komen. Voor iedere twee elektronen die
van de zink- naar de koperstaaf lopen zal een Zn-atoom in de elektrolytoplossing gaan als Zn2+ion. Dit proces – het afstaan van elektronen - wordt oxidatie genoemd en vindt plaats aan
de anode.
Omdat de koperstaaf er twee elektronen bij krijgt moeten deze gebonden worden aan een Cu2+ion, wat als een koper-atoom zal neerslaan op de koperstaaf. Dit proces – het opnemen van
elektronen - wordt reductie genoemd en vindt plaats aan de kathode.
Blz. 53
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Het gevolg hiervan is dat in het kopersulfaat een overschot aan SO42--ionen ontstaat en in het
zinksulfaat een tekort. Door tussen beide vloeistoffen een zoutbrug (bijvoorbeeld
van kaliumchloride) of poreuze schijf aan te brengen wordt dit evenwicht hersteld. Het
galvanische element kan nu net zolang elektriciteit leveren totdat de gehele zinkstaaf is opgelost
of totdat alle koperionen neergeslagen zijn op de koperstaaf.
De afgenomen elektrische arbeid is gelijk aan een equivalente hoeveelheid reactiewarmte die bij
een vergelijkbaar proces zou vrijkomen in bijvoorbeeld een reageerbuis. Men spreekt ook wel
van koude verbranding.
Potentiaalverschil
De potentiaal van een galvanisch element kan bepaald worden aan de hand van de tabel van
standaardelektrodepotentialen voor iedere halfelement.

De eerste stap is om de afzonderlijk oxidatie- en reductiereacties te bepalen. Voor het
element hierboven zijn dat de volgende halfreacties:
Oxidatie: Zn → Zn2+ + 2e–
Reductie: Cu2+ + 2e– → Cu

De tweede stap is het opzoeken van het standaardelektrodepotentiaal E0 in de tabel voor
iedere reactie. Het potentiaalverschil van het element is gelijk aan de meest positieve E0waarde minus de meest negatieve E0-waarde:
Zn2+ + 2e– → Zn
E0 = –0,76 V
Cu2+ + 2e– → Cu E0 = +0,34 V
Het potentiaalverschil – bronspanning genoemd – is dus (+0,34 V) – (-0,76 V) =
1,1 Volt onder standaard condities en wanneer er geen stroom loopt door het element.

Indien het galvanische element wordt gebruikt onder niet standaard condities
moet de Nernst-vergelijkingtoegepast worden om de juiste elektrodepotentiaal te
berekenen. Als er een stroom loopt moet rekening gehouden worden met de
inwendige weerstand van het element.

Er zal pas een elektrische stroom gaan lopen zodra het potentiaalverschil tussen
het elektrodepotentiaal van de oxidator en het elektrodepotentiaal van de
reductor groter is dan 0,3 Volt.
Wikipedia (2013). Galvanisch element. Geraadpleegd op 2 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Galvanisch_element
Blz. 54
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Koppel (aandrijftechniek)
Koppel is een maat voor het rotatie-effect van een kracht. De SI-eenheid voor koppel is
de Newtonmeter (Nm).
Er is sprake van een koppel als er meerdere krachten op een voorwerp worden uitgeoefend, die
op verschillende plaatsen op het voorwerp aangrijpen, zodat ze het voorwerp zouden kunnen
laten draaien. De grootte van een koppel is gelijk aan de kracht maal de arm. De arm is de
loodrechte afstand tot de krachtvectoren. Het verschil tussen een koppel en een moment is dat
het krachtenspel van een koppel zodanig symmetrisch is dat er geen netto dwarskracht overblijft;
indien het voorwerp vrij zou kunnen bewegen zou er alleen rotatie en geen translatie
(verplaatsing) van het voorwerp plaatsvinden.
Betekenis
plaatje 1. Koppel K (= kracht Fk x lengte a Nm) werkt op een as. Het moment M (= kracht Fm x lengte L)
werkt ook op een as, maar oefent daarbij tevens een dwarskracht Fd uit (die gelijk is aan Fm). Ter
verduidelijking doet Fd hier de as buigen.
De werking van een koppel kan geïllustreerd worden aan de hand van plaatje 1. Het maximaal
leverbare koppel is een kenmerk van de kracht van een motor.
Koppel als vectorgrootheid
Een koppel heeft naast een grootte tevens een richting, waarmee het een vectorgrootheid is. Het
verband tussen het koppel, de arm en de uitgeoefende kracht is als volgt:
waarin



