Soorten accu’s E-bike en Pedelec.

Soorten accu’s E-bike en Pedelec op een rijtje. Batterijen verschillen niet alleen van constructie, ze verschillen ook in chemische samenstelling.
De meest voorkomende batterijen zijn:

• NiCAD batterijen
• NiMH batterijen
• Li-ion batterijen.

Nikkel-Cadmium

Een Nikkel-Cadmium is een droge accu en bevat nikkel-hydroxide in de kathode, cadmium in de anode en een potassium-hydroxide in de elektrolyt.
Ze werden vooral in de aller-eerste elektrische fietsen geplaatst en af en toe zie je ze nog in de goedkoopste uitvoeringen, zoals ze die bij bouwmarkten en dergelijke verkopen.

Nikkel-Cadmium batterijen hebben een snelle laadtijd en goede ontlaadeigenschappen.
Het grootste nadeel van deze batterijen is het geheugeneffect.

Dat betekent dat ze geleidelijk hun capaciteit verliezen als ze steeds worden opgeladen zonder volledig leeg te zijn geweest.
De bodem komt als het ware steeds verder omhoog, waardoor je ze niet meer volledig kunt opladen.
Een ander nadeel is dat het lood en cadmium in deze batterijen slecht zijn voor het milieu.

Laden en ontladen

Vóór het eerste gebruik moet je een NiCd batterij volledig opladen en vervolgens weer volledig ontladen.
Deze cyclus moet je drie tot vier keer herhalen voor een maximale capaciteit.
Als onderhoudsmaatregel geldt dat je een NiCd batterij elke één à twee maanden een keer volledig moet ontladen en weer opladen.
Zo kun je het geheugeneffect enigszins, maar niet volledig, voorkomen.
Je kunt oudere NiCd batterijen nog ‘oppeppen’ door ze met behulp van een elektronisch ontlaadapparaat enkele malen te laden en te ontladen, maar echt nieuw krijg je ze nooit meer.

Voordelen

• Bestand tegen zware omstandigheden
• Vergevingsgezind; kunnen tegen diepe, langdurige ontladingen Hoge vermogensdichtheid
• Lange levensduur Lage productiekosten.

Nadelen

• Geheugeneffect
• Lage energiedichtheid
• Onderhoud nodig
• Giftige stoffen (lood en cadmium)

Nikkel-metaalhydride

Nikkel-metaalhydride batterijen bevatten een nikkel-hydroxide kathode en een anode uit metaalhydride, een verbinding van metaal en waterstof.
De basisstructuur is gelijk aan die van NiCd. NiMH batterijen hebben een hogere energiedichtheid dan NiCd.
Een NiMH batterij kan twee- tot driemaal de capaciteit van een even grote NiCd batterij hebben.

Tot op heden worden ze nog steeds geleverd bij nieuwe elektrische fietsen omdat de capaciteit groter is dan een NiCd batterij en omdat ze minder last hebben van het geheugeneffect.
De typische NiMH heeft een spanning van 1,2 volt per cel. Dat is gelijk aan een NiCd-batterij.
De levensduur is echter beperkt met een maximum van ongeveer 400 laad-en ontlaadcycli.

Laden en ontladen

Nikkel-metaalhydride batterijen kunnen aanmerkelijk sneller worden opgeladen dan NiCd.
Net als NiCd-batterijen moeten NiMH batterijen de eerste keer volledig ‘doorgeladen’ worden.
Voor een langere levensduur is het belangrijk de batterij om de twee à drie maanden volledig te ontladen en weer te laden.
Herhaaldelijk opladen van een niet geheel lege batterij leidt tot het geheugeneffect en dus een geleidelijk verlies aan capaciteit.
Bij NiMH batterij treedt dit in mindere mate op dan bij een NiCd batterij.

Voordelen

• 30 tot 40% meer capaciteit dan NiCd Snel op te laden
• Lage productiekosten Minder giftige stoffen.

Nadelen

• Geheugeneffect (minder erg dan NiCd)
• Lage energiedichtheid
• Hoge zelfontlading
• Beperkte levensduur.

Lithium-ion – Soorten accu’s E-bike en Pedelec

Lithium is de lichtste van alle metaalsoorten, met een groot elektro-chemische potentiaal en een hoge energiedichtheid.
De anode van een lithium-ion accu bevat lithium-ionen, opgelost in carbon (koolstof).
De kathode wordt gevormd door een lithium-oxide met de metaalsoort kobalt of manganese. De elektrolyt bestaat uit lithiumzout.

