Thema avond: duiklampen en hun batterijen

Aan Bravos instructeurs Bravos secretarissen

V.Z.W. Brabantse Vereniging voor Onderwateronderzoek en Sport

Thema avond: duiklampen en hun batterijen

Door Sven Van Langenhove

Bravos organiseert op zaterdag 2 februari een thema avond met bovenvermeld onderwerp. Praktisch: 19.30u: aanvang theoretische uiteenzetting in ‘t Verloren Hof, Sint-Theresialaan 79, Dilbeek 21.00u: aanvang praktische demonstraties in het zwembad Dilkom, Beeldhouwkunstlaan, Dilbeek Door een beperking in plaats kunnen we maar 50 inschrijvingen ontvangen. Dus wees snel en stuur een mail naar [email protected] Inschrijven kan tot maandag 21 januari. Let wel: Zij die ook de theoretische uiteenzetting gevolgd hebben krijgen voorrang voor deelname aan de praktische demonstraties.

Peter Vaes Vereeckenstraat 29 1820 Melsbroek 001 – 3747895 – 85 van BRAVOS VZW Verenigingsnummer: 445.152.301

[email protected] http://dive.to/bravos 1/1

In samenwerking met

Duiklampen en hun batterijen Welke duiklamp past het beste bij u? Het aanbod van de verschillende lichtbronnen die in duiklampen gebruikt worden is enorm. Dit maakt de keuze niet gemakkelijk. Voor welk lamptype kiest u? Halogeen, LED of HID. Ieder lamptype heeft voor- en nadelen. Om u te helpen in het maken van een voor u geschikte keuze hebben we de verschillende lampen accutypes op een rijtje gezet. VERKLARENDE WOORDENLIJST Om u te helpen in uw keuze gaan we eerst een paar termen verklaren die in de productomschrijvingen frequent voorkomen. ELEKTRISCHE EENHEDEN

Volt = De druk van de elektrische spanning. Spanning is te vergelijken met de druk van het water in een waterinstallatie. De spanningsbron is te vergelijken met de waterpomp die druk zet op het water waardoor het gaat stromen door de kraan. Een spanningsbron levert een elektrische druk om de elektriciteit te laten stromen door snoeren en lampen. Ampère = De sterkte van elektrische stroom. Deze eenheid geeft de hoeveelheid stroom weer die door een elektriciteitsdraad kan vloeien. Watt = de hoeveelheid elektrische stroom die per seconde verbruikt wordt. Een gloeilamp met een vermogen van 60 watt gebruikt een hoeveelheid energie van 60 joule per seconde. De wattage van een lamp is een indicatie voor de verbruikte of geabsorbeerde hoeveelheid energie en niet voor de hoeveelheid uitgestraald licht. De verhouding tussen de geabsorbeerde energie en het uitgestraalde licht geeft in Lumen per Watt de lichtopbrengst aan.

Sven Van Langenhove

-1-

Duiklampen en hun batterijen

In samenwerking met

KLEURTEMPERATUUR Is een meeteenheid om de kleur van het uitgestraalde licht te meten. Wat is licht? Het licht wat wij kennen is zonlicht en kunstlicht. Wij zien een voorwerp wanneer het licht terugkaatst. Zonlicht bestaat namelijk uit alle kleuren van de regenboog. Dit zijn de kleuren rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet. Daarnaast bestaat het ook nog uit de onzichtbare ultraviolette en infrarode straling.

Als een voorwerp een bepaalde kleur niet terugkaatst, dus absorbeert, verandert het voorwerp van kleur. Gras is bijvoorbeeld groen omdat alle kleuren teruggekaatst worden behalve blauw en geel. Wordt al het licht geabsorbeerd door het voorwerp, dan is het zwart. Wordt al het licht teruggekaatst dan is het voorwerp wit. De kleur van het door een lichtbron uitgestraald licht wordt vergeleken met het licht dat wordt uitgestraald door een sterk verhitte ijzeren staaf waarvan de temperatuur bekend is. De basis van het meetsysteem is een “Theoretical black body radiator”, weergegeven als een “Black Body Locus” op het chromaticiteits diagram. Op het absolute nulpunt (273°C of 0 K) geeft deze straler geen energie af. Verhogen we de temperatuur dan krijgen we vanaf 700°C een zachte rode gloed. Vanaf 1800K (1573 °C) krijgen we dezelfde kleur als kaarslicht of een zonsopgang. Zo gaan we verder via halogeenlicht (2800 K) over daglicht (5600 K) tot een blauwe hemel (25000 K). Op deze manier kan de lichtkleur worden uitgedrukt door middel van een temperatuurwaarde in

Sven Van Langenhove

-2-


In samenwerking met

Kelvin (K). Dit wordt kleurtemperatuur genoemd. Licht met een lage kleurtemperatuur (rood/oranje) wordt als "warmer" ervaren dan licht met een hoge kleurtemperatuur (wit tot blauwwit) Het is een manier om heel precies de verschillende soorten kleuren en kleurschakeringen van licht aan te geven. Een lichtbron wordt als “natuurlijk” ervaren als zijn kleur dicht bij Black Body Locus ligt. Fabrikanten proberen dan ook lampen te ontwikkelen met een kleurpunt vlakbij de BBL. Om een lamp te beoordelen gebruiken we de termen “Dominante golflengte” en “Gecorreleerde kleurtemperatuur”, dit omdat de spectrale vermogensverdeling - Spectral Power Distribution of SPD - van een lichtbron soms sterke pieken vertoont. Verder gaan we hier dieper op in.

