Basiskennis over EV-accu’s: hoe cellen energie opslaan en afgeven

Een EV-accu slaat energie chemisch op. Laden brengt de cellen in een chemische toestand met een hogere energie. Tijdens het rijden geven de cellen die energie af als elektriciteit, die de vermogenselektronica en motoren van het voertuig omzetten in beweging.

Van cel naar accupakket

Een cel is de kleinste complete elektrochemische eenheid in de accu. Eén lithium-ioncel levert slechts enkele volts. Een EV verbindt daarom veel cellen om de benodigde spanning en energie te verkrijgen.

Cellen kunnen eerst tot modules en vervolgens tot een accupakket worden samengebouwd, of zonder conventionele modules rechtstreeks in het pakket worden geïntegreerd. Het pakket combineert de cellen met de apparatuur die nodig is om ze te verbinden, te beschermen en te beheren. Het hoofdstuk Accupakket en configuratie behandelt elektrische verbindingen en de opbouw van het pakket; Celformaten legt cilindrische, prismatische en pouchcellen uit.

Wat zit er in een cel?

In een conventionele lithium-ioncel nemen twee elektroden lithium op in hun actieve materialen. De negatieve elektrode is doorgaans op grafiet gebaseerd; de positieve gebruikt een lithiumhoudende verbinding. Samen bepalen ze mede de spanning van de cel en hoeveel energie deze kan opslaan.

In de acculiteratuur wordt de negatieve elektrode meestal de anode genoemd en de positieve de kathode. Die namen beschrijven hun rol tijdens het ontladen en blijven doorgaans ook in gebruik wanneer het over laden gaat.

Drie andere componenten verbinden en scheiden de elektroden:

• De elektrolyt transporteert ionen tussen de elektroden. Conventionele vloeibare elektrolyten bevatten een lithiumzout dat is opgelost in organische oplosmiddelen.
• De separator is een poreus membraan dat de elektroden uit elkaar houdt, terwijl ionen door de elektrolyt in de poriën kunnen bewegen.
• Stroomcollectoren zijn geleidende folies die de actieve materialen met de celaansluitingen verbinden. Aan de negatieve kant wordt meestal koper gebruikt, aan de positieve kant aluminium. Lithium-ion Batteries Technology Strategy Assessment (DOE, 2023)

Het afzonderlijke hoofdstuk Celchemie en componenten vergelijkt elektrodematerialen en verschillende elektrolytontwerpen.

Hoe laden en ontladen werken

Tijdens het ontladen bewegen lithiumionen door de elektrolyt van de negatieve naar de positieve elektrode. Elektronen stromen via het externe circuit van de negatieve naar de positieve elektrode en leveren elektrische energie aan het voertuig. De elektrolyt geleidt ionen, maar blokkeert de elektronenstroom. Daarom nemen de elektronen de externe route.

Laden keert dit proces om. Een stroombron voert elektronen aan de negatieve elektrode toe en onttrekt ze aan de positieve. Lithiumionen bewegen door de elektrolyt terug naar de negatieve elektrode, waardoor de chemisch opgeslagen energie in de cel toeneemt. DOE Explains: Batteries

Regeneratief remmen laadt de accu met energie die wordt teruggewonnen uit de beweging van het voertuig: de motor werkt als generator en voert via de vermogenselektronica elektrische energie terug.

Lithium-ion- en natrium-ioncellen delen dit werkingsprincipe. De illustratie toont lithiumionen (Li⁺) en natriumionen (Na⁺) die tussen de elektroden bewegen. Natrium-ioncellen gebruiken materialen die zijn afgestemd op de andere eigenschappen van natrium. Aankondiging van de eerste generatie natrium-ionaccu’s (CATL, 2021)

Spanning, stroom, vermogen en energie

Accuspecificaties gebruiken verschillende grootheden die elk een andere vraag beantwoorden:

• Spanning, gemeten in volt (V), is het elektrische potentiaalverschil tussen twee punten.
• Stroom, gemeten in ampère (A), is de hoeveelheid elektrische lading die per tijdseenheid stroomt.
• Ladingscapaciteit, gemeten in ampère-uur (Ah), is de hoeveelheid lading die een cel of accu onder vastgelegde omstandigheden kan leveren.
• Vermogen, gemeten in kilowatt (kW), geeft aan hoe snel energie wordt geleverd of opgenomen.
• Energie, gemeten in kilowattuur (kWh), is de hoeveelheid die wordt geleverd, opgenomen of opgeslagen.

