Een batterij is in wezen een chemisch proces in een doos. De batterij beschikt over chemische energie en deze wordt indien nodig omgezet in elektrische energie.

In de batterij stromen elektronen van de ene elektrode naar de andere. Deze stroom produceert een elektrische stroom. Deze stroom is de stroom die u gebruikt om apparatuur van stroom te voorzien.

Nullastspanning #

Eén van de eigenschappen van een cel is dat de spanning afhangt van de hoeveelheid resterende energie – de staat van lading (SoC). Hoe meer energie, hoe hoger de spanning als er geen belasting is. Deze nullastspanning wordt de nullastspanning (kortweg OCV) genoemd. De exacte relatie tussen nullastspanning en SoC hangt echter af van de chemische eigenschappen van de batterij. De LiFePO4 heeft bijvoorbeeld een vrij vlakke curve, vooral tussen 40% en 80%, terwijl de NMC- en NCA-chemie een steilere helling hebben.
Voorbeeld van de LiFePO4 OCV versus SoC-helling:

Interne weerstand #

Elke batterijcel heeft zijn eigen impedantie. Om het simpel te houden, bespreken we alleen de DC-weerstand. De interne weerstand van de batterijcel is afhankelijk van factoren zoals het batterijtype, het fabricageproces, de leeftijd van de batterij en de temperatuur. Over het algemeen wil je een zo laag mogelijke weerstand. Minder weerstand betekent minder vermogensverlies en problemen. Een BMS houdt de accu zo gezond mogelijk, om de interne weerstand laag te houden.

Spanningsdaling #

De interne weerstand heeft invloed op de gemeten spanning. De spanningsval over de celweerstand kan worden berekend met de bekende formule:
U = Ik x R
Dit betekent dat de spanningsval de ontlaadstroom is vermenigvuldigd met de celweerstand.
Laten we een generieke LiFePO4 90Ah-cel nemen die een interne weerstand (met gelijkstroom) heeft van ongeveer 1 mΩ bij 20°C. Wanneer u 40A uit deze cel trekt, is de spanningsval:
40A x 0,001Ω = 0,040V
Met andere woorden, wanneer u ontlaadt met 40A, zal de celspanning direct dalen tot 40mV onder de nullastspanning. Als de nullastspanning 3,30 V was, daalt de celspanning direct naar 3,26 V. Wanneer de belasting wordt verwijderd, verdwijnt de druppel en keert de spanning terug naar de nullastspanning.

Hogere spanning tijdens het opladen
Tijdens het opladen wordt de spanningsval omgekeerd. In plaats van een lagere spanning zal de celspanning tijdens het opladen hoger worden. Hoe hoger de laadstroom, hoe hoger de gemeten spanning over de cel. Volgens hetzelfde voorbeeld als hierboven zorgt een laadstroom van 40 A ervoor dat de celspanning stijgt tot 40 mV boven de nullastspanning. De cel met 3,30V onbelast zal bij opladen met 40A onmiddellijk stijgen naar 3,34V.

Invloeden op weerstand #

Een van de grootste bepalende factoren voor de interne weerstand is de capaciteit van de batterij. Over het algemeen geldt: hoe groter de capaciteit, hoe lager de interne weerstand. Een kleinere weerstand betekent dat je met hogere stromen kunt laden en ontladen.
Een andere factor is de temperatuur. De optimale temperatuur ligt tussen de 20-40 graden en geeft de laagste weerstand. Onder de 10 graden neemt de weerstand snel toe. Dit is de reden waarom elektrische auto’s eerst de accu moeten opwarmen voordat ze kunnen worden opgeladen!

Tijd om te rusten #

Is het je ooit opgevallen dat wanneer je stopt met opladen, de cel langzaam terugvalt naar een lagere spanning, zelfs als de laadstroom enige tijd geleden is verwijderd? Dit komt door het chemische proces. Een cel heeft tijd nodig voordat deze volledig in rust is. Voor LiFePO4 kan dit zelfs tot 24 uur duren.