50W Halogeen

Gasontladingslamp

Zonlicht

Sven Van Langenhove

-3-


In samenwerking met

In de linker grafiek wordt aangegeven welke temperatuur ongeveer bij welk uitgestraald licht hoort.

LUMEN 1 lumen (lm) is de lichtstroom van een puntlichtbron van 1 candela door een ruimtehoek van 1 sterradiaal. Ook: 1 lm = 1 lux / m² Lichtstroom is een maat voor de totale hoeveelheid licht in een lichtbundel. Lichtsterkte is een maat voor de lichtdichtheid. Bekijkt men een deel van een lichtbundel dan heeft dat deel een kleinere lichtstroom (in lumen) maar (in principe) dezelfde lichtsterkte (in candela) als de hele bundel. De lichtstroom hangt af van het vermogen van de bron en van de kleur van het licht. Een gloeilamp van 100W heeft een lichtstroom van ongeveer 1200 lm, daglicht op een zonnige dag geeft een lichtstroom van meer dan 50000 lm.

LUMENS PER WATT Dit getal duidt de efficiëntie aan waarmee elektrische stroom wordt omgezet in licht. Het geeft per watt elektrisch vermogen de hoeveelheid uitgestraald licht aan.

Sven Van Langenhove

-4-


In samenwerking met

STRALINGSHOEK

De grootte van de hoek waarmee licht uit een puntbron wordt uitgezonden. Dit wordt uitgedrukt in graden. Bij een kleinere stralingshoek wordt de lichtsterkte (helderheid) groter omdat de lichtstroom (hoeveelheid licht) niet verandert. De uitstralingshoek wordt bepaald door het brandpunt in een lamp. Via het naar voren of naar achteren brengen van de lamp in een spiegelreflector wordt het brandpunt verlegd en wordt de uitstralingshoek verkleind of vergroot (de lichtbundel wordt hiermee focusbaar).

Sven Van Langenhove

-5-


In samenwerking met

Halogeen

Halogeen verlichting werkt volgens het principe van een gloeidraad dat gemaakt is van het uiterst hittebestendige metaal wolfraam. Een halogeenlamp is gevuld met een inert gas (argon en stikstof) plus een kleine hoeveelheid halogeen (broom of jodium). Wanneer het metaal van de gloeidraad onder elektrische stroom wordt gezet reageert het aanwezige halogeen met het verdampende wolfraam. Het halogeen vormt een chemische verbinding met deze metaaldamp en zodra deze verbinding de hete gloeidraad raakt zet het wolfraam zich weer af op de gloeidraad daar waar het nodig is: op de heetste en dunste plaats. Door deze zelfreparatie kunnen halogeenlampen een hogere draadtemperatuur tolereren dan normale gloeilampen, en hebben daarmee een grotere en constante lichtopbrengst. Halogeenlampen worden door warmteontwikkeling binnen in de lamp heet. Als de lampjes worden beetgepakt met de vingers kunnen hierdoor organische resten (vette vingers) op de lamp achterblijven die bij verhitting gaan verkolen en daardoor bruine vlekken geven. Deze donkere resten zorgen voor een grotere verhitting van de lamp waardoor de levensduur sterk verkort wordt. Om de lamp goed gekoeld te houden mogen halogeenlampen pas onder water aangezet worden. Door de grote warmteontwikkeling gaat veel energie verloren wat tot een slechte efficiëntie lijdt. Halogeenlampen zijn dimbaar, dit heeft minder energieverbruik tot gevolg maar ook een verkorting van de levensduur. Dit omdat de zelfreparatie bij lagere temperatuur niet optimaal verloopt. Een ander nadeel van halogeen is dat het (door het gebruik van een gloeidraad) trillingsgevoelig is. Een groot voordeel van halogeenlampjes is dat deze goedkoop en overal verkrijgbaar zijn.

Sven Van Langenhove

-6-


In samenwerking met

In de SPD curve van halogeenlicht zien we een groot aandeel rood, dit zorgt voor de typische warme tinten onder water. Dit is zeer gewenst bij onderwater videografen gezien in het rode gebied net het meeste kleurabsorptie optreed, hierdoor verkrijgen we natuurlijkere kleuren in de beelden.

IRC halogeen

IRC staat voor Infrared Reflective Coating. Dit is een infrarood reflecterende laag aan de binnenkant van het glas. Meer dan de helft van de gecreëerde straling bij halogeen is infrarood (voor het oog onzichtbaar). De coating werkt als een spiegel die de infraroodstraling terugkaatst naar de gloeidraad (filament). Hierdoor is er minder energie nodig om deze te laten gloeien en verbruikt de lamp relatief minder. Het resultaat is een betere efficiëntie (lichtopbrengst) dan standaard halogeen. Ter vergelijking: een IRC halogeenlamp van 20 Watt geeft net zo veel licht als een standaard halogeenlamp van 30 Watt.

Sven Van Langenhove

-7-


In samenwerking met

Xenophot halogeen

Xenophot is een merknaam van Osram. Het inerte gas argon en stikstof is vervangen door Xenongas. Xenon vertraagt de verdamping van het wolfraammetaal waardoor een hogere gloeidraadtemperatuur mogelijk is. Hierdoor biedt de lamp een 10% hogere lichtopbrengst met hetzelfde vermogen. Xenophot wordt ook wel aangeduid met de term HLX.

