Wat houdt cycli in bij de levensduur van een accu?

twee pijlen die in een cirkelvorm staan en naar elkaar wijzen

In dit artikel behandelen we de term cycli van een accu. Met het aantal cycli geeft de fabrikant een indicatie van de levensduur van een accu. Een term met dezelfde betekenis die je in specificaties van een thuisbatterij tegenkomt is battery cycle life. Het aantal cycli is niet alleen van toepassing op een thuisbatterij maar op álle accu's. Maar let op, het aantal cycli is een indicatie, geen absoluut getal. Dat komt omdat "externe factoren", die je vaak zelf in de hand hebt, een grote invloed hebben op de te verwachte levensduur.

Welke aspecten dit zijn en hoe je het aantal cycli van een thuisbatterij kan omreken naar de levensduur in jaren behandelen we in dit artikel.

Wat is een cyclus, wat zijn cycli van accu?

Fabrikanten van accu's (in een thuisbatterij zit een accu waarin de energie wordt opgeslagen), specificeren de levensduur van hun accu's meestal in het aantal "cycli".

Cycli is meervoud van cyclus. Een cyclus is een "herhalend proces". Bij accu's is dat het proces van de accu laden en daarna de accu ontladen.

Wanneer je een geheel lege accu volledig laad en daarna volledig ontlaad, wordt dit gezien als één cyclus.

een kopie van een deel van de specificaties van een thuisbatterij
voorbeeld uit een folder van een thuisbatterij

Wordt de levensduur van een accu gesteld op bijvoorbeeld 6000 cycli, dan kan je de accu dus 6000 keer geheel opladen en ontladen.

Is hij na die 6000 keer kapot? Nee, dat niet, alleen is dan nog maar 80% van de oorspronkelijke capaciteit beschikbaar. Althans, de accu-industrie specificeert meestal dit aantal cycli totdat de accu nog 80% van de oorspronkelijke capaciteit bezit. Na die 80% grens begint de levensduur van de accu wel in zicht te komen. Hoewel de grens niet zwart/wit te stellen is, maar men houdt vaak een grens aan van 70%, daarna zal de accu meestal vervangen worden.

Stel je hebt een accu met een capaciteit van 5 kWu, dan zal deze na die 6000 cycli (uit dit voorbeeld) niet meer de oorspronkelijke capaciteit hebben van 5 kWu maar 80% van die 5 kWu, dus 4 kWu.

Door een accu te gebruiken zal deze degraderen, in capaciteit afnemen. Na iedere cyclus zal een klein beetje minder capaciteit bruikbaar zijn. Dat is dus een langzaam proces wat in de praktijk (vaak) jaren duurt. Dat is een heel normaal proces en geldt voor álle accu's.

Stel ik ontlaad de accu steeds maar tot 80%, hoe zit het dan met die cycli?

We zullen deze vraag eerst "in zijn algemeenheid" beantwoorden, later in dit artikel zal je nuances lezen.

Stel dat je een accu hebt van 5 kWu, en die ontlaad je iedere keer tot 80%. Je hebt dus maar 20% van de accucapaciteit gebruikt. In dit voorbeeld heb je uit de 5 kWu accu dus 1 kWu onttrokken. Vervolgens laad je de accu weer volledig (tot 100%) op. Dan wordt dit als 0,2 cyclus gezien.

Wanneer je de accu op deze manier vijf keer hebt ontladen en hebt volgeladen, wordt dit als één cyclus gezien. Immers, 5 x 0,2 = 1. Een accu met een levensduur van 6000 cycli zal je dus (5 x 6000 =) 30.000 keer (met 20%) kunnen ontladen tot 80% SOC waarna je hem weer tot 100% SOC laad.

Die 80% of welke andere waarde dan ook, wordt bij een accu de SoH genoemd, de State of Health. Die was tijdens productie van de accu 100% en zal door veroudering (gewoon tijd) én door gebruik dalen.

Aantal cycli is een "goede indicatie"

Realiseer dat het aantal cycli dat gegeven wordt (garanties zal men niet geven, eerder een "expected lifetime"), sterk onderhevig is aan een aantal variabelen waar de fabrikant geen invloed op heeft. Daarom alleen al zal men geen garanties geven. De belangrijkste aspecten die invloed hebben op de levensduur zijn:

  • temperatuur van de accu
  • laad- en onlaadsnelheid
  • mate waarin de accu ontladen en geladen wordt

