Wat betekent SoC van een accu? En wat maakt het zo moeilijk om deze te bepalen bij een LFP accu?

De afkorting SoC staat voor State of Charge. Met de SoC wordt de ladingsgraad, de beschikbare hoeveelheid lading in de accu als een percentage weergegeven. Een SoC van 100% betekent dat de accu nokkie vol zit, bij 0% is hij compleet leeg.

Introductie

Veel, zo niet haast alle apparaten die op een accu werken, tonen op een of andere manier hoe vol de accu nog is. Dat kan in de vorm van een aantal ledjes op een rij, hoe meer ledjes branden, hoe voller de accu. Wordt een display gebruikt dan zie je vaak een symbool van een batterij met een aantal streepjes, hoe meer streepjes, hoe voller de accu.

Maar het is natuurlijk nog mooier als de ladingsgraad weergegeven wordt als een percentage. Bij een EOS wordt vrijwel altijd de SoC weergegeven als een percentage.

Velen nemen deze getoonde waarde als waarheid aan, maar pas op, de SoC is maar een benadering, een indicatie.

Veel eigenaren van een EOS die gebruik maakt van een LFP accu (welke niet?) klagen vaak steen en been dat de SoC voor geen meter (grappig bedoeld) klopt. Ze vragen zich hardop af, zo lezen we in forums, hoe moeilijk kan het zijn om een redelijk betrouwbare SoC meter te maken? Het moeten wel enomre prutsers zijn bij de fabrikant als ze dat niet kunnen.

Zoals dat vaak gaat met dit soort dingen, alles weten is alles begrijpen. En dat is precies wat we in dit artikel proberen te bereiken. Na het lezen van dit artikel zal je doorgronden waarom het zo moeilijk is om een betrouwbare SoC meting uit te voeren.

Twee SoC meettechnieken

Bij de traditionele accu's zoals bij loodzuur, (dus ook AGM), NiMh, NiCd, en vele lithium accu's zoals de NMC, wordt de SoC bepaald op basis van de accuspanning. Bij een accu zal de accuspanning van een volle accu hoog zijn en naarmate je hem ontlaad wordt de accuspanning lager. Dus door de accuspanning te meten kan je, via een vergelijkingstabellejte de SoC te weten komen.

Bij een LFP accu is deze accuspanningsmeettechniek niet toepasbaar. Dat komt omdat de accuspanning tussen de 90 en 10% SoC vrijwel constant is. Meet je de accuspanning dan zou die spanning kunnen horen bij 90% maar evengoed bij 45% of 12%.

Voor het meten van de SoC bij een LFP accu moest men gebruik maken van een andere meettechniek, die Coulombmeting wordt genoemd. Maar dat blijkt enorm lastig.

Coulombmeting

In deze paragraaf proberen we je duidelijk te maken hoe moeilijk het meten van Coulombs is. We stellen de zaken hierna eenvoudiger voor dan ze in werkelijkheid zijn, anders wordt het voor dit artikel te complex. We liegen dus niet, maar het probleem is veel omvattender en complexer dan we hieronder schetsen.

De Coulombmeter dankt zijn naam aan de eenheid van elektrische lading die Coulomb wordt genoemd. Een accu heeft immers een bepaalde hoeveelheid lading opgeslagen. De Coulombmeter houdt bij hoeveelheid lading uit of in de accu stroomt, een soort boekhouder die op ieder moment weet hoever in kas is (hoeveel lading in de accu aanwezig is).

Bij de start van de eerste meting weet de Coulombmeter niet wat de huidige SoC van de accu is, je kan bij een LFP accu immers niet "rechtstreeks" de SoC meten. Daarom moet de accu altijd eerst volledig geladen worden, en als de acculader klaar is dan geeft hij een seintje aan de Coulombmeter en die weet dan dat dit zijn uitgangspunt is, en stelt de SoC op 100%. Gaat er daarna 10%, later nog eens 5% uit de accu (ontladen), en komt er 7% bij (laden), dan moet de SoC dus 100-10-5+7=92% zijn.

Op zich klinkt dit logisch en simpel, en dat is het ook. Het probleem schuilt echter in het feit dat het meten van Coulombs, om dat nauwkeurig te doen, zeer lastig is. Het vereist een relatief dure gekalibreerde ladingmeter.

Het allermoeilijkste is dat die Coulombmeter niet alleen hele sterke ontlading van de accu moet kunnen meten, maar ook hele kleine ontlading. Mogelijk zal je denken, dat is toch niet zo moeilijk? Nou, dat is het wel.