Voordeel van halogeen: -

goedkoop vlot verkrijgbaar warm licht geen pieken in het vermogensspectrum goede penetratie in troebel water

Nadeel van halogeen: -

weinig efficiënt – grote warmteontwikkeling brandduur op batterijen is vrij beperkt breekbaar levensduur: 3000h

Sven Van Langenhove

-8-


In samenwerking met

LED

LED staat voor Light Emitting Diode, een licht uitzendende diode. Een diode bestaat uit halfgeleidend materiaal, wat wil zeggen dat het uit componenten bestaat die de stroom maar in één richting doorlaat en in de andere richting deze blokkeert. Een LED bestaat uit een anode (laat de stroom in) en een kathode (laat de stroom uit) met daar tussenin een chip met op gallium gebaseerde kristallen. Door er stroom doorheen te leiden wordt er in het kristal zichtbare straling opgewekt in de vorm van fotonen. Deze wijze van opwekken van licht wordt elektronluminescentie genoemd. Een led kan niet rechtstreeks op een spanningsbron worden aangesloten. Er dient altijd een stroombegrenzer aanwezig te zijn in de vorm van een weerstand of men moet de LED aansturen met een stroombron (veel hogere efficiëntie). De kleur van een LED is afhankelijk van de gebruikte halfgeleidermaterialen. LED kan in rood, groen of blauw (RGB) gemaakt worden. Wit LED licht wordt verkregen door de chip van een blauwe LED met fosfor te coaten. De LED laat het fosfor geel oplichten en in combinatie met blauw wordt het uitgestraalde licht wit. Dit is duidelijk te zien in de SPD curve:

Dit licht heeft een relatief hoge kleurtemperatu ur omdat het uitgestraalde licht een blauwe krans heeft.

Sven Van Langenhove

-9-


In samenwerking met

Een andere methode om wit LED licht te produceren is een combinatie van RGB. Een enkele LED is zeer klein en geeft ook relatief weinig licht en vaak in een beperkte hoek (in plaats van licht naar alle kanten uit te stralen). Door ze te groeperen is het mogelijk om de lichtopbrengst te vergroten. De karakteristieken van de toegepaste LED’s bepalen samen met de stralingshoek de lichtstroom, lichtsterkte en kleurweergave. Doordat de elektrische stroom direct wordt omgezet in licht heeft LED verlichting een zeer hoge lumen per watt verhouding. Ook is het bijzonder energiezuinig omdat LED werkt op een lage voltage (<0,05 watts per LED). Daarnaast zijn LED lampjes haast onbreekbaar en schokbestendig, en zijn ook goed bestand tegen koude en trillingen. De gebruikte halfgeleider zit mooi 'verpakt' in een omhulsel van epoxyhars, dat ook nog eens waterbestendig is. LED verlichting produceert ook (bijna) geen warmte, wat het een uitzonderlijk lange levensduur geeft. Het heeft ook geen opwarmtijd nodig, waardoor het zeer snel in- en uit te schakelen is. Verder geeft het nagenoeg geen ultraviolette of infrarode straling af en is dus milieuvriendelijk. Een nadeel van LED is dat het duurder in aanschaf is, maar daar tegenover staat dat de levensduur ook veel langer is. Men kan een LED niet dimmen door bijvoorbeeld de spanning te verlagen. Dit dimmen gaat alleen met gespecialiseerde elektronica (Pulse Width Modulation) die de LED zeer snel achter elkaar aan- en uitschakelt. Het oog ziet er niets van, maar het effect is dat de LED zwakker gaat branden.

Binning LED’s worden ingedeeld volgens kleur en lichtopbrengst, men noemt dit binning. Iedere LED wordt afzonderlijk opgemeten en gelabeld volgens zijn eigenschappen. De prijs van de LED wordt bepaald door zijn binning. Hoe dichter de kleur bij de Black Body Locus ligt, hoe meer vraag ernaar en dus hoe hoger de prijs.

Sven Van Langenhove

- 10 -


In samenwerking met

Luxeon Led Luxeon is een merknaam van Philips (Lumileds). Traditionele LED’s worden ingegoten in epoxy hars. Dit omhulsel werkt als een thermische isolator, waardoor de warmte niet word afgevoerd en grote vermogens onmogelijk zijn. Lumileds ontwikkelde een nieuw proces waarbij de chip op een warmtegeleidende laag wordt geplaatst en de chip zelf ingegoten wordt in een zachte siliconen mantel die zeer goed bestand is tegen hoge temperaturen. Hoe meer de LED gekoeld wordt, hoe hoger de lichtopbrengst. Het behelst tevens een techniek om helder wit licht te maken. De kleurstabiliteit werd aangepast door een nauwkeurig afzettingsproces te ontwerpen dat de fosfor zeer gelijk over het hele oppervlak van de chip aanbrengt.

Sven Van Langenhove

- 11 -


In samenwerking met

Voordeel van LED: -

zeer grote efficiëntie zeer lange brandduur op batterijen nagenoeg onbreekbaar levensduur: 50000h produceert haast geen warmte

Nadeel van LED: -

kostprijs van de LED’s minder penetrerend in troebel water pieken in het vermogensspectrum

HID

HID staat voor High Intensity Discharge, dit betekent dat er gebruik gemaakt wordt van hogedruk gasontladingstechiek.

