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Mar 23, 2023

Johnson Matthey Battery Systems: Tendências atuais e futuras em e

Uma bateria é parte integrante de qualquer bicicleta elétrica, ajudando a determinar

Uma bateria é parte integrante de qualquer bicicleta elétrica, ajudando a determinar o alcance, desempenho e durabilidade. Neste artigo, veremos algumas das tendências atuais e futuras em baterias de bicicletas elétricas.

As células mais populares usadas em baterias de bicicletas elétricas são os fatores de forma 18650 e 21700 com química NMC. Mais e mais baterias estão usando tamanhos de célula maiores, por alguns motivos importantes. O principal deles é o fato de que menos células são necessárias para atingir a capacidade desejada. Para atingir a capacidade de cerca de 10 Ah no 18650, são necessárias três células conectadas em paralelo, enquanto o 21700 exigirá duas células. A diferença de massa não é desprezível – o peso do 18650 na configuração 10S3P é de cerca de 1,5 kg, enquanto o 21700 na mesma configuração é cerca de 0,1 kg mais leve. Em uma bateria com tensão mais alta, a diferença é maior.

Além disso, a maior capacidade nominal teórica para o fator de forma 18650 é de 3,5 Ah, enquanto para o 21700 é de 5,0 Ah. Atualmente, a densidade de energia gravimétrica máxima para a química NMC é de 250-260 Wh/kg. Já foram anunciadas células com maior capacidade, mas apenas no tamanho 21700. A meta é atingir 5,5-5,65 Ah, e talvez até 6 Ah, o que permitirá a extensão da capacidade total da bateria ou dos ciclos, após a redução da faixa de tensão. Atualmente, os fornecedores procuram usar novos elementos nas células, como o silício, para obter maior capacidade, bem como o sódio para otimizar custos.

Cada parte mecânica aumenta o peso e o tamanho da bateria. As baterias integrais, que estão escondidas no quadro, muitas vezes têm uma construção de módulo de bloco. Um bloco contém suportes de célula superior e inferior e 4-10 células conectadas na configuração adequada e conectores com terminais para conectar à próxima seção. Geralmente também há isolamento adicional, barramentos ou fios, que causam pontos de acesso e uma queda de tensão.

A colocação das células transversalmente ao maior eixo requer apenas dois porta-células, com a corrente fluindo apenas pelos conectores das células. BMS adicionais podem ser montados em um lado do corepack com fácil acesso a todos os pontos de tensão, garantindo que conjuntos de cabos não sejam necessários. A bateria é mais leve, pois contém menos componentes, além de a montagem ser mais fácil e rápida.

A caixa também tem uma influência significativa no peso. Atualmente, os materiais mais utilizados são o alumínio e o plástico. Mas o uso de fibra de carbono deve diminuir a massa da bateria, embora isso acrescente custo à construção.

Atualmente, os regulamentos europeus estão se movendo no sentido de tornar as baterias mais reparáveis ​​e garantir que tenham vida longa, para reduzir o impacto ambiental. Portanto, baterias novas provavelmente serão mais fáceis de reparar por terceiros.

Hoje em dia, os sistemas de gerenciamento de bateria são dispositivos mais complexos com várias funções. Quase todos os BMS em baterias de e-bike contêm funções como:

Além disso, os BMSs agora são mais seguros do que nunca. Eles são equipados com dupla proteção, além de conter elementos como Modo de Falha e Análise de Efeito (FMEA) e análise funcional de segurança.

No próximo ano, os padrões de segurança para baterias de íons de lítio serão estendidos. Por exemplo, pode haver um sensor de gás montado no BMS para detectar potencial ruptura de célula ou um acelerômetro para desligar as saídas da bateria caso ocorra um acidente.

Além do mais, provavelmente veremos o uso de tecnologia inteligente em breve, como conectividade Bluetooth, bem como criptografia de comunicação de ponta a ponta para segurança extra. Os modos inteligentes também podem ser usados ​​para prolongar a vida útil da bateria, limitando o SoC e a potência máxima, por exemplo. É quase certo que as mudanças nos regulamentos europeus também forçarão outras mudanças, como o acesso aberto para terceiros a algumas informações do BMS.

Os fabricantes de carregadores adicionaram novos recursos às suas soluções prontas para uso nos últimos anos. Atualmente, a bateria e o carregador se comunicam por meio de um barramento adicional. Isso aumenta a segurança, pois parâmetros críticos como tensão e corrente são medidos por ambas as partes do sistema e podem ser comparados entre si. Se a diferença for significativa, o carregamento é interrompido porque uma falha é presumida. Um carregador inteligente pode carregar a tensão limitada para estender o ciclo de vida. Se quisermos armazenar uma bateria por muito tempo sem uso, é possível carregar a bateria a 50-60% SoC para reduzir a degradação natural das células.