EN
SNELLE LINKS
Het testen van accucellen evalueert drie basiskenmerken: spanningsstabiliteit, capaciteitsbehoud en inwendige weerstand. Deze metrieken bepalen de prestaties en betrouwbaarheid gedurende laad- en ontlaadcycli. Capaciteitsbehoud onder de 80% van de initiële waarde duidt meestal op het einde van de levensduur van lithium-ion-systemen. Gestandaardiseerde protocollen zoals UN 38.3 vereisen het monitoren van deze indicatoren om veiligheid en levensduur te garanderen.
De openklemspanning, of OCV, geeft een snelle controle van de accu-status door simpelweg naar het rustpotentiaal van de cel te kijken. Recente onderzoeken uit 2023 toonden ook iets interessants. Wanneer de OCV vrij stabiel blijft binnen ongeveer plus of min 2%, dan verliezen die nikkel-gebaseerde cellen over tijd minder dan 5% van hun capaciteit. Wat doen ingenieurs nu daadwerkelijk met deze informatie? Zij voeren metingen uit en vergelijken deze met de tabellen die door de fabrikanten worden verstrekt. Deze tabellen maken OCV-metingen overeenkomstig met de ladingstatus. Afwijkingen opsporen helpt om problemen vroegtijdig te detecteren, zoals wanneer cellen ongelijkmatig beginnen te verouderen. Problemen voorkomen betekent dat men dingen kan repareren voordat ze ernstig en kostbaar worden.
De techniek die bekend staat als coulomb-telling werkt door te volgen hoeveel stroom er gedurende een bepaalde tijd door een batterij stroomt. Hiermee kan de state of charge (SOC) worden geschat met een nauwkeurigheid van ongeveer plus of min 3%, zolang de temperatuur constant blijft. Het probleem ontstaat wanneer sensoren beginnen af te dwalen van hun kalibratie, wat vaker voorkomt dan mensen zich realiseren. Deze afwijking neemt met de tijd toe, waardoor regelmatige controle met open-klemmen-spanning (OCV) noodzakelijk wordt, vooral als de batterijen werken in zeer hete of koude omstandigheden. Sommige nieuwere systemen zijn echter vrij goed geworden in dit soort zaken. Zij combineren traditionele coulomb-telling met wat spanningshysteresismodellering wordt genoemd, waardoor de algehele nauwkeurigheid daalt tot ongeveer ±1,5%. Deze aanpak is tegenwoordig standaardpraktijk voor de meeste moderne elektrische voertuigen, waarin het monitoren van de batterijstatus absoluut essentieel is voor prestaties en veiligheidsredenen.
Interne weerstand is een belangrijke indicator van de batterijgezondheid. Toenames die meer dan 30% boven de uitgangswaarden uitkomen, correleren sterk met capaciteitsverlies en thermische instabiliteit. Technieken zoals Hybrid Pulse Power Characterization (HPPC) en Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) maken een gedetailleerde analyse mogelijk van ohmse en polarisatieweerstand, waardoor inzicht wordt verkregen in elektrochemische verslechteringmechanismen.
| Methode Type | Techniek | Belangrijke kenmerk |
|---|---|---|
| Tijddomein | HPPC-pulssequenties | Meet directe IR |
| Frequentiedomein | EIS-spectraalanalyse | Identificeert reactiekinetiek |
De tijddomeinbenadering geeft resultaten binnen ongeveer 15 seconden, wat de reden is dat deze goed werkt op assemblagelijnen waar snelheid belangrijk is. Maar er zit een addertje onder het gras. Deze methoden zien vaak tekenen van veroudering over het hoofd die met EIS-technieken wel kunnen worden gedetecteerd. Elektrochemische impedantiespectroscopie scant over frequenties van 0,1 Hz tot wel 10 kHz, en registreert daarbij subtiele veranderingen aan grensvlakken, zoals de manier waarop de SEI-laag in de tijd ontwikkelt. Autofabrikanten die tests uitvoeren op oudere lithium-ionbatterijen, hebben daadwerkelijk verschillen van ongeveer 12 procent gezien tussen metingen die zijn gedaan met deze verschillende benaderingen. Dat soort verschil benadrukt waarom het begrijpen van beide methoden belangrijk blijft voor een nauwkeurige beoordeling van batterijen.
