Wat is de levensduur van de accu in een thuisbatterij?

Een accu heeft de reputatie dat levensduur niet lang is. Bij een telefoon begin je naar een jaar of drie te merken dat de capaciteit afneemt. Bij thuisaccu's ligt dat gelukkig flink anders. Een levensduur van 15 jaar of meer is gebruikelijk.

De informatie in dit artikel zal je vooral inzicht geven waardoor je beter in staat bent de accu's van verschillende fabrikanten te vergelijken. Want de afdeling marketing zal je proberen zand in de ogen te strooien en doen geloven dat hun thuisbatterij de beste is. Tevens krijg je inzicht hoe jij invloed hebt op de levensduur van de accu van de thuisbatterij.

Cycli

Bij een accu wordt doorgaans de levensduur niet aangegeven in jaren, maar in cycli. Eén cyclus is als de accu geheel geladen en geheel ontladen wordt. Bij een smartphone is 800 cycli gebruikelijk. Dat is ongeveer na zo'n drie jaar (de accu half ontladen en daarna weer opladen telt als een halve cyclus).

Na dit aantal cycli is de accu niet defect, maar is van de oorspronkelijke accucapaciteit nog 80% over. Sommige fabrikanten smokkelen in hun voordeel en specificeert men de levensduur bij 70% van de oorspronkelijke capaciteit, hierdoor zal het aantal cycli hoger zijn (dan de concurrentie), dat is dus één van de trucendozen van de afdeling marketing. Vrijwel iedereen specificeert de levensduur zodra de accu gedegradeerd is tot 80% van zijn oorspronkelijke capaciteit.

Praktisch betekent dit dat bij die 80%, van bijvoorbeeld de oorspronkelijke 5 kWu accucapaciteit nog 4 kWu over (bruikbaar) is.

Het aantal cycli, dus levenduur van de accu in een thuisbatterij, is afhankelijk van een aantal zaken. Dat zijn: het type accu, de omgevingstemperatuur, laadsnelheid, ontlaadsnelheid, hoever je de accu ontlaad de zogenaamde DoD en hoe vol je de accu laad.

Bij moderne LFP accu's in thuisbatterijen mag je een levensduur verwachten van 6000 tot 8000 cycli (bij de vroeger gebruikte NMC accu's ligt dit lager). Als je iedere dag de accu volledig zou ontladen en de volgende dag weer vol zou laden, dat gebeurt circa zo'n 300 keer per jaar^[1], dan is de levensduur circa 20 jaar of meer.

Deze 20 jaar geldt alleen als je de accu "netjes behandeld". Hieronder behandelen we levensduur bekortende factoren.

Accu-type

Accu's worden gemaakt op basis van een bepaalde techniek, en krijgen vaak de naam van chemische stoffen die gebruikt worden. Denk aan NiCd (nikkel cadmium), NiMh (nikkel metaalhyrdride), NMC (lithium nikel mangaan cobalt) en LFP (lithium ferro phosphate).

De toegepaste accutechnologie heeft een zeer grote invloed op de levensduur. In de eerste hybride auto werden NiMh accu's gebruikt en door de jaren heen is dat overgenomen door de NMC accu (Li-Ion). Op het moment van schrijven is een tendens te zien dat elektrische autofabrikanten steeds vaker LFP accu's toepassen.

De belangrijkste reden van de overgang van NiMh naar NMC en vervolgens naar LFP is de levensduur geweest. Bij de LFP is de te verwachte levensduur van de accu het hoogst.

Bij thuisbatterijen worden, op het moment van schrijven, twee accutechnologiën gebruikt. De lithium-ion accu, ook wel NMC accu genoemd, en de lithium ferro phosphate (NL: lithium ijzer fosfaat), ook wel geschreven als LiFePo4 of LFP.

Het aantal thuisaccu's met Lithium-ion accu's (NMC), zoals deze ook gebruikt worden in ebikes en elektrische auto's is de afgelopen jaren sterk afgenomen vanwege de betere levensduur van de LFP accu. Daarnaast is LFP ook een stuk veiliger in vergelijking met NMC.

Temperatuur

De temperatuur heeft een dominante invloed op de levensduur van een accu. Bij koude neemt tijdelijk de capaciteit af, maar die keert terug zodra de temperatuur weer aangenaam wordt. Dus koude deert hem niet, alleen kan je bij koude hem niet voor de volle 100% benutten. Maar aan hoge temperaturen hebben ze een hekel, dat leidt tot een sterke verkorting van de levensduur.

Een omgevingstemperatuur van 20 tot 25 Celsius is ideaal. Is deze regelmatig 30 graden dan is dat minder prettig en het aantal cycli zal dan minder zijn. Bij een temperatuur van 35 graden Celsius wordt de levensduur sterk beperkt. Exacte cijfers kunnen we niet noemen omdat dit afhankelijk is van het fabricageproces, maar sta niet vreemd te kijken als de levensduur dan met 50% afneemt.

Zorg dus voor niet te hoge temperaturen bij een thuisbatterij. Zet hem in een goed geventileerde ruimte. Een tuinhuisje waar in de zomer de temperatuur sterk kan oplopen is dus ongeschikt.

Onlaadsnelheid

Het snel ontladen (en ook snel opladen) van een accu beperkt de levensduur. Bij LFP accu's is een ontlaadsnelheid van 20% van de accucapaiteit per uur een veilige keuze. Dan wordt de accu in 5 uur ontladen. In specificaties wordt dit gespecificeerd als 0,2C (0,2 keer de Capaciteit van de accu).