In een compact en afgesloten hittebestendig omhulsel dat gevuld is met argon zijn twee elektrodes tegenover elkaar geplaatst. Onder hoge druk wordt elektrische stroom door de elektrodes gestuurd, waardoor het tussenliggende gas zeer heet wordt en gaat oplichten als een plasma vlamboog tussen de twee elektrodes. De techniek vereist het gebruik van een ballast, specifiek aangepast op het lamptype en het gebruikte wattage. Een ballast heeft twee functies; zorgen voor een hoog start voltage en het begrenzen van de stroom na het opstarten (anders zal de stroom alsmaar toenemen waardoor de lamp kapot springt, en het zorgt er tevens voor dat de stroom gelijk blijft wat zorgt voor een constante lichtopbrengst). Omdat er grote hoeveelheden licht wordt geproduceerd met weinig wattage heeft HID verlichting een zeer gering stroomverbruik. Door de hoge lichtopbrengst, het benadert de sterkte van daglicht (blauwachtig licht), en

Sven Van Langenhove

- 12 -


In samenwerking met

kleine volume laat het licht zich met een reflector zeer goed bundelen en richten. Een HID lamp heeft een zeer lange levensduur maar is door zijn constructie in glas vrij gevoelig voor valpartijen. Omdat er gebruik gemaakt wordt van gasontlading heeft een HID lamp tijd nodig om op volle sterkte te kunnen komen (meestal 30 seconden). De lamp moet ook volledig opwarmen voordat de lamp uitgezet mag worden, om te voorkomen dat er zich metaaldampen afzetten op de lamp (minstens 2 minuten laten branden). Na het uitschakelen (ook als dit door een stroomonderbreking gebeurd) moet, afhankelijk van het lamptype, soms de lamp eerst afkoelen voordat deze weer gestart kan worden (ongeveer 30 seconden). HID kan gedimd worden door de elektrische spanning af te laten nemen. De weerstand in de ballast wordt verhoogd door de frequentie op te voeren waardoor de stroom door de lamp afneemt. Dit kan enkel indien de ballast hiertoe voorzien is.

Een HID lamp wekt onder zeer hoge druk en hoge temperaturen. Om de lamp goed gekoeld te houden mogen HID lampen pas onder water aangezet worden. HID licht zendt ultraviolet, zichtbaar en infrarood licht uit. Niet inkijken dus! Het kwartsglas van de lamp mag niet aangeraakt worden en moet schoongehouden worden om inbranden van vuil en daarmee verkorting van de levensduur tegen te gaan.

Sven Van Langenhove

- 13 -


In samenwerking met

Nadeel van HID is dat door de hoge lichtopbrengst in troebel water de lichtstraal teruggekaatst wordt door stofdeeltjes in het water (het effect is als rijden in mist met groot licht). Ook zit er bijna geen rood in de SPD curve door de hoge kleurtemperatuur van het licht. Hierdoor is dit licht enkel geschikt voor digitale camera’s waar een witbalans instelling mogelijk is.

Voordeel van HID: -

grote efficiëntie lange brandduur op batterijen levensduur: 5000h zeer goed penetrerend in troebel water

Nadeel van HID: -

kostprijs pieken in het vermogensspectrum warmteproductie soms vrij gevoelig voor schokken

Sven Van Langenhove

- 14 -


In samenwerking met

Samengevat Halogeen

LED

HID

Kleurtemperatuur

2000K - "Warm" licht

4000K - "Wit" licht

>5000K - Witblauw licht

Efficiëntie

laag

zeer hoog

hoog

Prijs

laag

duurder

duurst

Levensduur (h)

3000

50000

5000

Breekbaarheid

gering

onbreekbaar

afhankelijk van het type lamp

Brandduur

laag

zeer hoog

hoog

Warmteproductie

zeer hoog

laag

hoog

Lichtpenetratie

goed

zwak

zeer goed

SPD curve

zacht oplopend naar rood alle kleuren aanwezig

enkel blauw en geel aanwezig

verschillende pieken weinig rood

Sven Van Langenhove

- 15 -


In samenwerking met

Welke batterij kiezen? VERKLARENDE WOORDENLIJST ELEKTRISCHE EENHEDEN Volt = De druk van de elektrische spanning. Een accu of batterij is een spanningsbron die elektrische spanning levert en deze spanning wordt in een lamp omgezet in licht. De spanning blijft niet over de hele levenscyclus van de batterij gelijk, maar loopt langzaam terug Ampère = De sterkte van elektrische stroom. De laad- en ontlaadstroom worden weergegeven in Ampère. Een andere manier om de laad- of ontlaadstroom weer te geven is als een functie van de capaciteit (C). Een laadstroom van 1/10 C en een ontlaadstroom van 2C is een laadstroom van één tiende van de capaciteit en een ontlaadstroom van 2 maal de capaciteit. Voor een cel van 3000mAh betekent dit dus laden met 300 mA en ontladen met 6000 mA. Ah = Op accu's en batterijen wordt met Ah (Ampèrehuur) aangeduid hoeveel uur een accu of batterij stroom levert. Daarbij is Ah het product van Ampère x uren. Als een accu een capaciteit heeft van 100 Ah dan kan hij 100 uur lang 1 Ampère leveren. Om dit om te rekenen naar Watt moet de accuspanning er bij betrokken worden. Laten we aannemen dat dit 12 Volt is. Aangezien vermogen (Watt) gelijk is aan Spanning (Volt) x stroom (Ampère) geldt dus dat deze accu 12 Volt x 1 Ampère = 12 Watt kan leveren en dat 100 uur lang. ACCU Een accu is een oplaadbare batterij. Een batterij is een elektrochemische cel die de energie van een chemische reactie omzet in elektriciteit. De cel bestaat uit een anode (pluspool) en een kathode (minpool) die gedompeld en gescheiden zijn door een laag elektrolyt. Een elektrolyt is de component die zorgt voor de geleiding van stroom. Via een op de batterij aangesloten belasting (bijvoorbeeld een lampje) stromen elektronen vanaf de minpool, door het lampje, naar de pluspool. Een wegwerpbatterij (primaire batterij) kan na ontlading niet opnieuw met energie gevuld worden. Bij een oplaadbare batterij (secundaire batterij = twee energierichtingen) kan de elektronenstroom in omgekeerde richting geforceerd worden door er een elektrische spanningsbron (een batterijlader, kortweg lader) op aan te sluiten. Deze elektrische energie wordt weer omgezet in chemische energie. De levensduur van accu's zijn in hoge mate afhankelijk van hoe goed er mee omgegaan wordt. Het juiste gebruik van de accu is (letterlijk) van levensbelang. Let er op dat de accu met de juiste lader opgeladen wordt en op de juiste manier bewaard. Ook mogen ze niet te zwaar belast (ontladen) worden, bijvoorbeeld door het gebruik van een te hoge wattage van het lampje.