Accutemperatuur

De temperatuur van de accu heeft een dominante invloed op de levensduur, het aantal te verwachte cycli. Het aantal cycli wordt door de fabrikant gespecificeerd bij een bepaalde temperatuur, bijvoorbeeld 25°C. Dat is niet de omgevingstemperatuur maar de cell[1] temperatuur. Bij toenemende temperatuur zal het aantal te verwachte cycli significant dalen. Hieronder een grafiek met een voorbeeld van een bepaalde LFP accu van EVE (een bekende fabrikant van dat type accu's) waarin de capaciteitsafname te zien is gerelateerd aan de temperatuur. Bij 45 graden Celsius celtemperatuur zal het aantal te verwachten cycli met meer dan 50% dalen. Het is dus belangrijk om de accu's goed te koelen of niet in een warme ruimte te plaatsen.

grafiek waarin bij twee temperaturen: 25 en 45 graden Celsius de accucapaciteit daalt met het toenemen van het aantal cycli
voorbeeld (van een LFP accu van een bepaalde fabrikant) van de levensduur in cycli gerelateerd aan temperatuur accu

Je zal denken, als de accu in een garage staat, waar het bijvoorbeeld 18°C is, dan zit ik goed. Maar bedenk dat door het laden of ontladen van de accu de temperatuur van de accucellen flink kan oplopen. Hoe sterk die temperatuurstijging is zal afhangen van de C-waarde[2] waarin de accu geladen of ontladen wordt.

Als voorbeeld, bij het laden of ontladen van een accu met 0,5C zal de temperatuur met zo'n 10 graden per uur stijgen. Deze waarde is een puur indicatieve waarde om je een gevoel te geven en is van veel factoren afhankelijk het kan bij jou dus lager maar ook zeker hoger zijn. Dus na twee uur laden (of ontladen) kan de temperatuur opgelopen zijn met circa 20 graden. Hoe lager de C-waarde tijdens het laden of ontladen, hoe lager de temperatuurstijging is.

Laad- en ontlaadsnelheid

In de vorige paragraaf hebben we al de invloed van een grote C-waarde[2] op de accutemperatuur gehad. Maar die C-waarde heeft ook invloed op de levensduur (dus nog afgezien van de gevolgen van de temperatuurstijging). In onderstaande tabel hebben we de specificaties gekopieerd van een bepaald model accu van bekende fabrikant van LFP accu's (Eve) en daar zie je onderaan de tabel staan dat de cycle life gespecificeerd wordt bij 25°C én bij 0,5C. Wil je die die (in dit geval) 6000 cycles halen, dan moet niet alleen de accu-celtemperatuur op 25 graden Celsius blijven, maar mag je de accu niet sneller ontladen of laden dan 0,5C.

Zeker bij LFP accu's geldt dat je er goed aan doet om dit nog verder te beperken vanwege de warmteontwikkeling en levensduur. Vele gebruiken 0,2C of 0,25C als grens. Dus (ont)laden in maximaal 5 of 4 uur. Sommige gebruiken een iets hogere waarde van 0,3C, maar dat is altijd een persoonlijke afweging.

Je ziet in de specificaties staan (let op: van deze specifieke accu, het is dus alleen maar ter illustratie) dat de maximale laad en ontlaadstroom 1C is en een piekstroom van 2C. Dat is mooi dat men dit in de specificaties opneemt, maar men schrijft er niet bij wat de gevolgen zijn. Technisch kan het dus, maar uiteindelijk telt vooral wat men wél specificeert, en dat zie je dus staan bij de levensduur 6000 cycli bij 0,5C. Ga er maar vanuit dat bij 1C het aantal cycli drastisch daalt.

Overigens, bij normaal gebruik van een thuisbatterij is dit geen punt van aandacht omdat je met de gebruikte accu liefst de avond en nacht wil overbruggen. Dan wordt de accu in circa 12 uur ontladen. Hooguit zullen rond etenstijd pieken ontstaan vanwege inductief koken. Kijk of je die hoge pieken kan beperken door de maximale ontlaadstroom op de thuisbatterij te beperken.

tabel met een overzicht van de specificaties van een lfp accu
specificaties van een bepaald model LFP accu van de fabrikant Eve; de levensduur in cycli wordt gespecificeerd bij 0,5C en de suggestie wordt gewekt dat je er verstandig aan doet om de SOC tussen de 10 en 90% te houden (maar wat dat voor gevolgen heeft op het aantal cycli wordt niet vermeld).

Mate waarin de accu ontladen en geladen wordt

De levensduur van een accu wordt ook beïnvloed hoever je de accu ontlaad en hoever je de accu oplaad. Wellicht kan je er iets bij voorstellen dat het heel erg sterk ontladen van een accu niet (zo) goed is. Maar dat je een accu niet tot 100% moet volladen omdat dit slecht zou zijn? Dat is wellicht nieuw voor je.