De omgevingstemperatuur heeft een grote invloed op de interne weerstand, waarbij schommelingen tussen -20°C en 60°C de metingen tot wel 40% kunnen veranderen. De state-of-charge draagt ook bij aan variabiliteit — volledig opgeladen cellen vertonen doorgaans 18% lagere weerstand dan bij 20% SOC. Betrouwbare metingen vereisen een nauwkeurige controle van testomstandigheden, inclusief een temperatuurstabiliteit van ±2°C.
Voorstanders van sneltesten wijzen vaak op een overeenkomst van ongeveer 85% tussen de manier waarop de inwendige weerstand in de tijd verandert en wat we zien in volledige tests voor de gezondheidstoestand. Maar er zijn problemen wanneer men specifiek naar lithium-ijzerfosfaatcellen kijkt. De waarden kunnen meer dan 20% verschillen, voornamelijk omdat mensen de ladingsoverdrachtsweerstand verschillend interpreteren. Traditionele, tijdsgebasseerde testmethoden missen vaak kleine veranderingen die zich voordoen in de SEI-laag, iets wat frequentie-analysemethoden zoals EIS juist wel detecteren. Dit doet sommige mensen twijfelen of deze eenvoudigere testen ons echt voldoende vertellen over hoe batterijen zullen degraderen na jaren van gebruik.
Nauwkeurige metingen van de accucapaciteit komen eigenlijk neer op het uitvoeren van standaard laad- en ontlaadtests in gecontroleerde omstandigheden. De meeste professionals vertrouwen tegenwoordig op wat de CCCV-methode wordt genoemd. Kort gezegd: we laden de accucellen met de helft van hun genoemde stroomsterkte op tot 4,1 volt, waarna we ze op dat spanningsniveau houden totdat de laadstroom daalt tot onder de 0,15 ampère. Als het tijd is om de accu te ontladen, geeft een ontlaadsnelheid van 1C het meest duidelijke beeld van de daadwerkelijke energieopslag, zonder die vervelende spanningspieken en -dalingen. De nauwkeurigheid is hier ook vrij indrukwekkend, ongeveer plus of min 0,8 procent, wat de oude pulstestmethoden overtroeft wat betreft betrouwbaarheid.
Hoge-precisie voltage monitoring (0,1 mV resolutie) en stabiele ontladingspercentages zijn cruciaal voor betrouwbare resultaten. Een elektrochemisch onderzoek uit 2023 toonde aan dat ±5% variaties in ontladingsstroom een capaciteitsverschil van 12% veroorzaakten in NMC lithium-ioncellen. Nauwkeurigheid is met name essentieel onder de 20% SOC, waar de voltcurve vlakker wordt en kleine meetfouten kunnen leiden tot significante interpretatieverschillen.
Temperatuur heeft rechtstreeks invloed op de ontladingscapaciteit. Recente tests op NMC-cellen lieten een daling van 23% zien bij -20°C vergeleken met 25°C. Ongecontroleerde thermische variaties (±5°C) kunnen resultaten verstoren met 8–11% in standaard 18650-cellen. Klimaatgeregelde kamers zijn daarom essentieel om consistentie te waarborgen tijdens testen.
Een gecontroleerd 18-maanden durend onderzoek volgde degradatie in nikkel-mangaan-kobaltoxidecellen:
| Cyclusaantal | Resterende capaciteit | Degraderingsfactor |
|---|---|---|
| 100 | 97,2% | Elektrolyt oxidatie |
| 300 | 89,1% | SEI-laaggroei |
| 500 | 76,5% | Deeltjesbarsten |
Het onderzoek benadrukt een niet-lineair degradatiepatroon: een gemiddeld capaciteitsverlies van 2,5% per 100 cycli versnelt in eerste instantie tot 4,1% na 300 cycli, wat de belangrijkheid benadrukt van gecontroleerd testen bij het voorspellen van de levensduur van batterijen in werkelijke toepassingen.