Bij de gelijkstroomaansluitingen van de accu geldt:

Vermogen (kW) = Spanning (V) × Stroom (A) ÷ 1.000

Een accu die bijvoorbeeld een halfuur lang constant 20 kW levert, geeft af:

20 kW × 0,5 h = 10 kWh

Dat is de energie die bij de accuaansluitingen wordt afgegeven. Er bereikt minder energie de wielen, omdat ook de vermogenselektronica en motor verliezen hebben. Evenzo is de energie die aan de lader wordt onttrokken groter dan de toename van de opgeslagen accu-energie, omdat laden verliezen veroorzaakt.

De nominale energie kan bij benadering worden berekend uit de ladingscapaciteit:

Energie (kWh) ≈ Nominale spanning (V) × Capaciteit (Ah) ÷ 1.000

Ah alleen is dus onvoldoende om de energie-inhoud van accu’s met verschillende spanningen te vergelijken. De benadering gebruikt een representatieve spanning; een nauwkeurige energiemeting houdt rekening met de veranderende spanning tijdens het laden of ontladen.

Laadtoestand en bedrijfsgrenzen

De laadtoestand (SOC) drukt de geschatte resterende lading uit als percentage van een vastgelegde capaciteit. De SOC wordt geschat aan de hand van metingen zoals stroom, spanning en temperatuur. State of Charge Estimation Using Smart Battery Charger (Texas Instruments, 2021)

Het percentage dat een EV weergeeft, is afgestemd op het bedrijfsbereik dat de bestuurder kan gebruiken. Weergegeven waarden van 0% en 100% zijn niet de absolute elektrochemische grenzen van de cel. Het hoofdstuk Accubuffer en bruikbare capaciteit legt bruto- en nettocapaciteit (bruikbare capaciteit) en buffers uit.

De celspanning varieert met SOC, chemie, temperatuur en stroom. De nominale spanning is een referentiewaarde, geen laadgrens. Molicel vermeldt bijvoorbeeld een nominale spanning van 3,6 V, een laadspanning van 4,2 V en een afschakelspanning bij ontladen van 2,5 V voor zijn INR-21700-P42A-cel. Andere celontwerpen kunnen andere spanningsgrenzen hebben. Gegevensblad Molicel INR-21700-P42A, versie 1.7

De bovenste en onderste spanningsgrens beïnvloeden laden en rijden op verschillende manieren. Wanneer de accu bijna vol is, neemt het laadvermogen af om de cellen binnen hun bovenste spanningsgrenzen te houden. Bij een lage laadtoestand kan het voertuig het aandrijfvermogen verlagen om de celspanningen boven hun onderste grenzen te houden. Het hoofdstuk Accu laden legt uit hoe laadgrenzen het geleverde vermogen tijdens een laadsessie bepalen.

Het accubeheersysteem (BMS) bewaakt de spanningen van cellen of parallelle celgroepen, de accustroom en de temperaturen op de sensorlocaties. Het schat de toestand van de accu en stemt het toegestane laden en ontladen af met het voertuig om de cellen binnen hun bedrijfsgrenzen te houden. Technisch handboek over accubeheersystemen Het hoofdstuk Accubeheersysteem gaat dieper in op deze functies.

Waarom temperatuur en stroom van belang zijn

Interne weerstand veroorzaakt warmte wanneer er stroom loopt. Bij dezelfde weerstand levert een verdubbeling van de stroom vier keer zoveel weerstandsverwarming op. Kou kan de weerstand verhogen en het beschikbare vermogen verlagen. Celreacties kunnen ook warmte opnemen of afgeven. Dit omkeerbare effect hangt af van de chemie en laadtoestand. Entropy Profiles for Li-Ion Batteries—Effects of Chemistries and Degradation (Wind and Vie, 2025)

Temperatuurgrenzen kunnen zowel het laden als de aandrijving beperken. Kou maakt vooral het laden van lithium-ioncellen met grafietelektroden lastig, omdat lithium zich op het elektrodeoppervlak kan afzetten (lithiumplating) in plaats van de structuur binnen te dringen. De voertuigregeling verlaagt de laadstroom en kan de accu eerst opwarmen.

Regeneratief remmen kan worden beperkt door een koude of volle accu, omdat beide omstandigheden het vermogen begrenzen dat de accu kan opnemen. Handleiding Model 3: Remmen en stoppen Verwarmings- en koelsystemen helpen geschikte omstandigheden te behouden, zoals uitgelegd in Thermisch beheer van de accu.

De onderstaande video van The Limiting Factor laat zien hoe een lithium-ioncel werkt.