Sommige thuisbatterijen worden ontladen met 100% (of 1C), dan wordt er zoveel vermogen geleverd dat de accu in één uur leeg zou zijn. Bij een accu met een capaciteit van 3 kWu levert de thuisbatterij dan dus 3000 Watt (3 kW).

Hoewel de LFP accu deze grote stromen kán leveren, is dit niet zo gewenst. Zou je de accu constant met 1C ontladen, dan zal de levensduur met circa 50% afnemen.

Daarom hebben veel thuisbatterijen de mogelijkheid op het vermogen te beperken. Kan je thuisbatterij bijvoorbeeld 3 kW vermogen leveren, dan kan je besluiten dit te beperken tot bijvoorbeeld 1,5 kW (0,5C) of 600 Watt (0,2C).

Die levensduur beperking geldt niet alleen tijdens het ontladen, maar ook tijdens het laden. Ook bij laden zou je dit moeten beperken tot 20 à 25% van de accucapaciteit per uur. Dus een 4 kWu accu zou je idealiter met 800 Watt (0,2C) of 1000 Watt (0,25C) willen laden. Dus het laden van een volledig ontladen accu vindt dan in 4 à 5 uur plaats.

Bij thuisaccu's is de laadsnelheid soms hoger, maar meestal niet instelbaar.

DoD

Een accu vindt het niet prettig om sterk ontladen te worden. Hoe verder je hem steeds ontlaad, hoe korter de levensduur zal zijn. Het battery management system (BMS) bewaakt hoever de accu ontladen wordt. Zodra een vooringestelde grens overschreden wordt, blokkeert het BMS verder ontladen. Die grens wordt de Depth of Discharge genoemd of afgekort DoD.

Staat een DoD van 80% ingesteld, dan zal het ontladen van de accu stoppen zodra nog 20% van de accucapaciteit beschikbaar is.

Een accu met een capaciteit van bijvoorbeeld 10 kWu waarbij een DoD gebruikt wordt van 85% zal dus een bruikbare capaciteit hebben van 8,5 kWu.

Het beschermen van de accu tegen sterk ontladen gebeurd in álle accu gevoedde apparatuur, van telefoons tot elektrische auto's. Alleen maakt de fabrikant hier geen gewag van.

De fabrikant moet tijdens het bepalen van die DoD grens een lastige keuze maken. Hoe minder sterk de accu ontladen wordt, hoe langer de levensduur zal zijn. Aan de andere kant zal door een beperking op de DoD de bruikbare capaciteit van de accu afnemen.

Weet dat maar een heel beperkt aantal fabrikanten LFP accu's produceren. Een thuisbatterijfabrikant maakt de accu's niet zelf, maar koopt deze dus in. In thuisbatterijen zal je, als je zou openmaakt, dezelfde accu kunnen aantreffen.

Stel dat twee thuisbatterijfabrikanten een identieke accu gebruiken van 10 kWu, maar de ene fabrikant hanteert een DoD van 95% en de ander een DoD van 80%. Dan zal de eerste fabrikant zijn thuisbatterij kunnen aanprijzen met een bruikbare capaciteit van 9,5 kWu terwijl de ander maar kan adverteren met een capaciteit van 8 kWu. Nogmaals, terwijl het twee identieke accu's betreft. Bij de eerste zal de levensduur flink korter zijn dan bij de tweede.

Overigens, vaak wordt niet de bruikbare accucapaciteit gespecificeerd, maar de technische accucapaciteit (die zou gelden bij 100% DoD, in dit voorbeeld dus 10 kWu). Bij de specificaties zal je dan bijvoorbeeld DoD: 90% aantreffen en weet je nu dat de bruikbare capaciteit 90% is van de technische capaciteit.

Hoe vol wordt de accu geladen?

Wat geldt voor DoD geldt ook hoever de accu geladen wordt. Als de accu vol geladen is, zal dit weergegeven worden als 100% geladen. Maar die 100% komt niet overeen met de werkelijke (technisch mogelijke) lading.

Hoe verder een accu geladen wordt, hoe korter de levensduur zal worden. De fabrikant zal dus een afweging moeten maken, net als bij de DoD, tot hoever de accu geladen wordt. Hoe conservatiever hij hier in is, hoe langer de accu mee zal gaan.

Dit verklaart waarom bijvoorbeeld een ebike accu van fabrikant A bijvoorbeeld vier jaar meegaat, terwijl fabrikant B die een identieke accu gebruikt een levensduur heeft van bijvoorbeeld 7 jaar. Alleen wordt bij fabrikant B de accu niet voor de volle 100% volgeladen. Nogmaals, je ziet wel dat de accu na het laden "volgeladen" is, alleen is dat technisch nog niet 100%.

Bij de betere laptops en smartphones kan je een "accu besparings- (levensduurrekkende) modus" instellen. Daarbij wordt de maximale lading beperkt. Zo is een veel gebruikte grens bij smartphones 80%. Die beperking kan je overigens aan of uit zetten. Zet je die beperking aan, dan zal de levensduur van de accu toenemen.

Levensduurspecificatie

In de specificaties van de thuisbatterij wordt de levensduur gespecificeerd. Zo zou men kunnen schrijven: battery lifespan: 8000 cycles (at 80% DoD and 0,2C). Dus als je de DoD beperkt (of als de fabrikant dit beperkt heeft) tot 80%, én de ontlaadsnelheid beperkt wordt tot 0,2C (accu wordt dan niet sneller dan in 5 uur ontladen) dan geldt een geschatte levensduur van 8000 cycli.

Vaak wordt dan ook nog een omgevingstemperatuur gespecificeerd van bijvoorbeeld 25°C. Is die hoger, dan wordt de levensduur korter, is hij lager dan wordt de levensduur iets langer.