Bij het beoordelen van de gezondheid van een accu kijken de meeste mensen naar twee hoofdzaken: hoeveel lading deze kan opslaan in vergelijking met nieuw (capaciteitsbehoud) en veranderingen in de interne weerstand over tijd. Algemene spreken wordt aangenomen dat een accu aan het einde van haar nuttige levensduur is gekomen zodra de capaciteit onder de 80% van de oorspronkelijke waarde daalt. Onderzoek dat vorig jaar werd gepubliceerd in Nature toonde ook iets interessants aan: deze twee belangrijkste metrieken verklaren ongeveer 94 procent van de redenen waarom accu's in de praktijk daadwerkelijk uitvallen. Voor het voorspellen wanneer een accu vervangen moet worden (SOL-voorspellingen), combineren experts gegevens uit tests die het verouderingsproces versnellen, met informatie over hoe de accu dagelijks wordt gebruikt. Deze aanpak stelt fabrikanten in staat om de levensduur van accu's vrij nauwkeurig te schatten, meestal binnen een marge van plus of min 15 procent voor lithium-ion-accu's die onder normale omstandigheden werken.
Impedantietesten tonen een constante relatie tussen weerstandsverhoging en capaciteitsverlies. In NMC-cellen komt elke stijging van 10 mΩ in AC-impedantie overeen met een gemiddeld capaciteitsverlies van 1,8%. Meerpuntsvolging over verschillende SOC-niveaus helpt permanente degradatie te onderscheiden van tijdelijke operationele effecten, wat de diagnostische nauwkeurigheid verbetert.
Machine learning-modellen maken nu nauwkeurige SOH-schatting mogelijk op basis van gedeeltelijke operationele gegevens, waardoor minder afhankelijkheid bestaat van volledige ontladingscycli. Onderzoek toont aan dat algoritmen die voltage-temperatuurtrajecten analyseren, een voorspelnauwkeurigheid van 95% kunnen bereiken. Hybride modellen die fysische degradatieprincipes combineren met neurale netwerken, tonen speciaal veelbelovend resultaten voor real-time monitoring in elektrische voertuigen.
Een consistente evaluatie van accu's hangt af van het naleven van internationale normen. Belangrijke kaders zijn IEC 62133 voor veiligheid en UL 1642 voor lithiumcellen, beide specificeren nauwe toleranties (±1% voor capaciteit) en milieucontroles.
Onderzoekslaboratoria voeren een uitgebreide karakterisering uit over 1.000+ cycli, waarbij meer dan 15 prestatieparameters worden geanalyseerd. In tegenstelling hiermee richt industriële kwaliteitscontrole zich op snelle validatie van essentiële metrieken zoals de inwendige gelijkstroomweerstand en laadbehoud. Installaties die gecertificeerd zijn volgens ISO 9001 rapporteren 40% minder testvariatie door strikte kalibratie en klimaatcontrole (25°C ±0,5°C).
Militaire specificaties (MIL-PRF-32565) vereisen validatie met een ontwerpmarge van 200%, terwijl consumentenelektronica de nadruk legt op veiligheid, zoals het beperken van het risico op thermische doorlopende reactie tot <0,1% tijdens spijkerpenetratietests. Deze gestructureerde aanpak zorgt voor betrouwbaarheid zonder onnodige testkosten en sluit de validatiemethode aan op de toepassingsvereisten.
De belangrijkste indicatoren zijn spanningsstabiliteit, capaciteitsbehoud en inwendige weerstand. Deze factoren beoordelen de prestaties en betrouwbaarheid over laad- en ontlaadcycli heen.
OCV biedt een snelle beoordeling van de gezondheid van een batterij door de rustspanning te onderzoeken, wat helpt bij het vroegtijdig identificeren van problemen.
Temperatuurschommelingen kunnen de inwendige weerstand aanzienlijk beïnvloeden, wat de nauwkeurigheid van de test beïnvloedt en een nauwkeurige controle van de testomstandigheden vereist.
Machine learning-modellen verbeteren de schatting van de State-of-Health door gedeeltelijke operationele gegevens te analyseren, waardoor de voorspelling van de levensduur en prestaties van batterijen nauwkeuriger wordt.