Oplaadstrategie voor accu's met klein en groot laadvermogen

Wie al wachtend bij de snellader wel eens de getallen op het display heeft gevolgd, zal waarschijnlijk hebben gezien dat het vermogen (de snelheid waarmee de elektronen in de auto worden gepompt) na verloop van tijd terugloopt. Dat is jammer, maar verklaarbaar. Het laadproces van een accu verloopt eigenlijk net als het boardingproces bij een volgeboekt vliegtuig. In het begin gaat het boarden vrij snel. De eerste passagiers die door het gangpad naar hun stoel lopen, leggen hun tas in het bagagevak boven hun hoofd en kunnen direct gaan zitten. Maar wanneer er meer passagiers aan boord komen, zie je het proces vertragen: er moet worden geschoven om een tas tussen twee andere tassen te proppen en hier en daar moeten reeds zittende passagiers aan het gangpad opstaan voor mensen met een plekje bij het raam. Het zorgt allemaal voor opstoppingen in het gangpad. En wanneer bijna iedereen op zijn plek zit, sla je met een beetje leedvermaak gade hoe de laatste passagier – gehaast en met het zweet op zijn voorhoofd – door het gangpad heen en weer dribbelt om in de inmiddels vrijwel volle bagagevakken toch nog een plekje voor zijn net iets te grote tas te vinden.

MEER BAGAGEVAKKEN

Wanneer we tijdens het laden inzoomen op het inwendige van de accu zien we daar in de cellen een proces dat sterk doet denken aan de situatie in het vliegtuig. Aanvankelijk kost het de elektronen weinig moeite om een vrij lithium-ion te vinden waaraan ze zich kunnen binden, maar na verloop van tijd wordt dat steeds lastiger en neemt de laadsnelheid af. Aan een reguliere laadpaal of thuisaansluiting valt het allemaal nog wel mee, maar bij de snellader, waar met grote vermogens (en dus veel elektronen per tijdseenheid) wordt gewerkt, is celmanagement van groot belang.

Door dat ze niet hoeven te zoeken naar een vrij plekje in het bagagevak zitten 150 passagiers sneller aan boord van een vliegtuig dat plaats biedt aan 300 mensen dan aan boord van een compacter toestel met precies 150 stoelen. Analoog hieraan zal het niet verbazen dat je eenzelfde hoeveelheid energie sneller in een accu met een grote capaciteit kunt laden dan in een kleine accu. Je kunt het ook omdraaien: een grote accu opladen hoeft dus niet twee keer zo lang te duren als het opladen van een accu die maar half zo groot is, omdat de grote accu met een groter vermogen kan worden geladen.

Audi levert de E-tron 55 met een accucapaciteit van 95 kWh en de E-tron 50 met een accu van 71 kWh. Het fysieke verschil tussen de accu’s zit hem in het aantal cellen. Op celniveau verloopt het laadproces bij beide auto’s even snel en omdat alle cellen gelijkmatig worden opgeladen, duurt het bij beide accu’s vrijwel even lang tot ze vol zitten. Per tijdseenheid krijgt de E-tron 50 dus minder energie toegediend, er kan worden geladen met een maximaal vermogen van 120 kW, terwijl de E-tron 55 met 150 kWh kan worden geladen.

TEMPERATUURMANAGEMENT

Naast de accugrootte speelt ook de temperatuur een belangrijke rol bij het laden. Hoe groter het vermogen waarmee wordt geladen, hoe groter (bij gelijkblijvende spanning) de stroom. Die stroom zorgt niet alleen voor het laden van de cellen, maar zorgt onderweg door de inwendige weerstand van de accu ook voor warmte. Die warmteproductie neemt zelfs kwadratisch toe bij het stijgen van de stroom. De accu komt echter het best tot zijn recht bij een temperatuur van tussen de 25 en 35 graden.

Om de laadsnelheid optimaal te houden, zal er dus actief moeten worden gekoeld, vandaar dat EV’s zoals de genoemde Audi Etrons zijn uitgerust met een vloeistofgekoeld accupakket met een uitgekiend thermo management. Er zijn echter ook auto’s waarbij het accupakket luchtgekoeld is of zelfs alleen maar wordt gekoeld door de rijwind. Om oververhitting te voor komen kan bij die auto’s de batterij slechts met een beperkt vermogen worden geladen, een aantal EV’s kan (ook al kunnen snel laders met en kele honderden kW’s werken) toch met niet meer dan met 50 kW worden geladen. Dat lagere maximale vermogen is trouwens niet alleen gunstig voor de efficiëntie van het laadproces, maar zorgt er eveneens voor dat de accu niet te snel veroudert.

Een hoog piekvermogen op het scherm van de snellader ziet er leuk uit, alleen schiet het niet op als je daar maar korte tijd van kunt profiteren, omdat daarna de accu te warm wordt. Uiteindelijk ben je dan beter af met een net iets minder hoog vermogen dat dankzij een uitgekiend temperatuur management vervolgens wel langer kan worden vastgehouden. Dan heb je eerder de benodigde elektriciteit aan boord om op je bestemming te kunnen komen.

VOORVERWARMEN

Onder winterse omstandigheden kan de accu ook te koud worden. Het koelsysteem kan dan juist als verwarming worden ingezet. Dat kan met elektriciteit uit de lader of met warmte die wordt gegenereerd tijdens het rijden (eventueel ook uit de accu). Een aardig voorbeeld van dat laatste is de Porsche Taycan. Wanneer die op basis van het navigatie systeem weet dat er binnen afzienbare tijd zal worden geladen, zorgt de auto zelf dat de accu alvast op de juist temperatuur is op het moment dat de laadpaal wordt bereikt. Zo verloopt het laadproces vervolgens het snelst.