Sven Van Langenhove

- 16 -


In samenwerking met

ACCUPACK

Een accupack is een samenstelling van meerdere accu's. De accu's in een accupack worden cellen genoemd. Een 10 cellen accupack bestaat derhalve uit 10 oplaadbare batterijen. De totale spanning van de accupack wordt bepaald door het voltage van de afzonderlijke cellen op te tellen. NiMH en NiCd accucellen hebben een basisspanning van 1,2 volt. Een pakket van acht cellen heeft een spanning van 12 Volt. De afzonderlijke cellen van een accupack worden meestal met krimpfolie bij elkaar gehouden en zijn in een kunststof behuizing gemonteerd. De cellen worden in serie geschakeld door metalen plaatjes over de plus- en minpolen te puntlassen, of worden in-line (op elkaar) gesoldeerd. LAADSTROOM Laadstroom is de snelheid van het opladen in Ampère. Om een accu binnen een afzienbare tijd vol te laden moet de lader over voldoende capaciteit beschikken. Een algemene regel is dat de laadstroom ongeveer 10% tot 20% van de accucapaciteit moet zijn. Bij een snellader kan dit hoger zijn dan 100%. LAADSPANNING Laadspanning is de kracht van het opladen in Volt. Tijdens de lading zal de celspanning stijgen. CELSPANNING Celspanning wordt weergegeven in Volt. De nominale celspanning voor loodgel-accu's is 2,0 Volt per cel, voor NiCd en NiMH is dit 1,2 Volt per cel. De nominale celspanning geeft de celspanning aan gedurende het grootste deel van de ontlaadtijd.

Sven Van Langenhove

- 17 -


In samenwerking met

LADEN Iedere lamp met een oplaadbare accu wordt geleverd met een lader. De gegevens van de fabrikant moeten absoluut in acht worden genomen. Lees daarom altijd de gebruiksaanwijzing en volg de richtlijnen nauwkeurig op. Standaard lader:

De lader laadt de batterijen met kleine stromen (10 tot 20% van de laadstroom). Het voordeel is dat de accu echt vol komt en de kans op problemen door overladen klein is. De overtollige energie wordt op het einde van de laadcycli omgezet naar warmte.

Druppellader of trage lader:

Een druppellader is een lader die een accu oplaadt tot een vooraf ingesteld punt. Een oplaadbare batterij van 12 volt en capaciteit 1000mA moet gedurende 10 uur geladen worden met een laadstroom van 0.1 A of 100 mA om 100% geladen zijn. In de praktijk moet men ongeveer 20% meer energie toevoeren om verliezen (vooral warmteafgifte) te compenseren. In ons voorbeeld moet men dan 12 uur laden i.p.v. 10uur. De druppellader meet het punt waar de laadkurve een knikje naar beneden maakt (het zogenaamde minus Delta V punt) en schakelt dan over naar een lagere laadspanning die voldoende is om zelfontlading tegen te gaan.

Sven Van Langenhove

- 18 -


In samenwerking met

Het probleem wat bij druppel laden ontstaat, is dat in de praktijk de instellingen van een druppel lader niet meer kloppen. Door veroudering van cellen in een pakket, worden cellen niet meer volledig geladen omdat er een slechtere cel de afslag curve bepaald. De andere cellen zouden gaarne meer capaciteit geladen willen hebben.

Snellader:

Een snellader laadt de batterijen met een grotere stroom, zodat deze in bijvoorbeeld 1 uur opgeladen worden. De oplaadbare batterijen moeten daarvoor wel geschikt zijn. Er zijn snelladers voor NiMH batterijen die ook de temperatuur van de batterijen meten, omdat de batterijen kunnen beschadigen bij een te hoge temperatuur. Deze hebben buiten de minus delta V detectie ook delta T detectie. Op het einde van de laadcycli gaat te temperatuur van de cellen fors omhoog omdat de toegevoerde energie niet meer kan opgenomen worden door de cellen. De lader detecteert deze temperatuursverhoging en verlaagd de laadstroom.

Sven Van Langenhove

- 19 -


In samenwerking met

Na het detecteren van de minus delta V schakelt de lader over in druppelladen modus, eerst worden stroompieken toegediend met een vrij hoge frequentie, na een uur schakelt de lader over naar een trage druppellading. De betere snelladers zijn tevens uitgerust met een beveiligingstimer (safety timer) die er voor zorgt dat de lader in ieder geval overschakelt naar druppellading indien een vaste tijdsgrens overschreden wordt. Dit is een extra beveiliging om overladen te voorkomen indien de minus delta V detectie faalt. Deze extra beveiliging heeft wel het nadeel dat de lader maar tot een zekere batterijcapaciteit kan gebruikt worden. Men dient dan de lader nogmaals aan de batterij te koppelen om een volledige lading te verkrijgen.