Dat dit niet uit de lucht gegrepen is blijkt wel dat (eindelijk, het heeft tot circa 2023 geduurd voordat we dit bij bepaalde producten zagen) fabrikanten van laptops of smartphones je de optie geven om de accu (zoals bij een laptop) de accu niet verder dan 50% te laden (als hij toch steeds aan de lader hangt) of een smartphone die je met een "accu-levensduur verlengende instelling" niet verder oplaad dan bijvoorbeeld 80%. Die beperkingen kunnen een significante verlenging van de levensduur betekenen.

Die optie om de accu niet helemaal op te laden geven ze natuurlijk niet zomaar. De fabrikanten weten al heel lang dat het tot 100% opladen van een accu niet goed is voor een accu (maar men beperkte het destijds niet omdat je anders niet de volle capaciteit van de accu kan gebruiken en dat vondt de marketingafdeling dan weer geen goed idee). Dit geldt niet alleen voor laptop, smartphone of wat voor (moderne) accu's dan ook[3], dus ook de accu van een thuisbatterij.

Overigens, als je de accu van een apparaat oplaad tot 100% (of dit nou een laptop, smartphone, accuboormachine, thuisbatterij of wat dan ook) dan betekent dit niet dat de accu ook daadwerkelijk tot 100% is geladen. Het betekent alleen maar dat vanuit het gebruikersperspectief de accu volledig opgeladen is.

De fabrikant zal namelijk een ontwerpbeslissing maken tot hoever de accu opgeladen wordt als de gebruiker de melding krijgt dat de accu voor 100% geladen is. Een fabrikant die wil dat de accu lang meegaat zal zorgen dat die accu niet geheel opgeladen is. Dus de gebruiker ziet 100% geladen, maar technisch is de accu maar tot bijvoorbeeld 95% opgeladen.

Dit geldt ook voor het geheel ontladen. Als de accu 0% aangeeft, dan is de accu -zeker te weten- nog niet geheel ontladen. De fabrikant zal namelijk altijd een flinke veiligheidsmarge aanhouden. Want bij sommige accu's (zoals NMC en LFP accu's) geldt dat als deze voorbij een bepaalde grens ontladen worden, ze onherstelbaar beschadigd raken. Dat is wat diepontlading wordt genoemd.

De fabrikant behoed je voor deze diepontlading door je te melden dat de acculading 0% is, terwijl technisch gesproken bijvoorbeeld nog 10% lading beschikbaar is. Gewoon om diepontlading te voorkomen. Want als je een accu met 0% lading niet direct oplaad, dan zal de accu steeds verder "leeglopen" vanwege de zelfontlading die iedere accu kent. En door die zelfontlading zou wel eens de grens overschreden kunnen worden van diepontlading, en dan is de accu dus defect.

Bij vele type accu's is het heel verstandig om deze te gebruiken in het gebied van 20 en 80% (dit zijn maar indicatieve waarden en het is per accusoort anders, én het is een persoonlijke afweging). Als je binnen die grenzen blijft zal de accu aanzienlijk langer meegaan (minder snel degraderen). Daarom zie je dus in de specificaties die we hierboven hebben geplaatst dat de fabrikant een suggestie doet voor 10-90% SOC.

Een waarde die je in de specificaties van een thuisbatterij vaak tegenkomt is de DoD, de Depth of Discharge. Dat getal geeft aan hoever de fabrikant van de thuisbatterij de accu maximaal zal ontladen (dat is dus een keuze). Wanneer de thuisbatterij een capaciteit heeft van bijvoorbeeld 5 kWu en men hanteert een DoD van 80%, dan zal men stoppen met het ontladen van de accu wanneer deze nog maar voor 20% geladen is (dus voor 80% is ontladen). Dus de praktische (bruikbare) capaciteit is in dat geval 5 kWu x 0,8 = 4 kWu. Dat lijkt jammer dat je die laatste 1 kWu (in dit geval) niet kan gebruiken, maar aan de andere kant moet je hier blij mee zijn omdat een grotere DoD waarde ook betekent dat de levensduur beperkt wordt.

Cycli omrekenen naar levensduur in jaren

Hiervoor heb je kunnen lezen welke factoren in een invloed hebben op het aantal cycli, en stel dat je een goed inschatting kan maken hoeveel cycli jouw accu kan meegaan, hoe reken je dat dan om naar de levensduur in jaren?

Daarvoor moeten we nog weten hoeveel cycli je per jaar verwacht. Bij een thuisbatterij die alleen maar overtollige zonne-energie opslaat in de accu zal dat beperkt zijn. In principe zal de thuisbatterij alleen in de maanden maart t/m oktober zinvol werk kunnen doen. En zelfs in die periode zullen er dagen bij zitten dat de accu niet volledig benut kan worden omdat het te bewolkt weer is.

