Wat houdt het rendement in van een LFP accu en hoe wordt dit gemeten?

In dit artikel, dat deel uit maakt van een artikelenreeks over de LFP accu, bespreken we het rendement van een LFP accu is. Het rendement is de verhouding van de hoeveelheid energie die de accu afgeeft tijdens het ontladen met de hoeveelheid energie die nodig was om hem te weer te laden.

Hoe wordt het rendement berekend?

We nemen een voorbeeld, stel dat een volgeladen accu 15,5 kWh elektrische energie afgeeft door hem geheel te ontladen, en om de accu weer volledig te laden is 16 kWh elektrische energie benodigd, dan is het rendement η: 15,5 / 16 = 0,96875, dus 96,875%.

Voor het meten van dit rendement heb je nauwkeurige shunt nodig, voor de particulier is de Victron Smart Shunt een goed beschikbare, redelijk nauwkeurige en nog betaalbare shunt. Die meet vele dingen waaronder de Ah en Wh waarden tijdens laden en ontladen.

Ah-rendement, Wh-rendement

Bedenk dat het rendement van een accu berekend kan worden op basis van de Ah waarde tijdens ontladen en laden, maar dat de Wh waarde anders, lager, zal zijn. Dat is logisch omdat tijdens het laden van de accu de spanning altijd hoger zal zijn en tijdens het ontladen de accuspanning altijd lager zal zijn. Dit is het gevolg van het laadoverspanningspotentiaal (LOP) en ontlaadonderspanningspotentiaal (OOP) van de accu en bedenk dat deze twee spanningen ook nog eens afhankelijk zijn van de grootte van de (ont)laadstroom.

Stel je hebt een 300 Ah accu, en de shunt meet dat tijdens het ontladen 301 Ah beschikbaar kwam, en dat 302 Ah benodigd was tijdens het laden, dan is het Ah-rendement 301 / 302 = 99.67%

Maar dezelfde accu zal als het rendement berekend wordt op basis van de energie (Wh of kWh), dus niet alleen stroomsterkte en tijd zoals bij de Ah-waarde gebruiken, maar nu stroomsterkte x spanning moeten meten en dit integreren met de tijd, en dan zal het rendement lager zijn, bijvoorbeeld 96,7%.

Dit verschil is toe te rekenen aan de hoger (benodigde) spanning tijdens het laden en een verlaagde accuspanning tijdens het ontladen door het laadoverspanningspotentiaal (LOP) en ontlaadonderspanningspotentiaal (OOP).

En laten we wel wezen, alleen het Wh-rendement is, praktisch gezien, waar het om draait. De apparatuur die gevoed wordt door een accu, gebruikt niet alleen stroom gedurende een bepaalde tijd (dus Ah) maar zal een bepaalde stroom vloeien in combinatie met een bepaalde (en ook nog eens niet constante) spanning en dat levert samen met de tijd een bepaalde hoeveelheid energie op, dus Wh of kWh.

Mocht je het rendement zelf gaat meten, hou dan een rustperiode aan tussen het laad- en ontlaadproces, dat is nodig om de accu in een rust toestand te brengen waarbij het laadoverspanningspotentiaal tot nul is gereduceerd.

Wat beïnvloed het rendement?

Het rendement wordt beïnvloed door de temperatuur van de accu, de interne weerstand dus indirect de SoH omdat bij veroudering de interne weerstand zal stijgen, maar ook heeft de C-waarde invloed op het rendement.

De temperatuur speelt vooral tijdens het laden een rol. Bij een lage temperatuur, bijvoorbeeld 10°C of minder, zal het laadoverspanningspotentiaal stijgen om dezelfde laadstroom mogelijk te maken. De lithium ionen laten zich door een koud elektrolyt, vanwege de hogere viscositeit, moeilijker verplaatsen, vandaar het hogere laadoverspanningspotentiaal. Doordat de laadstroomsterkte gelijk blijft maar het laadoverspanningspotentiaal hoger wordt bij lagere elektrolyt temperaturen, zal het het product van die twee, het vermogen (P), dus hoger zijn: P = U x I.

Het rendement zal afnemen naarmate de LFP accu ouder wordt en/of meer cycli heeft gehad omdat het laadoverspanningspotentiaal met het toenemen van de ouderdom steeds verder zal stijgen.

Dat de C-waarde waarmee de accu ontladen of geladen wordt een rol speelt is evident. De (ont)laadstroom die door een weerstand/impedantie vloeit zal leiden tot vermogensverlies (warmte) op basis van de formule P = I² x R. Het verlies neemt toe met het kwadraat van de stroomsterkte (lees C-waarde), dus hoe hoger de C-waarde, hoe hoger het verlies, hoe lager het rendement. Die weerstand is terug te vinden in busbars tussen de accucellen, overgangsweerstanden tussen de busbars en de accupolen en de interne weerstand van onder meer de koperen en aluminium folies waaruit de LFP accu is opgebouwd.

Daarnaast zal een hogere C-waarde / stroomsterkte zorgen voor een hoger laadoverspanningspotentiaal tijdens laden en ontlaadonderspanningspotentiaal tijdens ontladen en dat spanningsverlies heeft ook invloed op de vermogensoverdracht van/naar de accu: P = I x U.

Nota bene

Het in dit artikel beschreven rendement is het rendement van de accu, niet van een compleet EOS. In het EOS zullen de verliezen van de accukabels, shunt, zekering en inverter/charger een veel grotere invloed hebben op het rendement. Een compleet EOS heeft een round-trip-efficiency van circa 80% en daar zit het rendement van de LFP accu reeds in.