Voor alle accutypes geldt dat ze niet beneden het vriespunt mogen worden opgeladen. De ideale temperatuur voor het opladen van een accu ligt tussen de 10 en 30°C. Als een accu te warm wordt bij het opladen (NiMH/NiCd: vanaf 45°C) moet onmiddellijk met laden gestopt worden. Naast mogelijke schade dient verder opladen tot niets. Te warme cellen nemen hoe dan ook geen energie meer op. Loodgel accu's dienen altijd met 10% van de capaciteit opgeladen te worden.

OVERLADING Overlading is wanneer de spanning boven 1.45 Volt per cel komt. DIEPONTLADING Diepontlading treedt op wanneer de spanning onder 0.9 Volt per cel komt bij NiCd en NiMH batterijen. Diepontlading kan ontstaan door twee redenen: Wanneer een accu te sterk ontladen wordt: Voor alle accutypes geldt dat ze nooit volledig ontladen mogen worden, de capaciteit gaat daar sterk door achteruit. Het is precies op het laatst dat er erg veel stroom door de accu zal vloeien volgens het principe Watt = Volt x Ampère: als de cellen bijna leeg zijn zakt de spanning, waardoor het stroomverbruik moet stijgen om hetzelfde

Sven Van Langenhove

- 20 -


In samenwerking met

vermogen te behouden. Hierdoor stijgt de temperatuur aanzienlijk. Boven een temperatuur van 70°C zullen de noodventielen van de cellen zich openen en een deel van de accucapaciteit zal in gasvorm ontsnappen (in extreme gevallen kan de accu hierbij zelfs scheuren). Om diepontlading tegen te gaan dient zeker bij halogeen de lamp uitgeschakeld te worden zodra de lichtsterkte sterk afneemt. De betere LED en HID lampen hebben een diepontlading beveiliging en schakelen de lamp tijdig uit. Door zelfontlading: Als een accu niet gebruikt wordt en daarbij niet wordt opgeladen verliest deze iedere dag een klein deel van zijn capaciteit waardoor het na verloop van tijd onder het kritieke punt komt. De mate van deze zelfontlading is afhankelijk van de omgevingstemperatuur en luchtvochtigheid, en ook van het type batterij: NiCd batterijen verliezen per dag zo'n 1% aan capaciteit, loodgel en NiMH batterijen ongeveer 2%. Zelfontlading kan tegengegaan worden door de accu koel te bewaren en regelmatig op te laden, ook al wordt deze dus niet gebruikt. Praktisch kan men stellen dat NiMH volledig ontladen is op een periode van 50 dagen. Best kan men de accu maandelijks bijladen.

GEHEUGENEFFECT Het geheugeneffect is de geleidelijke vermindering van het vermogen dat de batterij kan leveren, veroorzaakt door onvolledige laad/ontlaad cycli. Dit effect treedt op in NiCd batterijen. Als de batterijen worden opgeladen wanneer ze nog niet volledig leeg zijn, bijvoorbeeld pas voor driekwart, zal de batterij ook niet verder opladen dan deze driekwart van de oorspronkelijke capaciteit door de vorming van kirstallen op de elektrode van de batterij. De batterijen dienen dus volledig leeg te zijn voordat ze opnieuw worden geladen en dienen ook steeds volledig, en niet gedeeltelijk, te worden opgeladen. Door de batterijen een paar cycli helemaal te ontladen en opnieuw te laden kunnen ze zich echter weer gedeeltelijk herstellen.

Sven Van Langenhove

- 21 -


In samenwerking met

Primaire of Niet oplaadbare batterijen ALKALINE

Een Alkaline (wegwerp) batterij is bedoeld om eenmalig gebruikt te worden tot de erin opgeslagen elektrochemische energie is verbruikt. Dergelijke batterijen worden vooral gebruikt in kleine draagbare apparaten die weinig energie verbruiken (bijvoorbeeld: afstandsbedieningen, horloges). Wegwerpbatterijen kunnen niet worden opgeladen. Dit toch proberen is zelfs gevaarlijk, aangezien er een chemische reactie kan optreden waardoor de batterij kan ontploffen.

LITHIUM

Dit type batterij wordt vooral gebruikt in camera’s en horloges vanwege de hoge energiedichtheid. Zij hebben nagenoeg geen zelfontlading en zijn daarom uiterst geschikt voor een back-up duiklamp.

