EV-Veiligheid Hangt Af van Geavanceerd Batterijbeheer

De snelle expansie van e-scooters en andere lage-snelheid elektrische voertuigen (EV's) hersenst de stedelijke mobiliteit, maar vereist ook meer geavanceerde batterijbeheersystemen om rijders veilig te houden en voertuigen betrouwbaar te maken.

Terwijl hoog-snelheid EV's zoals auto's, vrachtwagens en SUV's de koppen domineren, ervaart het laag- en midden-snelheidssegment – e-motorfietsen, e-scooters, elektrische skateboards en ATV's – een boom gedreven door langer meegaan, lichtere batterijpakketten. Volgens een recent Global Market Insights-rapport werd de e-motorfiets- en e-scootermarkt in 2019 gewaardeerd op 30 miljard dollar en wordt verwacht te groeien met een samengestelde jaargroei van meer dan 4% naar 40 miljard dollar in 2026.

De Cirkel van LiFe

Historisch zagen loodzuur (PbA) batterijen veel kleine e-voertuigen en e-bikes aan. De zoektocht naar lichtere, groenere en veiligere batterijchemieën heeft de verschuiving naar lithium-gebaseerde oplossingen – Li-ion en LiFePO₄ – versneld, met name in lichte EV's (LEV's). Deze chemieën bieden hogere energiedichtheid, verminderd gewicht en verbeterde veiligheid, wat resulteert in meer wendbare en responsieve e-bikes en scooters.

E-scooterverkopen bloeien.

In China werd de GB 17761-2018-standaard in april 2019 officieel aangenomen voor uitgebreide fietsveiligheid, inclusief elektronische componenten. India en andere markten ontwikkelen analoge standaarden die limieten stellen aan e-bike-registratie – snelheid beperkt tot 25 km/u, lithiumbatterijen verplicht en trapverplichting – om de veiligheid van de rijder te verbeteren.

Als we kijken naar een toekomst met vliegende auto's en hoverboards, zullen lithium-gebaseerde batterijen de industriestandaard bepalen. Het garanderen van hun veilige werking is daarom essentieel, en robuuste batterijmonitoring is de sleutel daartoe.

Monitoring met een Doel

Een batterijmonitoringsoplossing die realtime data levert over celdspanning, stroom en temperatuur geeft het vertrouwen nodig om veiliger, hogere capaciteitspakketten te ontwerpen. Accuraat meten stelt het systeem in staat beschermende acties te triggeren – zoals het uitschakelen van laden of ontladen – voordat parameters veilige grenzen overschrijden.

Temperatuur is een kritieke factor. Bij temperaturen onder 5 °C verliezen Li-gebaseerde batterijen prestaties en kunnen ze worden geblokkeerd voor werking of laden. Boven 45 °C wordt laden beperkt om oververhitting te voorkomen, en ontladen wordt beperkt naarmate de temperatuur verder stijgt. Deze limieten helpen thermische ontlading te voorkomen – een toestand die batterijopzwelling of zelfs explosie kan veroorzaken.

Texas Instruments' BQ76942 en BQ76952 monitoren bijvoorbeeld interne die-temperaturen evenals externe thermistor-metingen. Hun geïntegreerde thermische beschermingsfuncties schakelen automatisch laden of ontladen uit wanneer extremen worden gedetecteerd.

E-bike aangedreven door een lithium-gebaseerde batterij.

Naast temperatuur, stelt spanning- en stroommonitoring fijngefineerde controle van batterijgezondheid in. Als de open-circuitspanning van een cel de nominale laadspanning overschrijdt, markeert de monitor over-spanning en stopt verder laden, waarbij overtollige energie als warmte wordt afgeleid. Op dezelfde manier activeren overstroomcondities beschermende schakel-FET's om het pakket te bewaken.

Door nauwkeurige spanning-, stroom- en temperatuurgegevens te combineren, krijgen ontwerpers de inzichten nodig om energie-efficiëntie te optimaliseren, cycluslevensduur te verlengen en de veiligheid van de rijder te garanderen.

Toekomstperspectief

Het kiezen van een batterijmonitoringsoplossing die veiligheid en levensduur prioriteert, zou een standaard ontwerppraktijk moeten zijn voor alle e-bikefabrikanten. Geavanceerde monitoring, gecombineerd met verfijnde productieprocessen, zal niet alleen de veiligheid verbeteren maar ook de milieuvordelen van elektrisch vervoer versterken.

Misschien hebben we straks geen wegen meer nodig, maar we zullen zeker batterijen nodig hebben die veilig, betrouwbaar en efficiënt zijn.

Aanvullende Bronnen

• Next-generation batterijmonitors: hoe batterijveiligheid te verbeteren tijdens verbetering van nauwkeurigheid en verlenging van looptijd
• Verbetering van temperatuurmeteringnauwkeurigheid in batterijmonitoringssystemen
• Verbetering van spanningmetingnauwkeurigheid in batterijmonitoringssystemen
• Twijfel je momenteel over de nauwkeurigheid van je batterijmonitor? Verbeter batterijveiligheid en nauwkeurigheid met deze tips

– Vikram Sundaram, Product Marketing Engineer, Texas Instruments.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zuster-site, EE Times.

Gerelateerde Inhoud

• Elektrisch voertuigsucces hangt af van betere batterijen, slimme lading
• De groeiende behoefte aan precisie DC-energiemeting
• Referentieplatform ondersteunt EV-energiesystemen
• Opkomende oplossingen verbeteren elektrisch voertuig-energiemanagement
• Beoordeling van lithium-ionbatterij levensduur voor implanteerbare medische apparaten
• Energieanalyse gebruiken om batterijlevensduur in IoT-apparaten te optimaliseren

Voor meer Embedded, abonneer u op de wekelijkse e-mailnieuwsbrief van Embedded.