Accu elektrische auto

Bij een elektrische auto’s speelt de accu – of beter gezegd, het accupakket – een cruciale rol. Dit onderdeel is bepalend voor onder meer de actieradius, de laadtijd, het gewicht en de prijs van een elektrische auto. In dit artikel vertellen we je alles wat je moet weten over accu’s.

Om te beginnen zijn de accu’s die in elektrische auto’s zitten voornamelijk lithium-ion-accu’s. Dit type accu’s is ook te vinden in mobiele telefoons en laptops. Er zijn verschillende soorten lithium-ion-accu’s, waarin verschillende grondstoffen verwerkt zijn, zoals kobalt, mangaan of nikkel. Het voordeel van lithium-ion-accu’s is dat ze een hoge energiedichtheid hebben en een lange levensduur. Een nadeel is dat nooit de volledige capaciteit benut kan worden. Het is namelijk schadelijk om een accu volledig leeg te laten lopen. Aan deze zaken zal in de volgende paragrafen meer aandacht worden besteed.

Elektrische auto’s beschikken, in tegenstelling tot een telefoon of een laptop, over een accupakket dat is opgebouwd uit een verzameling cellen. Deze cellen vormen een cluster dat zowel parallel als in serie geschakeld kan zijn. Het accupakket neemt veel ruimte in beslag en weegt ook veel. Om het gewicht zoveel mogelijk over de auto te verdelen wordt het accupakket doorgaans in de bodemplaat verwerkt. Dat levert een laag zwaartepunt op.

Capaciteit

Bij de specificaties van een elektrische auto is de accucapaciteit een belangrijk gegeven. De capaciteit wordt weergegeven in kilowattuur (kWh). Een Tesla Model 3 Long Range heeft bijvoorbeeld een 75 kWh-accu en een Volkswagen e-Up heeft een 36,8 kWh-accu. Waar staat dit getal precies voor?

Watt – en dus ook kilowatt – staat voor het vermogen dat de accu kan leveren. Als een accu een uur lang een vermogen van 1 kilowatt levert, staat dit gelijk aan 1 kilowattuur energie. Bij de capaciteit gaat het dus om de hoeveelheid energie die een accu kan opslaan. Het aantal wattuur wordt berekend door het aantal ampère-uur (de elektrische lading) met het aantal volt (de spanning) te vermenigvuldigen.

In de praktijk heb je nooit de volledige accucapaciteit tot je beschikking. Een accu helemaal leeg rijden – en dus 100% van de capaciteit benutten – is funest voor de levensduur. Als de spanning te laag wordt kunnen de cellen namelijk beschadigd raken. Om dit te voorkomen zorgt elektronica ervoor dat er altijd een buffer overblijft. Het volledig opladen is evenmin bevorderlijk voor een accu. Het is het beste voor een accu om deze op te laden van 20% naar 80%, of iets ertussenin. Als er wordt gesproken over een accu van 75 kWh is dat de brutocapaciteit. In de praktijk heb je dus altijd te maken met een lagere nettocapaciteit.

Temperatuur

Een belangrijke factor die van invloed is op de accucapaciteit is de temperatuur. Een koude accu zorgt voor een sterk verminderde capaciteit. Dit komt omdat de chemische processen in een accu minder goed werken bij lage temperaturen. Hierdoor heb je ’s winters te maken met een kleinere actieradius. Hoge temperaturen hebben ook een negatieve invloed op de capaciteit, maar in mindere mate. Warmte heeft voornamelijk een negatief effect op de levensduur van een accu. Kou heeft dus vooral op korte termijn invloed en warmte op lange termijn.

Veel EV’s hebben een Battery Management System (BMS) om onder meer de temperatuur in de gaten te houden. Vaak wordt er door het systeem ook actief ingegrepen door middel van verwarming, koeling en/of ventilatie.

Levensduur

Veel mensen vragen zich af wat voor levensduur het accupakket van een elektrische auto heeft. Aangezien elektrische auto’s nog relatief nieuw zijn kan daar nog geen definitief antwoord op gegeven worden, zeker niet als het gaat om de meest recente accupakketten. Uiteraard verschilt dat ook per auto.