Een voorbeeld, een personenweegschaal, daar kan je een persoon mee wegen van bijvoorbeeld 80 kg. Maar het meten van 100 gram boter, dat is met een personenweegschaal niet mogelijk. Dan geeft hij 0 kg aan, terwijl je echt 100 gram boter op de weegschaal hebt gelegd. Is daarmee dit een waardeloze weegschaal? Nee, het is een beperking van de weegschaal, en je weet niet beter dat hij deze beperking heeft. Wil je 100 gram wegen, dan heb je een tweede, andere weegschaal nodig.

Precies dát is de belangrijkste uitdaging van de Coulombmeter. Als je op basis van de energie uit een LFP accu elektrisch gaat koken, of je EV gaat laden, dan vloeien enorme grote stromen, wellicht 120 Ampère of meer uit de accu. Dát moet de Coulombmeter dus goed kunnen meten, want dat soort stromen zorgen dat de accu snel ontladen wordt en dat heeft natuurlijk een grote invloed op de SoC.

Maar in de nacht als haast alle apparaten uitstaan, vloeit een hele kleine stroom uit de accu, wellicht 0,1 Ampère, op zich is dat niets maar als dat gedurende uren plaatsvindt zal dat zorgen voor een niet te verwaarlozen ontlading van de accu. Als de Coulombmeter deze stroom van 0,1 Ampère niet kan meten, vergelijkbaar de 100 gram boter, dan betekent dat die kleine ontlaadstromen "gemist" worden door de Coulombmeter, dus zal de SoC niet aangepast worden. Op dat moment gaat de SoC meter "uit de pas lopen".

Het tweede probleem van de SoC meter is dat hij niet één, twee, drie of tien metingen moet uitvoeren en op basis daarvan de SoC moet bepalen, nee, hij moet honderdduizenden wellicht miljoenen metingen uitvoeren. Want binnen één seconden kan de stroom sterk wisselen (en zal dit ook bij een EOS doen). De enorm sterke fluctuatie, zelfs binnen één seconden, is sterker dan je vermoed.

Iedere meting die uitgevoerd wordt zal een bepaalde kleine afwijking hebben (die ook steeds zowel positief als negatief kan uitvallen). Op zich bij een enkele meting niet erg, maar als je honderdduizenden metingen moet verrichten dan stapelen die meetfouten zich op. En dat zorgt dat het aantal Coulombs dat "geteld" wordt niet meer goed overeenkomt met de werkelijkheid. Hoe langer de meting duurt, dagen, soms weken of soms zelfs maanden, dan is het heel erg logisch dat de SoC steeds verder gaat afwijken van de werkelijke SoC. Dat is een haast onoverkomelijk probleem.

Dat probleem kan op twee manieren gemitigeerd worden: 1. de accu wordt zeer regelmatig vol geladen, bijvoorbeeld iedere twee dagen, 2. de Coulombmeter wordt met zeer dure en goed gekalibreerde meetinstrumenten uitgevoerd.

Dat de SoC "verloopt", "drift" dat is dus een onvermijdelijk probleem. Als je de accu echter weer volledig laad, dan zal de SoC meter iedere keer gereset worden. Gaf de SoC meter tijdens het laden, vlak voordat de accu vrijwel vol zat, nog 91% aan, terwijl het eigenlijk 99% had moeten zijn, een paar momenten later toen de accu volledig geladen was, sprong de SoC meter ineens van (in dit voorbeeld) 91% naar 100%. Op zich zal dit vele eigenaren van een LFP accu al verbazen, maar nu begrijp je hoe dit komt.

Door de LFP accu dus regelmatig vol te laden, beperk je de geaccumuleerde meetfout van de SoC meter omdat hij iedere dag, of paar dagen, gereset wordt. En in dat geval zal de afwijking "acceptabel" zijn. Maar hoe langer je hiermee wacht, hoe groter de afwijking. Bedenk dat een EOS in de donkere maanden wellicht drie of vier maanden niet volledig geladen wordt, er is gewoon niet voldoende zonlicht om de accu volledig op te laden. In zo'n periode kan de SoC dus enorme afwijkingen hebben.

Grote afwijkingen kan je ook voorkomen door heel nauwkeurige meetapparatuur te gebruiken. Maar ja, nauwkeurig meten, dat is per definitie duur. En de concurrentie bij energie opslag systemen (zoals een thuisbatterij) is enorm. Dus de meeste fabrikanten proberen overal op te bezuinigen. Dus denk je dat er een nauwkeurige Coulombmeter in de thuisbatterij zal zitten? Zeer waarschijnlijk niet.

En daar heb je het. Goedkope meting, complexe meting, dus afwijkende SoC meting. Nu je dit weet is het dus heel begrijpelijk dat de SoC zo sterk afwijkt. Alles weten is alles begrijpen.