: koppel Nm
: arm m
: kracht N
Blz. 55
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Koppel in elektromotoren
De kracht die door de de uitgaande as van de elekromotor wordt uitgeoefend en via de uitgaande
as wordt afgevoerd naar het aangedreven werktuig.
P = M x n / 9500
Hierin is P het vermogen in [kW]; M is het draaimoment in [Nm]; en n is het toerental in [rpm] of
[1/min]
Bij elektromotoren praat men ook van losbreek koppel en kipkoppel. Het losbreek koppel is het
draaimoment dat op de as wordt uitgeoefend bij het inschakelen van de motor. Het kipkoppel is
het hoogste draaimoment dat de elektromotor af geeft tijdens het opstarten. Het losbreek koppel
ligt vaak rond de 80% van het nominale koppel en het kipkoppel ligt vaak rond de 200 tot 250%
van het nominale draaimoment.
(2015). Koppel (aandrijftechniek). Geraadpleegd op 14 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Koppel_%28aandrijftechniek%29
Blz. 56
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Lithium-ion-accu's (ook wel "Li-ion-accu"), zijn accu's die vaak
inconsumentenelektronica worden gebruikt, vooral vanwege hun hogeenergiedichtheid. Er kleven
echter ook een paar nadelen aan dit type accu. Omdat er een regelsysteem aan gekoppeld moet
zijn, is dit type accu vaak specifiek voor een apparaat gemaakt, in tegenstelling tot
bijvoorbeeld nikkel-metaalhydrideaccu's (NiMH). Dit regelsysteem controleert de spanning, om te
diepe ontlading te voorkomen. Diepontlading gebeurt wanneer de accu te leeg is en heeft interne
beschadiging tot gevolg. Het regelsysteem zorgt ervoor dat de stroomvoorziening wordt gestopt
wanneer de interne spanning te laag dreigt te worden. De lithium-ion-accu dient niet te worden
verward met de (niet oplaadbare) lithiumbatterij.
Eigenschappen
De nominale spanning van een enkele cel kan afhankelijk van de gebruikte anode variëren van
3,6 tot 3,8 Volt. De spanning varieert echter van 2,40 tot 4,20 volt. Als de spanning onder de 2,40
volt komt, is de cel meestal stuk. Daarom wordt 3,50 of 3,00 volt meestal als minimum
aangehouden.
Het laden van een Li-ion-accu duurt ongeveer 3 uur. Bij proeven is gebleken dat laden met een
hoge stroom niet minder lang duurt – de accu heeft toch drie uur nodig voordat hij helemaal
geladen is.
Voordelen:

Hoogste energiedichtheid, op de lithium-ion-polymeer-accu na.

Geringe zelfontlading (alleen door geïntegreerd regelsysteem).

Geen geheugeneffect (geen capaciteitsvermindering bij het laden van een niet-lege accu).

Hoog vermogen (sterk afhankelijk van kathodemateriaal).

Milieuvriendelijker dan andere batterijen.

Lange levensduur.
Nadelen:

Hoge kostprijs.

Gevallen van explosie en brand door hoge temperaturen.
Wikipedia (2015). Lithium-in-accu. Geraadpleegd op 5 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-accu
Blz. 57
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Lithium-ion-polymeer-accu
Een lithium-ion-polymeer-accu, beter bekend als een lithium-polymeer-accu of kortweg Lipoaccu is een oplaadbare batterij. De batterij is een variant van de lithium-ion-accu.
De Lipo-accu wordt met name in de modelbouw gebruikt vanwege het grote vermogen per
gewicht. Tevens hebben deze accu's een lage interne weerstand waardoor ze een hoge stroom
af kunnen geven. De Lipo-cel heeft geen last van het geheugeneffect zoals bij de NiCd-cel.
Het laden van een Lipo-accu gaat vrij snel: in zo'n 1 à 1,5 uur is een Lipo-accu opgeladen. Wel is
het belangrijk dat het opladen van een Lipo-accu met de juiste lader gebeurt. Lipo-accu's kunnen
bij verkeerd laden, waarbij de temperatuur aardig op kan lopen, in brand vliegen of exploderen.
Er zijn dan ook speciale Lipo-celladers in de handel.
Een Lipo-cel heeft een bronspanning van 3,7 volt, bijna drie keer zo hoog als die van NiCDen NiMH-cellen. Bij het ontladen mag de spanning van een Lipo-cel niet onder de 3 volt komen,
anders is de kans groot dat de accu daarna niet meer te laden is.
Wikipedia (2015). Lithium-ion-polymeer-accu. Geraadpleegd op 9 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-polymeer-accu
Blz. 58
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Kenmerken
Voordelen van loodaccu’s, vergeleken met andere typen accu’s, zijn:

Grote eenvoud: het elektrochemische systeem bestaat slechts uit water, zwavelzuur en lood.