De levensduur wordt onder meer bepaald door de hoeveelheid laadcycli. Met andere woorden: hoe vaak de accu van leeg naar vol wordt opgeladen. Een laadcyclus kan dus verspreid zijn over meerdere oplaadbeurten. Zoals eerder aangegeven is het voor de levensduur van een accu het beste om telkens tussen de 20% en de 80% op te laden.

Overmatig snelladen is ook niet bevorderlijk voor de levensduur van een accu. Dit komt omdat de temperatuur hoog oploopt bij snelladen. Zoals gezegd hebben hoge temperaturen een negatieve invloed op de levensduur van een accu. Auto’s met een actief koelsysteem zijn hier in principe wel tegen bestand. Over het algemeen is het aan te raden om voldoende af te wisselen tussen snelladen en regulier opladen. Het is niet zo dat snelladen per definitie slecht is.

Er zijn inmiddels elektrische auto’s die al geruime tijd op de markt zijn. Bij deze auto’s kan er dus gekeken worden in hoeverre de accucapaciteit is afgenomen. Doorgaans blijkt de capaciteit af te nemen met zo’n 2,3% per jaar. De ontwikkeling van de accutechniek staat echter niet stil, dus de mate van degradatie neemt alleen maar af.

Bij elektrische auto’s die veel kilometers hebben gemaakt, blijkt de capaciteitsafname reuze mee te vallen. Tesla’s die meer dan 250.000 km hebben gereden bleken nog soms meer dan 90% van hun accucapaciteit over te hebben. Aan de andere kant zijn er ook Tesla’s waarbij het hele accupakket is vervangen bij een lagere kilometerstand.

Productie

De productie van accu’s van een elektrische auto roept ook vragen op: Hoe milieuvriendelijk is de productie van zo’n accu eigenlijk? Vinden er bij het productieproces onwenselijke zaken plaats? Deze vragen hebben alles te maken met de samenstelling van een accu. Aangezien elektrische auto’s rijden op lithium-ion accu’s is lithium in in ieder geval een belangrijke grondstof. Er worden daarnaast nog diverse andere grondstoffen gebruikt. Afhankelijk van het type accu wordt ook onder meer kobalt, nikkel, mangaan en/of ijzerfosfaat gebruikt.

Milieu

De winning van deze grondstoffen is niet goed voor het milieu en beschadigt het landschap. Ook wordt er bij de productie vaak geen gebruik gemaakt van groene stroom. Elektrische auto’s hebben dus ook hun impact op het milieu. Het is wel zo dat de grondstoffen van accu’s grotendeels recyclebaar zijn. Ook kunnen afgedankte accupakketten van elektrische auto’s nog gebruikt worden voor andere doeleinden. Meer over dit onderwerp in het artikel over de vraag hoe milieuvriendelijk elektrische auto’s zijn.

Arbeidsomstandigheden

Qua arbeidsomstandigheden is kobalt de meest problematische grondstof. Bij de winning in Congo zijn er zorgen over de mensenrechten. Er wordt gesproken over uitbuiting en kinderarbeid. Dit is overigens niet puur op het conto van elektrische auto’s te schrijven. Dit probleem speelt evengoed bij de accu’s van telefoons en laptops.

Kosten

Accu’s bevatten enkele dure grondstoffen. De vraag naar kobalt – en daarmee de prijs – is bijvoorbeeld sterk gestegen. Ook nikkel is een dure grondstof. Dit betekent dus dat de kosten van het produceren van accu’s vrij hoog zijn. Dit is een van de voornaamste redenen dat elektrische auto’s duur zijn in vergelijking met een benzine- of dieselequivalent. Ook betekent dit dat een modelvariant van een elektrische auto met een groter accupakket vaak meteen een stuk duurder uitvalt. Het goede nieuws is wel dat accu’s structureel goedkoper worden.

Opladen

Accupercentage

Een elektrische auto geeft uiteraard altijd aan wat het accupercentage is. Dit wordt ook wel de State of Charge genoemd. Een alternatieve meetmethode is de Depth of Discharge. Dit geeft weer hoe ver de accu leeg is, in plaats van hoe vol de accu is. Net als in veel benzine- of dieselauto’s wordt dit vaak doorvertaald naar een schatting van het resterende aantal kilometers.

De auto kan nooit exact zeggen wat het accupercentage is, dus het is raadzaam om het lot niet te tarten. Als het einde van de accucapaciteit in zicht komt zal overbodige luxe als verwarming en airco worden uitgeschakeld. Als de situatie echt nijpend wordt kan de auto alleen nog maar langzaam rijden. 0% staat overigens niet gelijk aan een volledig lege accu, in verband met de eerder genoemde buffer.