De Li-ion batterij kan per kilogram beduidend meer energie opslaan dan een NiMH accu (140Wh/kg energie-dichtheid).
De vermogensdichtheid van dit soort accu ligt echter weer lager dan bij NiMH en NiCd.
Elke Li-ion cel heeft een hogere spanning dan een NiCd en NiMh, namelijk 3,6 V.

Bij een NiMH accu zou je dan al direct drie cellen van 1,2 V nodig hebben om aan de gewenste spanning te komen.
Lithium-ion accu’s zijn momenteel het populairst als toepassing voor E-bikes.
Ze hebben namelijk een goede energie/gewichtverhoudingen, geen geheugeneffect en een uiterst geringe zelfontlading (minder dan de helft van NiMH). Bovendien hebben Li-ion batterijen geen onderhoud nodig.
Verlies aan capaciteit ontstaat alleen door veroudering en meer of minder gebruik.
Het verlies aan capaciteit bij Li-ion batterijen begint direct na de fabricage.
Bij 25 °C is dit circa 20% per jaar en het loopt op bij hogere temperaturen.
Tijdens het opladen mag een Li-ion accu gewoon aan de lader blijven hangen, ook wanneer deze helemaal vol is.
Er treedt daarbij geen geheugeneffect op, zoals bij NiMH.
Over het algemeen wordt aanbevolen een Li-ion batterij iets vaker op te laden, ook al is hij nog niet helemaal leeg. Als de lading is gezakt tot 20% is het beter hem weer op te laden.

Voordelen

• Hoge energiedichtheid
• Compacte vorm met hoge celspanning (3,6 volt)
• Geen onderhoud nodig
• Lage zelfontlading
• Geen geheugeneffect.

Nadelen

• Veroudering begint direct na fabricage
• Niet bestand tegen diepontlading
• Niet bestand tegen grote hitte en kou.

Nieuwe generatie batterij, Lithium-ferro batterij

LiFePo4 staat voor Lithium-IJzer-Fosfaat en is de laatste ontwikkeling op dit gebied.
Deze nieuwe generatie batterijcellen maken gebruik van Lithium-ijzerfosfaat als kathode.
Recente ontwikkelingen hebben milieuvriendelijke actieve kathodematerialen opgeleverd, gebaseerd op overgangselement-fosfaten voor Lithium-ion toepassingen.

Het gebruik van fosfaten zorgt voor een betere thermische en chemische stabiliteit.
Dat betekent dat ze in het gebruik veiliger zijn dan Lithium-ion batterijen.
Lithium-fosfaatcellen zijn namelijk onbrandbaar in geval van beschadigingen of mishandeling tijdens laden en ontladen.

Ook kunnen ze hoge temperaturen verdragen zonder uit elkaar te vallen of te spatten.
Deze fosfaattechniek biedt ook nog eens een langere levensduur.
Op het moment zijn er nog maar heel weinig fietsfabrikanten die Lithium-ferro batterijen in hun elektrische fietsen gebruiken.
Maar de verwachting is dat dat niet lang zo zal blijven.
De Lithium-ferro batterij is namelijk uitermate geschikt voor toepassing in de elektrische fiets.

Tot de grote voordelen van de Li-Fe behoren de lange levensduur en de milieuvriendelijkheid.
De cellen kunnen liefst 2000 maal worden opgeladen, tegenover 500 maal voor een NiMH cel.
Dat betekent een zeer lange levensduur, gecombineerd met een snel laadproces.
De cellen kunnen namelijk in een halfuur weer volledig worden opgeladen.
Ook hebben Li-Fe batterijen, in tegenstelling tot de vorige generatie LiPo cellen, geen last van extreme temperaturen.
Ze functioneren uitstekend van -20 °C tot +60 °C.

Voordelen

• Laden en opbergen in iedere toestand (leeg, half vol, vol); tussentijds laden is onnodig
• Diepe ontladingen geven geen blijvende schade aan de accu. Zeer snel opladen
• Geen geheugeneffect Geen explosiegevaar
• Contact met water is ongevaarlijk.

Nadelen

• Lagere capaciteit dan Li-Ion cellen (3,0 V)
• Beperkte beschikbaarheid
• Hoge prijs.

Soorten accu’s E-bike en Pedelec