Ze kunnen hoge elektrische stroom leveren, bijvoorbeeld voorstartmotoren van auto's.

Relatief hoog vermogen per massa-eenheid.

Relatief goedkoop.

Gemakkelijk te recupereren. Er zijn geen ingewikkelde scheidingsprocessen nodig.

De hoge spanning van ruim 2,0 volt per cel (hoger dan zink-kool, maar lager dan lithium-ion).
Nadelen:

Lage energie per massa-eenheid, in de orde van 108 kJ/kg (30 Wh/kg).

Omdat de cellen in de meeste accu's een vloeibaar elektrolyt hebben, ontstaat bij
overladen knalgas, een explosief mengsel van zuurstof en waterstof.

De zeer corrosieve werking van zwavelzuur.
Bijna alle hedendaagse auto's gebruiken loodaccu's. Ook worden ze bijvoorbeeld gebruikt voor
aandrijving invorkheftrucks, waar het hoge gewicht (al gauw 1500 kg) nuttig gebruikt wordt
als contragewicht.
12-Volts accu's bestaan uit zes cellen in serie, met elk een nominale spanning van 2,1 volt. Zo'n
samenstelling van accu's noemt men als regel een accubatterij. Enkele kenmerken:

Open klemspanning bij volledig geladen: 13,0 V

Einde van ontladen: 11,8 V

Laden met: 13,8-14,4 V

Spanning waarbij water ontleedt in waterstof en zuurstof: 14,4 V

Bij continu laden: maximaal met 13,8 V

Na volledig opgeladen te zijn zakt de klemspanning snel naar 13,2 V en dan langzaam naar
12,6 V.
Werking
Elke cel heeft (in geladen toestand) een elektrode van fijn verdeeld zuiver lood (Pb) en een
elektrode vanlood(IV)oxide (PbO2), die zich bevinden in een elektrolyt van ongeveer 37
massaprocent zwavelzuur (H2SO4). Het elektrodemateriaal is aangebracht op loden platen die
zelf niet aan de elektrochemische processen bijdragen.
Blz. 59
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Tijdens de ontlading vormt zich een laag loodsulfaat op beide materialen. Tijdens het opladen
wordt het loodsulfaat weer omgezet in lood en lood(IV)oxide.
De chemische reacties zijn (links geladen, rechts ontladen):
De volgende reactie voltrekt zich naar rechts aan de anode bij ontladen (oxidatie) en naar links
aan de kathode bij opladen (reductie):
Pb (s) + SO42− (aq) ↔ PbSO4 (s) + 2 e−
waarbij ε0 = −0,356 V
De volgende reactie voltrekt zich naar rechts aan de kathode bij ontladen (reductie) en
naar links aan de anode bij opladen (oxidatie):
PbO2 (s) + SO42− (aq) + 4 H+ + 2 e− ↔ PbSO4 (s) + 2 H2O (l)
waarbij ε0 = 1,685 V
In ontladen toestand bestaan beide elektroden uit lood(II)sulfaat. De elektrolyt
verandert dan in water, waardoor ontladen loodaccu's bevriezingsschade kunnen
ondervinden.
Typen loodaccu's
Er worden de volgende typen loodaccu's onderscheiden, afhankelijk van het beoogde gebruik en
daarmee de bouw van de accu:

startaccu's: deze kunnen korte tijd hoge stroom leveren. Autoaccu's zijn startaccu's.
Aanbevolen wordt om een startaccu niet verder dan 20% te ontladen. In auto's met een
verbrandingsmotor wordt daaraan voldaan: na de hoge stroom om de automotor te starten
wordt de accu snel weer opgeladen. Startaccu's hebben relatief veel en dunne loden platen.
De capaciteit van een startaccu gaat sterk achteruit door sterk ontladen en weer laden, ten
gevolg van sulfatering. Bij sulfatering ontstaat een harde, onoplosbare laag op de elektroden,
die niet elektrisch geleidend is. Dit type accu's is de goedkoopste soort.

stationaire accu's of semi-tractie accu's: leveren een lagere stroom dan startaccu's, maar
kunnen dieper ontladen worden, tot 50%. Deze accu's zijn beter tegen sulfatering bestand
dan startaccu's.