Laadvermogen

Hoe lang opladen duurt hangt zowel af van de auto als de manier van opladen. In de auto zelf zijn de accucapaciteit en het laadvermogen bepalend. De accucapaciteit is al eerder aan bod gekomen. Waar de capaciteit wordt uitgedrukt in kilowattuur (kWh), wordt het laadvermogen uitgedrukt in kilowatt (kW). Dit wordt berekend door de spanning (in Ampère) met de stroom (Volt) te vermenigvuldigen. Hoe hoger het laadvermogen, hoe sneller de auto op kan laden.

Reguliere openbare laadpalen laden met een vermogen van 11 kW of 22 kW via wisselstroom. Niet alle elektrische auto’s zijn echter geschikt voor opladen met 22 kW. Snelladers laden via gelijkstroom. Dit kan met een veel hoger laadvermogen. Afhankelijk van het type Tesla Superchargers is laden tot maximaal 300 kW mogelijk. De snelladers van Fastned leveren 50 kW tot 175 kW. Niet alle elektrische auto’s zijn geschikt om te snelladen met hoge vermogens van 120 of 175 kW. Anno 2022 is laden met minimaal 50 kW toch wel de norm. Auto’s als de Porsche Taycan en Audi e-tron GT kunnen laden met maximaal 270 kW. De Kia EV6 en Hyundai IONIQ 5 kunnen ook opladen met dik 220 kW, indrukwekkend.

Openbare laadpalen

Het is belangrijk om te weten dat het opladen geen lineair proces is. Bij de laatste 20% gaat het laden aanzienlijk langzamer. Dit is de reden dat er bij de laadtijden vaak gesproken wordt over opladen tot 80%.

De laadtijd hangt van diverse factoren af. Een van de factoren is of je laadt via een eenfase-aansluiting of een driefasen-aansluiting. Driefasen-laden is het snelste, maar niet alle elektrische auto’s zijn hiervoor geschikt. Bovendien hebben sommige huishoudens slechts een eenfase-aansluiting in plaats van een driefasen-aansluiting.

Reguliere openbare laadpalen hebben een driefasen-aansluiting en zijn er met stroomsterktes van 16 Ampère en 32 Ampère. Het opladen (0% tot 80%) van een elektrische auto met een 50 kWh accu duurt bij 16A-laadpalen, oftewel 11kW-palen, circa 3,6 uur. Bij 32A-laadpalen (22kW-palen) duurt dit 1,8 uur.

Het kan echter nog sneller: bij een 50 kW-snellader duurt het een kleine 50 minuten. Er zijn tegenwoordig ook 350 kW-snelladers, waarbij een 50 kWh-accu zelfs binnen een paar minuten tot 80% is opgeladen. Meer over openbare laadpalen in het artikel over oplaadpunten in Nederland.

Thuis opladen

Er is ook nog de mogelijkheid om thuis op te laden. Wat oudere huizen hebben vaak nog geen driefasen-aansluiting. De laadtijd hangt uiteraard ook af van de stroomsterkte. Bij 16 Ampère is een elektrische auto met een 50 kWh-accu in 10,8 uur voor 80% opgeladen. Bij een stroomsterkte van 25 Ampère is dat 6,9 uur en bij 35 Ampère 5 uur. In het artikel over het aanschaffen van een eigen laadpaal wordt uitgebreider ingegaan op thuis opladen. Je vraagt je wellicht ook nog af: wat kost dat dan, een volle accu? Die vraag wordt beantwoord in het artikel over de kosten van elektrisch rijden.

Samenvattend

De accu is een cruciaal onderdeel van een elektrische auto. Veel nadelen van een elektrische auto zijn te wijten aan dit onderdeel. Accu’s zijn nog steeds duur, zwaar, temperatuurgevoelig en de productie is niet milieuvriendelijk. Aan de andere kant valt de degradatie over de loop van de tijd vooralsnog mee. Bovendien zijn accu’s al veel goedkoper, lichter en efficiënter dan ze voorheen waren. Fabrikanten zijn volop bezig om de accu’s verder te ontwikkelen, dus dit wordt alleen maar beter.