EV-veiligheid hangt af van beter batterijbeheer

De toename van e-scooters onderstreept de noodzaak van nieuwe batterijbeheerschema's.

De vooruitgang op het gebied van batterijen leidt tot een nieuwe generatie schone, betaalbare elektrische voertuigen met lage en middelhoge snelheid. Terwijl elektrische auto's, vrachtwagens en SUV's die zijn gebouwd door enkele van de beste autofabrikanten de krantenkoppen halen, wordt een ander snel groeiend marktsegment voor elektrische voertuigen vaak over het hoofd gezien. De verkoop van EV's met lage en gemiddelde snelheid - inclusief die van e-motorfietsen en e-scooters - schiet omhoog en profiteert van de vooruitgang in verschillende EV-technologieën, met name accu's die langer meegaan.

Volgens een recent rapport van Global Market Insights werd de marktomvang van e-motorfietsen en e-scooters in 2019 geschat op $ 30 miljard en zal naar schatting groeien met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van meer dan 4 procent, tot $ 40 miljard in 2026. Deze groei is ook niet beperkt tot tweewielers, maar strekt zich ook uit tot een verscheidenheid aan elektrische voertuigen met een lager voltage, zoals elektrische skateboards en ATV's.

De cirkel van het leven

Batterijen, vaak op basis van loodzuur (PbA-chemie) worden al geruime tijd gebruikt om kleine e-voertuigen en e-bikes van stroom te voorzien voor groen, milieuvriendelijk vervoer. Maar de zoektocht naar een batterijchemie met minder milieu-impact en een lager gewicht - wat zich vertaalt in een e-bike die veiliger is om te manoeuvreren en te stoppen - is het meest verantwoordelijk voor het versnellen van de drang naar het wijdverbreide gebruik van op lithium gebaseerde (Li -Ion of LiFePO4, bijvoorbeeld) batterijtechnologieën in lichte EV's (LEV's).

In China werd deze overgang in april 2019 officieel gemaakt met de GB 17761-2018 norm die de volledige fietsveiligheid (inclusief elektronica) dekt. Andere landen, zoals India, werken aan vergelijkbare lokale normen om de registratie van nieuwe e-bikes te beperken op maat, snelheid en batterijtype. Met name nieuwe e-bikes die worden geregistreerd voor kentekenplaten, moeten een maximumsnelheid van 25 km/u hebben, lithiumbatterijen en de mogelijkheid om pedalen te bevestigen.

Terwijl we op weg zijn naar een toekomst vol vliegende auto's en hoverboards, zetten Li-gebaseerde batterijen meestal de standaard, waardoor het vergroten van hun bruikbaarheid en ervoor te zorgen dat ze veilig zijn, een absolute must zijn. Dit is waar een effectieve oplossing voor batterijbewaking kan helpen.

Monitoring met een doel

U vraagt ​​zich misschien af:wat voor soort batterijbewakingsoplossing kan batterij-ingenieurs gemoedsrust geven en stedelijke ontdekkingsreizigers veilig houden? Dat zou een oplossing zijn die rekening houdt met celspanning, stroom en temperatuur. Nauwkeurigheid bij het meten van deze parameters helpt de monitor te bepalen wanneer de beschermende mogelijkheden moeten worden geactiveerd, waardoor ingenieurs meer speelruimte en hoofdruimte krijgen in hun ontwerpen, waardoor een grotere batterijcapaciteit en een groter bereik mogelijk is.

Om de batterij en het algehele systeem te beschermen - die beide worden beoordeeld aan de hand van verschillende industriestandaarden en -regelgevingen - moet de batterij worden uitgeschakeld wanneer de celtemperatuur, de ingangsspanning of de stroom buiten het gespecificeerde bereik van de cel komen.