(vol-)tractie-accu's: kunnen tot 80% ontladen worden, en hebben een langere levensduur
(uitgedrukt in ontlaad-laad-cycli) dan stationaire accu's. Echter, vol-tractie accu's zijn
aanmerkelijk duurder dan stationaire accu's.
Naast de "gewone" natte-elektrolyt accu's bestaan er ook gel-accu's (zie verderop in dit artikel).
Deze bevatten een elektrolyt in gel-vorm, en zijn daarmee ook in gekantelde toestand bruikbaar.
Deze kunnen langdurig diep ontladen worden, tot 80%, en weer snel geladen worden.
Blz. 60
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Algemene informatie
De capaciteit van de accu wordt uitgedrukt in ampère-uur (1 ampère-uur is gelijk aan
3600 coulomb). Naarmate men echter de accu zwaarder belast en sneller oplaadt, neemt deze
capaciteit af. Als de accu lange tijd niet gebruikt wordt, treedt er door zelfontlading verlies aan
lading op. Bovendien wordt het loodsulfaat dan geleidelijk in een minder actieve vorm omgezet.
Daarbij laat het ook los van de elektroden en zakt het naar beneden in de sedimentatieruimte
onder de platen. Tijdens dit sedimentatieproces kan er kortsluiting ontstaan.
Tijdens het ontladen en de vorming van loodsulfaat aan de platen wordt er zwavelzuur onttrokken
aan de elektrolyt. De zwavelzuurconcentratie en daarmee het soortelijk gewicht neemt dan af.
Door het controleren van de zuurdichtheid heeft men controle op de ladingstoestand. Tijdens het
gebruik is er alleen waterverlies. Door verdamping en door waterelektrolyse bij het laden en
tijdens de langzame zelfontlading. Daarom mag de accu alleen met gedestilleerd (zuiver) water
worden bijgevuld. Onzuiver hard water kan leiden tot afzetting van gips en inwendige kortsluiting
via migrerende ijzer(II)ionen en ijzer(III)ionen (Fe2+ en Fe3+).
Gelaccu's
Voordelen van gelaccu's ten opzichte van natte accu's zijn:

bruikbaar in elke oriëntatie

bij het laden ontstaat minder gas, en het gas dat ontstaat wordt door het sponsachtige
elektrolyt opgenomen, waarbij de zuurstof en waterstof bij ontladen weer water wordt. Dit
gebeurt op dezelfde wijze als in een brandstofcel.

gelaccu's zijn hierdoor onderhoudsvrij: er hoeft geen water toegevoegd te worden

er treedt minder snel sulfatering op

de zelfontlading is minder dan bij natte accu's
Nadelen van gelaccu's ten opzichte van natte accu's zijn:

kunnen minder stroom leveren bij gelijke afmetingen

lagere capaciteit bij gelijke afmetingen

gevoelig voor overladen, er ontstaan holtes die niet kunnen ontsnappen waardoor de
capaciteit afneemt

er kan geen water bijgevuld worden als ten gevolg van overladen water verloren is gegaan in
de vorm van gas

hogere prijs
Blz. 61
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Toepassingen
Natte accu's die ontworpen zijn om ver ontladen te worden worden onder andere gebruikt in:

golfkarretjes, vorkheftrucks en dergelijke

onderzeeboten

back-upvoedingen voor telefooncentrales, grote computercentra, etc.

opslag van elektriciteit van zonnepanelen
Gelaccu's worden onder andere toegepast in

noodstroomvoedingen voor kleine computersystemen (UPS)

