Pascal Döppen uit Lichtenvoorde (Gld.) is industrieel ingenieur en ontwerpt machines en onderdelen voor verschillende machinefabrikanten. Daarnaast is hij gefascineerd door nieuwe technieken en laat hij zijn licht graag schijnen op actuele thema’s. Dit keer: Het vermogen en de capaciteit van een accu.
Elektrische machines zijn voorzien van grote accupakketten, opgebouwd uit cellen met cilindrische, platte of rechthoekige vorm. In het geval van lithium-ion heeft elke cel een nominale spanning van ongeveer 3,65 volt. Bij lithiumijzerfosfaat is dit ongeveer 3,2 volt. Als je met deze cellen een pakket van 700 volt wilt samenstellen, dan moet je al 192 cellen in serie aan elkaar verbinden. De knooppunten van deze serieschakeling worden in de gaten gehouden door het batterijmanagementsysteem. Zo zorgt het systeem ervoor dat elke cel op de juiste manier wordt geladen en ontladen.
In een aantal berekeningen zal ik uitleggen wat er gebeurt met het vermogen en de capaciteit als het laadniveau van een accu zakt. In de praktijk zullen de waardes iets afwijken, aangezien bij deze berekeningen geen rekening is gehouden met de warmte, karakteristieken, degradaties, piek, etc.
Om een accu verder te vergroten, kun je meerdere in serie geschakelde cellen parallel aan andere in serie geschakelde cellen koppelen. Stel; je schakelt 60 sets met elk 192 cellen aan elkaar (de zogenaamde 192s60p-opstelling), dan heb je (192 cellen x 60 sets) 11.520 accucellen. Elke cel heeft een werkgebied van 3,1 volt (leeg) tot 4,2 volt (vol). Het is noodzaak dat de spanning van een accucel binnen dit gebied blijft om goed te blijven functioneren en lang mee te gaan. In het geval van een 700-volts accu is de spanning als de accu leeg is ongeveer 595 volt (192 cellen x 3,1 volt). Is de accu nog vol dan is de spanning 806 volt (192 cellen x 4,2 volt). Stel; een gemiddelde cel kan een korte piek van 20 ampère leveren. Bij cellen die parallel staan, mag je de stroomsterkte bij elkaar optellen. De piekstroom is dan 1.200 ampère (60 sets x 20 ampère). Een accupakket die vol is levert dus 967.200 watt (806 volt x 1.200 ampère), oftewel ongeveer 967 kW. Is de accu leeg, dan levert deze nog 720.000 watt (600 volt x 1.200 ampère), omgerekend 720 kW. Het piekvermogen neemt dus, naar mate een accu leger raakt, af met ongeveer 247 kW. Dat is een wezenlijk verschil.
Het piekvermogen moet je niet verwarren met de accucapaciteit. De capaciteit wordt uitgedrukt in Ah of kWh en laat zien hoeveel vermogen de accu per tijdseenheid kan afgeven. Voorbeeld; een accu heeft cellen die elk ongeveer 2.950 mAh leveren. Schakel je de parallel geschakelde blokken aan elkaar, dan mag je deze waardes bij elkaar optellen. Een accupakket kan dus 177 Ah (60 sets x 2.950 mAh) leveren. Bij een volle accu is dan de capaciteit 142.662 Wh (177 Ah x 806 volt), oftewel 142 kWh. Bij een lege accu is dit 106.200 Wh (177 Ah x 600 volt), oftewel 106 kWh. Bij het ontwerp/beoogde gebruik van de machine zou de accu niet onder de 60 procent accucapaciteit moeten komen. Een machinebouwer of -ontwerper moet dus goed nadenken hoe groot een accu moet zijn die hij in zijn machines plaatst. Denk hierbij goed na hoeveel vermogen bepaalde werkzaamheden kosten. Het is immers niet wenselijk dat aan het einde van de werkdag – wanneer de accu bijna leeg is – er niet meer valt te werken met een machine.