Laten we eerst naar de temperatuur kijken. Bij lagere temperaturen (onder 5°C) werken Li-gebaseerde batterijen niet zo goed en kunnen ze vaak niet werken of opladen. Bij hogere temperaturen (hoger dan 45°C) mag de batterij niet verder worden opgeladen dan een gematigde temperatuur en wordt voorkomen dat deze ontlaadt naarmate de temperatuur hoger wordt.

Er is ook het risico van thermische wegloop, wat kan leiden tot zwelling van de batterij en mogelijk een explosie. Dit is waar batterijbewakingsapparaten met thermische beheermogelijkheden van pas komen.

Met de temperatuurmeetmogelijkheden in BQ76942 en BQ76952 kunnen we bijvoorbeeld ook de interne matrijstemperatuur en externe thermistortemperaturen bijhouden. De geïntegreerde thermische beveiligingsfuncties kunnen het opladen en/of ontladen ook automatisch uitschakelen wanneer extreme temperaturen worden gedetecteerd.

Nu we ervoor hebben gezorgd dat onze batterij niet in vlammen opgaat als gevolg van slecht thermisch beheer, kunnen we beginnen met het bewaken van de parameters die echt kunnen helpen de batterij-efficiëntie en levensduur te optimaliseren. Dit is waar onze stroom- en spanningsmonitoring ons helpt bij triage. Als we toevallig detecteren dat de nullastspanning van een cel hoger is dan de nominale laadspanning, zal het apparaat dit identificeren als celoverspanning (een fenomeen dat de overtollige potentiële energie als warmte verdrijft) en verder opladen uitschakelen. Vanuit preventief oogpunt kan het apparaat het opladen of ontladen uitschakelen door de FET's van de beveiligingsschakelaars te bedienen met behulp van de geïntegreerde FET-stuurprogramma's.

Uiteindelijk blijkt de mogelijkheid om celstromen en -spanningen nauwkeurig in combinatie met de temperatuur te bewaken een geweldig hulpmiddel om te weten of uw batterij en voertuig veilig kunnen worden gebruikt.

Toekomstvisie

Het kiezen van een oplossing voor het bewaken van de batterij van een e-bike die prioriteit geeft aan de veiligheid van de gebruikers en de levensduur van de batterij zou standaard moeten zijn in elk ontwerp. Daarom is een oplossing die actief de celtemperatuur, spanningen en stroom bewaakt de ideale keuze.

Bovendien beloven deze geavanceerde technologieën voor batterijbewaking en batterijbeheer, naast de optimalisatie van batterijproductieprocessen, de milieuvoordelen van het gebruik van elektrisch vervoer verder te vergroten.

We hebben misschien geen wegen nodig waar we heen gaan, maar we hebben zeker veilige batterijen nodig.

Aanvullende bronnen:

• Volgende generatie batterijmonitoren:hoe de batterijveiligheid te verbeteren, terwijl de nauwkeurigheid wordt verbeterd en de gebruiksduur wordt verlengd
• Verbetering van de nauwkeurigheid van temperatuurmetingen in batterijbewakingssystemen
• Verbetering van de nauwkeurigheid van spanningsmetingen in batterijbewakingssystemen
• Twijfel je momenteel aan de nauwkeurigheid van je batterijmonitor? Verbeter de veiligheid en nauwkeurigheid van de batterij met deze tips

–Vikram Sundaram is een productmarketingingenieur bij Texas Instruments.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Tijden.

Verwante inhoud:

• Succes van elektrische voertuigen hangt af van betere batterijen, slimmer opladen
• De groeiende behoefte aan nauwkeurige DC-energiemeting
• Referentieplatform ondersteunt EV-stroomsystemen
• Opkomende oplossingen verbeteren het energiebeheer van elektrische voertuigen
• De levensduur van lithium-ionbatterijen beoordelen voor implanteerbare medische apparaten
• Voedingsanalyse gebruiken om de levensduur van de batterij in IoT-apparaten te optimaliseren

Abonneer u voor meer Embedded op de wekelijkse e-mailnieuwsbrief van Embedded.