elektrische scooters

beveiligingssystemen

fietsen met elektrische hulpmotor

maritieme toepassingen
Wikipedia (2015). Loodaccu. Geraadpleegd op 2 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Loodaccu
Blz. 62
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Loodaccu
Loodaccu uit een auto
Het oudste type accu, dat nog steeds gebruikt wordt, is de loodaccu, ook wel loodzwavelzuurbatterij of lood-zuurbatterij genoemd. Doordat de spanning niet overeenkomt
met die van standaard batterijen kan deze niet gebruikt worden als vervanger van een
eenmalige batterij. Deze is van het natte-celtype en bevat vloeistoffen in niet-afgesloten
containers, zodat de accu te allen tijde rechtop dient te staan. De ruimte waarin hij zich
bevindt moet goed geventileerd worden, vanwege de explosieve combinatie
vanzuurstof en waterstof die vrijkomt als de accu wordt overladen. De lood-zuuraccu is
ook relatief zwaar in verhouding tot de hoeveelheid energie die hij kan leveren. De
energiedichtheid van dit soort accu is het laagst van alle oplaadbare accu's: 30 Wh/kg.
Ook de vermogensdichtheid is het laagst: 75 W/kg accu. De energiedichtheid geeft aan
hoeveel energie er per kilogram accu opgeslagen kan worden. De vermogensdichtheid
staat voor de arbeid per seconde die de accu per kilogram kan leveren. Bij deze accu
beide niet veel. Desondanks wordt dit type accu veel gebruikt, vooral vanwege de lage
productiekosten en de grote elektrische stroom die hij kan leveren. Een duurder type
lood-zuurbatterij, degelbatterij, bevat een elektrolyt die is geïmmobiliseerd in de vorm
van gel.
Blz. 63
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Nikkel-metaalhydride (NiMH)
NiMH-accu
De NiMH-batterijen kunnen minder goed tegen te lage en te hoge temperaturen. Bij lage
temperaturen verliest de batterij zijn lading en bij hoge temperaturen raakt de batterij beschadigd.
Bij welke temperatuur dat gebeurt hangt sterk af van het merk en de kwaliteit. Een NiMH-batterij
kan beter niet volledig ontladen worden. Bij elektronische apparatuur is dat geen probleem,
doordat deze apparatuur zichzelf tijdig uitschakelt, maar bij een zaklantaarn met een gloeilampje
kan de batterij volledig ontladen worden. Bij normaal gebruik gaat de NiMH-batterij korter mee
dan een NiCd-batterij. De energiedichtheid van Ni-MH accu's ligt tussen die van NiCd-accu's en
Li-ionaccu's in: 60 Wh/kg. De vermogensdichtheid is het laagst van de 3 soorten: 175 W/kg.
De eerste NiMH-batterijen konden weinig stroom leveren en hadden een lage capaciteit. In de
jaren 2000 tot 2006 verbeterde de capaciteit en de te leveren stroom sterk voor batterijen van
dezelfde grootte. Er kwamen accucellen beschikbaar met een capaciteit van 15 Ah.
Doordat de gewone NiMH- en de NiCd-batterijen een vrij grote zelfontlading hebben, zijn deze
niet geschikt voor apparaten die maar weinig stroom gebruiken (zoals afstandsbedieningen en
klokken). Vanaf 2008 zijn er echter verschillende soorten van deze NiMH-batterijen met een veel
lagere zelfontlading te koop, vaak aangeduid met de generieke Engelse term "low self discharge"
of de afkorting "LSD", die wel voor dit type toepassing geschikt zijn. Voorbeelden van LSD-NiMH
batterijen zijn de Recyko+ serie van fabrikant GP, de Eneloop-serie van fabrikant Sanyo, de
Imedion-serie van Maha. Overigens kunnen de LSD-varianten gewoon in een standaard NiMHlader opgeladen worden. Na een jaar zonder gebruik heeft een opgeladen LSD-NiMH-accu nog
ongeveer 85 procent van de originele capaciteit beschikbaar, terwijl een normale NiMH tegen die
tijd door zelfontlading helemaal leeg is.
Wikipedia (2014). Oplaadbare batterij. Geraadpleegd op 12 september 2014,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Oplaadbare_batterij
Blz. 64
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Rotor (elektromotor)
Rotorkooi van een inductiemotor. De draaiing van de kooi is lichtjes overdreven voor de duidelijkheid.
De rotor of het anker van een elektromotor of generator is het ronddraaiende deel. Afhankelijk
van het type elektromotor heeft de rotor een verschillende opbouw. Zo worden er
voor inductiemotoren (ook wel asynchrone motoren genoemd) kooiankers gebruikt, terwijl er
voorsynchrone motoren of gelijkstroommotoren rotorwikkelingenaanwezig moeten zijn.
De wisselstroomseriemotor heeft zowel spoelen in de statorals in de rotor. Via koolborstels in de
