Waarom de actieradius van de accu van je elektrische auto sneller afneemt dan uit laboratoriumtests blijkt zodra je bij warm weer begint met snelladen

Ik heb twaalf jaar lang onderzoek gedaan naar lithium-ionaccu’s in elektrische voertuigen, en de kloof tussen de gegevens uit laboratoriumtests en wat er daadwerkelijk op de weg gebeurt, is nog steeds groter dan de meeste mensen verwachten. De accu's die er na een paar duizend gecontroleerde cycli in een klimaatkamer nog prima uitzien, vertonen vaak een sneller capaciteitsverlies zodra ze regelmatig met gelijkstroom worden snelopgeladen bij omgevingstemperaturen boven de 30 °C. De belangrijkste oorzaak is niet de kalenderleeftijd, maar de combinatie van hoge laadsnelheden en verhoogde celtemperaturen die het thermomanagementsysteem niet volledig onder controle heeft tijdens opeenvolgende laadsessies.

De meeste accupakketten voor elektrische voertuigen maken tegenwoordig gebruik van NMC- of LFP-cellen met vloeistofkoeling. In het laboratorium kun je de celtemperatuur nauwkeurig regelen en de laadsnelheid beperken, waardoor het capaciteitsbehoud na 1.000 equivalente volledige cycli vaak boven de 90% blijft. Op de weg moet het koelcircuit zowel de warmte van de cellen als de warmteopname uit de omgevingslucht en het wegdek verwerken. Wanneer een bestuurder op een warme dag de stekker in een lader van 150–250 kW steekt, kunnen de celtemperaturen oplopen tot midden in de 40s °C, zelfs als het koelsysteem op volle kracht draait. Dat temperatuurbereik versnelt nevenreacties aan de grensvlakken van de anode en kathode.

Laboratoriumresultaten uit een gecontroleerde vergelijking

We hebben twee sets modules uit dezelfde productiebatch aan versnelde tests onderworpen. De ene set werd bij 25 °C getest met een maximale laadsnelheid van 1C. De andere set werd getest bij een celtemperatuur van 40 °C met laadsnelheden tot 2,5C om herhaaldelijk snel opladen met gelijkstroom te simuleren. Na 800 equivalente volledige cycli had de groep bij 25 °C ongeveer 6% van haar capaciteit verloren. De groep bij 40 °C met hoge laadsnelheid had 11–13% verloren. Ook de stijging van de impedantie was hoger in de groep bij hoge temperatuur: ongeveer 18% tegenover 9%. Uit demontages na de test bleek dat de cellen bij hoge temperatuur en hoge laadsnelheid dikkere SEI-lagen en meer tekenen van lithiumafzetting op de anodes vertoonden. Het verschil was in absolute termen niet dramatisch, maar het was consistent en groot genoeg om te verklaren waarom sommige voertuigen al ruim voordat de kilometerteller het aantal kilometers bereikt dat volgens de garantieberekeningen te verwachten is, merkbaar aan actieradius inboeten.

Praktijkvoorbeeld van een wagenpark in een warm klimaat

Een bezorgvloot met elektrische bestelwagens in een regio waar de temperatuur overdag regelmatig tussen de 35 en 38 °C ligt, meldde na ongeveer 18 maanden een sneller dan verwacht verlies aan actieradius. De bestelwagens werden meestal ’s nachts via wisselstroom (AC) opgeladen, maar chauffeurs maakten tijdens hun diensten ook twee of drie keer per week gebruik van gelijkstroom (DC) snelladers. Uit de gegevens aan boord bleek dat de celtemperaturen tijdens die snellaadsessies vaak 42–46 °C bereikten, ondanks dat het koelsysteem actief was. Het gemiddelde capaciteitsverlies over de hele vloot bedroeg ongeveer 8–9% per jaar, in plaats van de 3–4% die de fabrikant op basis van een mildere gebruikscyclus had voorspeld. Voertuigen die uitsluitend via wisselstroom werden opgeladen en de heetste uren van de dag vermeden, vertoonden ongeveer de helft van dat percentage. Toen de vloot een eenvoudige regel invoerde – het beperken van DC-snelladen bij een omgevingstemperatuur boven 32 °C en het accupakket daarna 20–30 minuten actief laten koelen – daalde het jaarlijkse verliespercentage tot bijna 5%. De accupakketten zelf waren niet veranderd; de gebruikscyclus wel.

Wat er in de dagelijkse praktijk daadwerkelijk naar voren komt

De warmtebeheersystemen in de meeste huidige elektrische auto’s zijn ontworpen voor een combinatie van normaal rijden en af en toe snel opladen, niet voor herhaalde sessies met hoog vermogen bij hoge omgevingstemperaturen. De koelvloeistof kan warmte afvoeren, maar er is een vertraging, en de cellen in het midden van een module worden vaak warmer dan de sensoren bij de koelplaten. LFP-accu's gaan vanuit het oogpunt van levensduur beter om met de warmte dan veel NMC-accu's, maar ze verliezen nog steeds meer capaciteit wanneer ze tijdens het opladen regelmatig boven de 40 °C worden gebracht dan de cyclusgegevens bij kamertemperatuur doen vermoeden.

Het verlies aan actieradius in de praktijk wordt ook nog eens versterkt doordat bestuurders de afname opmerken en vaker gaan opladen, waardoor er meer oplaadbeurten met hoge stroomsterkte plaatsvinden. De laboratoriumtests die 1.000 of 1.500 cycli tot 80% capaciteit aangeven, gaan doorgaans uit van een gecontroleerde temperatuur en gematigde laadsnelheden. Zodra je daar aanhoudende celtemperaturen van tussen de 40 en 45 °C en meerdere DC-snellaadbeurten per week aan toevoegt, werken de verouderingsmechanismen door kalenderverloop en cycli sneller samen dan die grafieken laten zien.

Als een elektrische auto in een warm klimaat sneller dan verwacht aan bereik verliest, is het de moeite waard om eerst na te gaan hoe vaak er gebruik wordt gemaakt van snelladen met gelijkstroom en welke temperaturen de accucellen tijdens die sessies daadwerkelijk bereiken. Het verschil tussen een accupakket dat rond de 30 °C blijft en een dat onder belasting regelmatig 45 °C bereikt, is groot genoeg om de degradatiesnelheid met enkele procenten per jaar te beïnvloeden, zelfs als al het andere er normaal uitziet.