Wat houdt de capaciteit in bij een accu?

Een accu kan een bepaalde hoeveelheid elektrische lading opslaan om deze later weer af te geven. De hoeveelheid lading die opgeslagen kan worden wordt de accu capaciteit genoemd en deze wordt uitgedrukt in de eenheid Ah, Ampère-uur.

Verwarring

De capaciteit van een accu geeft aan hoeveel lading opgeslagen kan worden, dat is iets anders dan de hoeveelheid energie die opgeslagen kan worden. Dat zullen we toelichten.

Een accu wordt geladen door gedurende een bepaalde tijd een bepaalde stroom door de accu te laten vloeien. Als voorbeeld, stel dat een lege accu geladen wordt met 20 Ampère gedurende 4 uur en daarna vol is, dan heeft de accu een capaciteit van 20 Ampère x 4 uur = 80 Ampère-uur, kortweg 80 Ah.

In de eenheid Ah zitten twee componenten: stroomsterkte en tijd. De eenheid van lading is de Coulomb, en één Coulomb is gedefinieerd als de elektrische lading die verplaatst wordt een stroom van 1 Ampère gedurende 1 seconde door een geleider stroomt.

Eén Ah is dus een stroom van 1 Ampère gedurende 3600 seconden (een uur), dus dat is een lading van 3600 Coulomb. Tot zover de theorie. Nu gaan we praktisch worden.

Bij (vrijwel) iedere accu is de capaciteit vermeld als een Ah-waarde. Zo kan een auto-accu een capaciteit hebben van 60 Ah, een accu in een EOS bijvoorbeeld 300 Ah. Maar de waarde kunnen ook kleiner zijn, dan drukken we het meestal uit in mAh (milli Ampère uur). Zo kan een oplaadbare AA batterij een capaciteit hebben van 1800 mAh (dat is dus eigenlijk 1,8 Ah), heeft een mobiele telefoon een accu van bijvoorbeeld 5000 mAh en zo kan een powerbank een capaciteit hebben van 10.000 mAh (dat is dus 10 Ah).

Je ziet, eigenlijk was je al gewend aan de eenheid Ah (of mAh) voor accucapaciteit. Desondanks kan dit voor flinke verwarring zorgen.

Om dat duidelijk te maken gebruiken we een voorbeeld, we hebben twee accu's, een accu van 12 Volt 160 Ah en een accu van 24 Volt 120 Ah. De tweede accu, ondanks zijn lagere Ah waarde blijkt 50% meer energie te kunnen opslaan. De accu van 12 Volt en 160 Ah heeft een energieopslag van 1,92 kWu, de accu van 24 Volt en 120 Ah een opslag van 2,88 kWu. De Ah-waarde alleen zegt dus niets over de hoeveelheid energie die in een accu opgeslagen kan worden.

Lading versus energie

Tot nu toe hebben we het over de lading gehad van een accu, die uitgedrukt wordt in Ah. Maar hoe verhoudt zich dat tot de hoeveelheid energie die een accu bezit?

Energie is de hoeveelheid geleverd vermogen (P) gedurende een bepaalde tijd (t). Vermogen, dat uitgedrukt wordt in Watt, kan je berekenen met de formule: P = U x I, vermogen is spanning maal stroom.

Dus als we de spanning, de stroom en de tijd met elkaar vermenigvuldigen krijgen we daaruit de hoeveelheid energie.

De eerste accu was een 12 Volt accu van 160 Ah. Die accu kan bijvoorbeeld 16 Ampère gedurende 10 uur leveren (vandaar 160 Ah). De energie-inhoud (E) van de accu laat zich nu makkelijk berekenen: E = U x I x t, E = 12 Volt x 16 Ampère x 10 uur, E = 1920 Wu, of de Engelse schrijfwijze 1920 Wh. Dat kan je ook schrijven als 1,92 kWu of 1,92 kWh.

De tweede accu heeft een spanning van 24 Volt en had een (kleinere) capaciteit van 120 Ah (bijvoorbeeld 12 Ampère gedurende 10 uur). De energie-inhoud van die accu is: E = U x I x t, E = 24 Volt x 12 Ampère x 10 uur, E = 2880 Wu of 2,88 kWu.

Je ziet, de eerste accu van 160 Ah had een energie-inhoud van 1,92 kWu en die van 120 Ah was de energie-inhoud 2,88 kWu. Het verschil zit hem in de spanning van de accu. De eerste was maar 12 Volt, de tweede 24 Volt.

Dit wordt inzichtelijk als je bedenkt dat je met twee 12 Volt accu's, die in serie geschakeld worden, een 24 Volt accu kan maken. Twee 12 Volt 160 Ah accu's in serie vormen samen een accu van 24 Volt 160 Ah. Voor een 24 Volt accu heb je dus twee 12 Volt accu's nodig. In twee accu's kan je natuurlijk veel meer energie opslaan dan in één. Logisch toch?

Capaciteit geen vast gegeven

De capaciteit van een accu is geen vast gegeven. De capaciteit van een accu wordt onder meer beïnvloed door de temperatuur. Een hogere accutemperatuur zal zorgen dat iets meer capaciteit beschikbaar komt, een lagere accutemperatuur zal de capaciteit beperken.

Een accu in een ebike zal dus in de winter je minder energie kunnen leveren, dus zal de actieradius beperkter zijn. Dat zelfde geldt bij een accu van een elektrische auto. In de winter is dan de actieradius beperkter.

Daarnaast zal de capaciteit lager zijn bij een grotere ontlaadstroom dan bij een kleinere ontlaadstroom. Hoe sterk de ontlaadstroom de capaciteit beperkt is afhankelijk van de accuchemie. Een voorbeeld, een 120 Ah accu zal gedurende 10 uur 12 Ampère kunnen leveren. Maar bij een stroom van 60 Ampère is dat niet meer 2 uur (60x2=120) maar is dit beperkter, bijvoorbeeld nog maar 1,7 uur. Dus de accu heeft bij zo'n grote stroom een capaciteit van 60 x 1,7 = 102 Ah. Overigens, als je de accu weer laad en daarna ontlaad, maar dan met 12 Ampère, dan kan dat weer gedurende 10 uur. Die beperking is dus alleen maar gedurende de grotere stroom.

Daarnaast zal de capaciteit afnamen gedurende de levensduur en gebruik (cyles) van de accu. De levensduur, in jaren, wordt meestal gespecificeerd als de capaciteit gedaald is tot 80% of 70%. Dus een 120 Ah accu zal op het einde van zijn levensduur een capaciteit hebben van 96 AH (80% SoH) of 84 Ah (bij 70% SoH).