Sven Van Langenhove

- 22 -


In samenwerking met

Secundaire of oplaadbare batterijen Loodgel accu De loodgel accu heeft een gesloten behuizing met een overdrukventiel. De ruimte in de accu heeft een lichte overdruk t.o.v. de atmosfeer. Een loodaccu bestaat uit meerdere cellen met een nominale spanning van 2,1 Volt per cel. Een volledig opgeladen cel heeft een positieve loodplaat met een laag van looddioxide en een negatieve loodplaat met een laag van fijn verdeeld zuiver lood. De elektrolyt bestaat uit een zwavelzuur / gelwater-mengsel. Tijdens de ontlading wordt er zwavelzuur onttrokken aan de elektrolyt en vormt zich een laag loodsulfaat op de platen. Het elektrolyt verandert dan in water. Tijdens het opladen wordt het loodsulfaat weer omgezet in lood en looddioxide. Loodgel accu's worden met een vaste spanning opgeladen door een batterijlader die enkel een spanning afgeeft (laadspanning onder 2,38 Volt per cel). Deze spanning mag niet te groot zijn, want wanneer een loodaccu te veel spanning krijgt neemt de capaciteit van de accu af en kan er gas gevormd worden. Er wordt daarom een spanning gebruikt die iets hoger ligt dan de spanning van een volle accu. Tijden het laden neemt de laadstroom langzaam af als de accu vol raakt. Loodgel accu´s zijn bijzonder gevoelig voor diepontlading. Bij te sterk ontladen kan er sulfatering ontstaan, dit is een harde, onoplosbare laag op de elektroden die niet elektrisch geleidend is. Loodgel accu's dienen daarom altijd volledig opgeladen gehouden worden. Laadt dus bij iedere gelegenheid een loodgel accu weer onmiddellijk vol. Deze hoeven niet eerst ontladen te worden, zij hebben geen geheugeneffect. Ook mag een loodgel accu niet zwaarder worden belast dan ongeveer 25% van zijn capaciteit . Loodgel accu's hebben het voordeel van een vrij hoge spanning per cel (hoge belastbaarheid), een zeer hoge capaciteit en een hoog rendement. Nadelen zijn het zeer hoge gewicht, het agressieve elektrolyt en het feit dat zij in ongeladen toestand kunnen bevriezen.

Sven Van Langenhove

- 23 -


In samenwerking met

NiCd NiCd accu's hebben een anode van nikkel en een kathode van cadmium en leveren per cel een spanning van ongeveer 1,2 V. De positieve en negatieve elektrode zijn gescheiden door een poreuze kunststof die met een geleidende vloeistof (het elektrolyt) wordt doordrenkt.

Kenmerkend voor een NiCd cel is, dat zowel tijdens het laden als ontladen de samenstelling van het elektrolyt niet veranderd. Daarom zijn NiCd cellen zelf recombinerend. Dat wil zeggen dat de waterstof- en zuurstofatomen die ontstaan bij het laden en ontladen in de cel zélf weer water vormen, zodat het aanwezige elektrolyt niet uitdroogt. De prestaties van NiCd batterijen hangen sterk af van de omgevingstemperatuur. Bij volledig geladen cellen staat de beschikbare capaciteit volledig ter beschikking tussen 0ºC en 40ºC. Bij een temperatuur van ongeveer 25ºC is de celspanning optimaal. Beneden en boven deze temperatuur is de celspanning iets lager. Bij het laden van dergelijke cellen moet aan een aantal voorwaarden voldaan worden: de laadstroom mag de door de fabrikant opgegeven waarde niet overschrijden, de omgevingstemperatuur mag niet te laag zijn en de cel moet in een goede conditie zijn. Als de cel volledig is geladen ontstaat er, ondanks de zelfrecombinerende eigenschappen, een behoorlijke inwendige gasdruk. Vandaar dat NiCd cellen en dus ook de betere duiklamp altijd van een veiligheidsventiel zijn voorzien. Vanwege het grote geheugeneffect van NiCd batterijen dienen de batterijen eerst ontladen te worden tot 1 Volt per cel voordat ze weer opgeladen kunnen worden. Ook mogen ze uitsluitend met een constante stroom worden geladen. Gebruik daarom alleen laders die voor het desbetreffende type NiCd cellen gemaakt zijn. Bij kamertemperatuur bedraagt de zelfontlading van een NiCd cel ca. 1% per dag. Anders gezegd, een volledig geladen NiCd cel is na ongeveer 100 dagen volledig ontladen. Bij een hogere omgevingstemperatuur neemt de zelfontlading sterk toe. Bij een lagere omgevingstemperatuur neemt de zelfontlading af. NiCd accu's dienen daarom ongeveer maandelijks herladen te worden. De maximale capaciteit van nieuwe NiCd accu's wordt pas na 3 tot 4 maal volledig laden en ontladen bereikt. NiCd accu's kunnen meer dan 1000 keer ontladen en weer geladen worden. Een groot nadeel is de aanwezigheid van het zware metaal cadmium dat zeer schadelijk is voor het milieu. Ten opzichte van een cel uit een loodaccu hebben NiCd cellen een kleinere capaciteit, maar zijn wel geringer van afmeting (en lichter) en zijn sneller op te laden.

Sven Van Langenhove

- 24 -


In samenwerking met

NiMH NiMH staat voor nikkel metaalhydride. De opbouw is gelijk aan NiCd, waarbij het cadmium is vervangen door waterstof. De positieve elektrode van een NiMH cel is gemaakt van nikkelhydroxide. De negatieve pool is het waterstofgas dat wordt opgeslagen in een mengsel van diverse metalen.

De eigenschap van dit metaalmengsel is dat het waterstof kan opslaan en vasthouden tot wel 70°C en wordt dan metaalhydride genoemd. NiMH cellen hebben geen last van geheugeneffect. Ze hebben tot wel drie maal de capaciteit van een NiCd cel en laden aanmerkelijk sneller op. NiMH heeft wel een hogere zelfontlading (2% per dag) en zullen daarom vaker herladen moeten worden (iedere maand). Ook is het belangrijk om de juiste lader te gebruiken die overladen voorkomt. NiMH accu's kunnen niet goed tegen te lage en te hoge temperaturen. Bij lage temperaturen verliest het accupack zijn lading en bij hoge temperaturen (boven 45°C) raakt het accupack beschadigd. NiMH accu's hebben hun maximale capaciteit niet onmiddellijk na de eerste ladingsprocedure. Zij dienen ca. 5 maal volledig op- en ontladen te worden. Dit type accu heeft een levensduur van 4 tot 5 jaar en ongeveer 500 laad cycli.