Het is dan een hele redelijke aanname dat je in die periode 240 keer intensief hebt gebruikt. Een jaar bestaat uit 365 dagen, en de donkere periode beslaat circa vier maanden, dat zijn er circa 125 en zo komen we tot 240 dagen.

Is de te verwachte levensduur 5000 cycli, dan is de te verwachte levensduur 5000/240=20,8 jaar. Bedenk dat dit theoretische berekeningen zijn, de LFP accu's die in thuisbatterijen gebruik worden zijn relatief nieuw en de fabrikant doet een zo goed mogelijke inschatting van de levensduur, maar pas over 10 à 20 jaar weten we pas echt of die inschatting goed is geweest.

Een thuisbatterij waarmee je gaat handelen op de elektriciteitsmarkt zal de accu doorgaans twee keer per dag vrijwel volledig geladen en ontladen worden. Want je wil in de dure periode in de ochtend en in de dure periode in de avond (wanneer de elektriciteitsprijs, gemiddeld gesproken, flink hoger is dan buiten die periode) zo veel als mogelijk elektriciteit terugleveren (verkopen). In de periodes daartussen kan de accu afkoelen en opladen (met goedkopere elektriciteit). Dus dan heb je circa 2 cycli per dag. Een accu die twee cycli per dag meemaakt zal doorgaans warmer zijn omdat de laad- en ontlaadstromen hoog zijn, en daardoor zal de te verwachte levensduur minder zijn. Laten we eens aannemen dat dit 3000 cycli zijn, dan is de levensduur 3000/365/2=4,1 jaar.

Zoals we al schreven, na deze periode kan je de accu blijven gebruiken alleen is de capaciteit van de accu afgenomen tot 80% van zijn oorspronkelijke waarde, maar het einde van de accu is dan wel in zicht.

Smokkelen

Het is een wereldwijde stilzwijgende afspraak dat de levensduur van de accu bepaald wordt zodra de capaciteit afgenomen is tot 80% (dus bij een SoH van 80%). Maar sommige fabrikanten (van thuisbatterijen) "smokkelen". Ze adverteren met mooie cijfers van bijvoorbeeld het aantal cycli dat hun accu mee kan. Maar in de kleine lettertjes zie je dan staan dat het aantal cycli berekend is bij 70% van de oorspronkelijke capaciteit. Logisch dat het aantal cycli hoger uitvalt. Dat is een beetje vals spelen. Stout.

  1. Een accu bestaat, de naam zegt het al: accu staat voor accumulator (opstapelen), vrijwel altijd uit meerdere cellen. Eén cel levert een beperkte spanning. Bijvoorbeeld 3 Volt. Als een accu gemaakt moet worden van 12 Volt, dan worden vier van deze cellen in serie geschakeld waardoor de spanning met het aantal toeneemt, dus wordt dan 4 x 3 Volt = 12 Volt. Bij thuisbatterijen bestaat de accu uit minimaal 16 cellen, en vaak nog veel meer. Al die cellen vormen samen "de accu".
  2. De C-waarde, C staat voor capacity, is een waarde die fabrikanten van accu's gebruiken om de sterkte (of snelheid dat is in dit geval hetzelfde) waarmee de accu geladen of ontladen wordt aan te duiden. Die waarde is een relatieve waarde ten opzichte van de capaciteit van de accu. Accufabrikanten gebruiken daarbij de voor hun gebruikelijke Ah waarde, de Ampère uur waarde, maar als je die niet weet of bekend mee bent, kan je ook zonder problemen de Wh of kWh waarde gebruiken. Een voorbeeld: het laden of ontladen van een accu met 1C (één C, dus met de capaciteit van de accu) zal bij een accu van 100 Ah een waarde inhouden van 100 Ampère, maar bij een 500 Ah accu is die 1C waarde 500 Ampère. Als je met kWu waarde wil werken en het is een 5 kWu accu, dan houdt 1C een waarde in van 5 kW (5000 Watt) in, bij een 8 kWu accu is dit dus 8 kW (8000 Watt). Wanneer je een accu met 1C ontlaad zal hij in één uur ontladen zijn. Laad of ontlaad je een accu met bijvoorbeeld 0,25C dan zal die accu in vier uur geladen of ontladen zijn.
  3. Dit artikel heeft niet tot doel alle mogelijk accutypen type te behandelen. We beperken ons in dit artikel tot de, op het moment van schrijven, veel gebruikte NMC en LFP accu's. Bij andere accutypen, zoals bijvoorbeeld lood-autoaccu's gelden hele andere regels voor het opladen van een accu en is het soms juist wél verstandig om de accu tot maximaal op te laden.

home­ >elektriciteit >thuisbatterij