Posted on

Waarom een E-bike BMS de akkukapaciteit niet nauwkeurig meten kan

Electric Vehicle (EV) accu’ s kunnen de capaciteit voor garantiedoeleinden voldoende nauwkeurig bepalen . EV’s hebben een ingebouwde battery analyzer (accutester), die ook de BMS data kan lezen en interpreteren, hetgeen een voorwaarde is voor goede garantiebeoordeling. Dit artikel beschrijft de beperkingen van een E-bike BMS, alsmede hoe hiermee in de praktijk om te gaan en hoe deze beperkingen theoretisch kunnen worden opgelost.

Nauwkeurigheid van komponenten en calibratie

Een goede battery analyzer gebruikt nauwkeurige spannings- en stroom meetweerstanden met een lage Tc (temperatuur- coefficient). Deze meetweerstanden zijn kostbaar, vergeleken met de totale kosten van een e-bike BMS. Goede battery analyzers werden individueel gecalibreerd, hetgeen.een significante invloed heeft op de systeemnauwkeurigheid. Om dat door te voeren bij e-bike BMS’s zou de kostprijs gemakkelijk verdubbelen. Dit is echter pas het begin…

Coulombs tellen

Zowel battery analyzers als BMS’s gebruiken dezelfde methode om de capaciteit te bepalen: het vermenigvuldigen van spanning, stroom en tijd levert de capaciteit (in Wh) op. In een werkplaats, waar battery analyzers worden gebruikt. is de omgevings temperatuur redelijk constant; bij een e-bike is dat duidelijk niet het geval. Dit veroorzaakt fluctuaties in de aaccutemperatuur en daarmee de accucapaciteit. Maar hoe aanzienlijk deze afwijking op zich is, het ergste komt nog…
Een battery analyzer laadt tot 100% op en ontlaadt tot 0%. De accu wordt tijdens normaal gebruik ook tot 100% opgeladen, maar zelden tot 0%. Dit omdat de gebruiker niet zonder wil komen of omdat hij zich realiseert dat diepontlading slecht is voor de levensduur van de accu. De enige manier om de capaciteit nauwkeurig te bepalen is met een battery analyser.

Vetrouwen op BMS data

Al seen BMS de capaciteit in Wh aangeeft in plaats van als een % van de laatst bekende capaciteit,hangt de nauwkeurigheid belangrijk af van het laatste moment van volledige ontlading. Wanneer een consument een e-bike (accu) ter inruil aanbiedt, heeft de dealer uiteraard geen idee over de laatste volledige ontlading. Naarmate de dealers door ervaring wijzer worden, accepteren ze niet langer inruilers zonder een volwaardige test met een battery analyzer om de werkelijke capaciteit te meten. Tevens wordt dan de inwendige weerstand gemeten, een graadmeter van de gezondheid van de accu.

Verbetering van de BMS data nauwkeurigheid

Om de nauwkeurigheid op een acceptable niveau te krijgen, zijn de volgende maatregelen nodig:

  • Gebruik van precisie (spannings en stroom) meetweerstanden met een lage temperatuur coefficient
  • Karakterisen van de accu als onderdeel van de kwaliteitscontroleprocedure: Het meten van de spanningen, behorend bij verschillende belastingen en temperature, over het gehele SoC (state-of-charge) bereik. Dan, kan het BMS voldoende nauwkeurig de SoC bepalen, gebaseerd op de gemeten spanning, stroom en temperatuur, vooropgesteld dat een recente volledige ontlading plaats vond.
    Dit is de procedure, welke bij high end EV (electric vehicles) wordt toegepast. Voor accu’s van 10,000 Euro en hoger is deze tijdrovende (meerdere dagen!) characterisatieprocedure de kosten zeker waard. Voor e-bikes dit verre van kostenefficient.

Optimale gang van zaken voor e-bike BMS’s

Wanneer BMS designers de laatst bekende capaciteit, gemeten met een battery analyzer, zouden registreren, alsmede de datum hiervan en het aantal cycles hierna, dan zou de dealer (en de consument) een beter inzicht hebben in de werkelijke capaciteit van de accu. De dealer kan dan vervolgens met een snelle test de inwendige weerstand bepalen. De combinatie van capaciteit en gezondheid (aangegeven door de inwendige weerstand) geeft een goede inschatting van de fitheid voor straatgebruik en de hierbij behorende restwaarde.