Sinds kort is er een nieuw type NiMH batterij op de markt met een gesulfateerde anode. Deze batterijen hebben nagenoeg geen zelfontlading en gaan tot 1000 cycli mee. Het nadeel is momenteel de verkrijgbaarheid (enkel en A en AA formaat) en vooral de hoge prijs. Ze worden geladen geleverd en kunnen onmiddellijk gebruikt worden.

Sven Van Langenhove

- 25 -


In samenwerking met

Lithium Ion De Li-Ion batterij kan meer lading bevatten dan de NiCd- en de NiMH batterij. Per kilogram accu kan de grootste hoeveelheid energie opgeslagen worden (140Wh/kg). In het laboratorium kan bij een testopstelling de Li-Ion accu ook veel vaker opgeladen worden. Een duurdere constructie met een polymeer heeft nog betere eigenschappen. De vermogensdichtheid van dit soort accu ligt tussen die van de Ni-MH en Ni-Cd accu in: 180W/kg In de praktijk blijkt de Li-ion echter kwetsbaar. Bij veel apparaten zit een Li-ion batterij vast ingebouwd. Indien de batterij stuk gaat, is het niet altijd rendabel om nog een nieuwe accu te kopen. Vanwege de chemische samenstelling is het mogelijk dat Li-ion batterijen bij een defect of kortsluiting door bijvoorbeeld zout water tot zelfontbranding komen. Daarbij komt zuurstof vrij waardoor er flinke steekvlammen kunnen ontstaan. Enkel wanneer de originele lader gebruikt wordt en de batterij wordt gebruikt waar zij voor bedoeld is, is de kans op schade zeer klein. Een ander (minder bekend) nadeel is dat de Li-ion batterij zijn capaciteit al begint te verliezen, gelijk nadat hij gefabriceerd is. Bij 25 graden Celsius is dit +/- 20 % per jaar, dit loopt op bij hogere temperaturen. De lithium-ion technologie biedt een antwoord op de vraag naar meer capaciteit en langere brandduur door middel van een meer compacte batterij. De lithium-ion technologie heeft echter ook een schaduwzijde. Het ontwerp en de productie van lithium-ion batterijen hebben nog niet het niveau bereikt dat aan de Green Force® veiligheidsnormen voldoet. Er bestaat nog steeds een aanzienlijk explosiegevaar wanneer men de batterijen gebruikt in een vochtige omgeving. Tevens zijn er verschillende gevallen bekend van oververhitting, gasvorming en explosies met Lithium cellen tijdens het laden. Naast de scheikundige instabiliteit van de batterij zijn er nog andere factoren die in overweging dienen genomen te worden; 1. De levensduur van een lithium-ion cel is gelimiteerd tot 300 herlaadcycli terwijl dit bij een NiMh batterij tot 1000 herlaadcycli reikt. 2. De FAA luchtvaartreglementering beperkte de hoeveelheid Lithium die mag getransporteerd worden tot 8 gram per batterij. Daarom moet elke duiklamp die lithium bevat steeds als klasse 9 (gevaarlijk materiaal) worden getransporteerd. 3. Het verouderingsproces van lithium-ion wordt vaak genegeerd. Een lithium-ion batterij gaat 2 à 3 jaar mee, ongeacht het gebruik en het aantal herlaadcycli. De ononderbroken oxidatie in de batterij leidt tot een verhoogde interne weerstand. Uiteindelijk zal deze verhoogde weerstand ertoe leiden dat de cel niet langer de nodige energie zal kunnen leveren. Deze feiten weerhouden Green Force® er momenteel van om herlaadbare lithium-ion batterijen te gebruiken.

Sven Van Langenhove

- 26 -


In samenwerking met

Type

Levensduur (jaar)

Aantal laadcycli

Zelfonlading

Geheugeneffect

Vermogens- dichtheid (W/kg)

Samengevat

Loodaccu (Pb)

10

NVT

Ja

Nee

75

Nikkel-cadmium (Ni-Cd)

10

1000

Ja

Ja

200

Nikkel-metaalhydride (NiMH)

5

500 / 1000(*)

Ja / Nee(*)

Nee

175

Lithium-ion (Li-ion)

3

300

Ja (**)

Nee

180

Lithium ion polymeer (Lipo)

3

300

Ja (**)

Nee

300

(*) Voor het nieuwe type NiMH batterij met gesulfateerde anode (**) Lithium cellen dienen beschermt te worden met elektronica in de batterij zelf, hierdoor zal de batterij ontladen. De chemische samenstelling zelf heeft bijna geen zelfontlading.

Slotwoord De ideale duiklamp dient ieder voor zich samen te stellen. Voor elke situatie, tropisch- of Oosterschelde water, wrak- of grotduik, foto of film, is er een meest geschikte lichtbron beschikbaar. De keuze dient bepaald te worden aan de hand van volgende gegevens: in welk type water duik je het meest, hoe lang wil je licht en wat is het budget dat je wil besteden. Dit is net het grote voordeel van het modulaire systeem van Green Force; je kan verschillende lichtbronnen gebruiken op hetzelfde accupack: reliable flexibility

Sven Van Langenhove

- 27 -


Thema avond: duiklampen en hun batterijen

Recommend Documents