stator en decommutator op de rotor wordt een stroomkring verkregen met de verschillende spoelparen. Doordat de rotor steeds een stukje verdraait onder invloed van de
tweemagneetvelden (stator versus rotor) worden er steeds weer andere spoelen in de rotor in
de stroomkring geschakeld. Hierdoor blijft de rotor draaien, en kan zijn toerental zonder enige
mechanische belasting erg hoog oplopen. (Het op hol slaan van een seriemotor) De draairichting
wordt bij gelijkstroommotoren bepaald door de polariteit van de aangelegde spanning (MITS de
Stator permanent magnetisch is!) Bij elektromagnetische statoren wordt de draairichting op
dezelfde manier verwisseld als bij een wisselstroommotor. Wisselstroommotoren hebben
normaliter geen permanente magneten in de Stator. Bij wisselstroommotoren wordt dit bepaald
door de ompoling van (ALLEEN) de statorspoelen.
Wikipedia (2014). Rotor (elektromotor). Geraadpleegd op 18 februari 2015,
http://nl.wikipedia.org/wiki/Rotor_%28elektromotor%29
Blz. 65
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Geschiedenis
De term 'batterij' werd voor het eerst gebruikt door Benjamin Franklin in 1748 als aanduiding
voor een rij elektrisch geladen glasplaten. Het woord battery betekent in het Engels een klap
en dat is hoe een elektrische schok van het apparaat aanvoelde. In die tijd had een batterij
vooral amusementswaarde en geen of nauwelijks praktische toepassingen. Andere
onderzoekers maakten batterijen van parallel geschakelde Leidse flessen. Er werd veel
onderzoek gedaan naar de geneeskrachtige werking van elektriciteit, maar dat leverde
weinig op. (De defibrillator werd pas in 1932 uitgevonden door William Bennett
Kouwenhoven.)
In de periode 1780-1786 voerde Luigi Galvani zijn beroemde experimenten uit met spieren
van kikkers, die samentrokken als hij er pennen van verschillende soorten metaal in stak.
Zijn vriend Alessandro Volta, professor aan de universiteit van Pavia, bouwde op zijn
experimenten voort en stelde vast dat een combinatie van twee metalen elektriciteit kon
produceren ook zonder spierweefsel erbij te betrekken. Oorspronkelijk gebruikte Volta een
reeks schalen met zoutoplossing, die hij met elkaar verbond door een metalen boogje, dat
aan de ene kant bestond uit koper en aan de andere kant uit zink of tin. Later gebruikte hij
een kolom van afwisselend koperen en zinken schijfjes, gescheiden door vilt dat in een
zoutoplossing was gedrenkt, de zogenaamde Zuil van Volta. In 1800 maakte hij zijn
uitvinding bekend. Deze kreeg toen ook de naam batterij.
Alkalinebatterijen voor schrikdraadapparaten
In 1836 vond de Engelsman John Daniell het Daniell element uit. Dit type batterij gebruikte
twee elektrolyten, kopersulfaat en zinksulfaat, en was veiliger in gebruik dan de zuil van
Volta.
De eerste praktisch toepasbare herlaadbare accu op basis van lood en zuur werd in 1859
ontwikkeld door de Franse uitvinder Gaston Planté. Dit principe wordt nog steeds gebruikt in
auto-accu's.
In 1866 patenteerde de Fransman George Leclanche de natte koolstof-zinkbatterij. Deze
bestond uit een koolstofstaaf, ingebed in mangaandioxide, gemengd met koolstofpoeder en
gedrenkt in een ammoniumchloride-oplossing. Leclanches batterij vond snel ingang in de
telegrafie. In 1881 vond Carl Gassner de eerste commercieel succesvolle droge cel uit - een
zink-koolstofcel. Batterijen op basis van zink en koolstof worden nog steeds gebruikt, hoewel
zij tegenwoordig grotendeels vervangen zijn door alkalinebatterijen, die meer energie kunnen
leveren.
In 1899 vond Waldemar Junger de eerste herlaadbare nikkel-cadmiumbatterij uit, waar hij in
1901 patent op kreeg. In 1901 kreeg Thomas Edison eveneens patent op een nikkelijzerbatterij.
In de Tweede Wereldoorlog ontwikkelden Amerikaanse onderzoekers een krachtigere
batterij op basis van mangaan(IV)oxide en zink met een alkalische elektrolyt. Dit leidde rond
1950 tot de introductie van kleine alkalinebatterijen voor algemeen gebruik.
Wikitronics (2012). Geschiedenis. Geraadpleegd op 26 februari 2015,
http://www.wikitronics.nl/?q=node/154
Blz. 66
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Kabel, M. & Spillane, B. (2014). Chemie Overal: 5 HAVO . Groningen: Noordhoff Uitgevers.
Feldmann, C. (Januari 2015) Hoe werkt het? Deze maand: de accu. Kampioen, 1, p. 61.(zie bijlage 4.1)
Blz. 67
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo
Blz. 68
Profielwerkstuk Elektrische Skelter
Natuurkunde, 5 Havo