Alles wat je moet weten over de batterij van een elektrische fiets

‍

Vaak krijgt ons team de vraag: wat is de levensduur van de batterij? Ellio founder Tomas geeft in deze blog allerlei batterij tips en legt uit hoe je de levensduur van je Ellio batterij zelf kan verbeteren.

De Ellio batterij

Wat is de levensduur van de Ellio batterij? Dit wordt bepaald door de levensduur van de cellen in de batterij. De levensduur van de cellen wordt weergegeven als het aantal keer dat een cel kan opgeladen en ontladen worden tot de capaciteit van de cel onder de 80% van een nieuwe cel gezakt is. Daarna is de cel nog bruikbaar, maar er wordt geoordeeld dat een rijbereik van 80% van de nieuwe fiets de grens is om een nieuwe batterij te overwegen. Je kan met deze batterij perfect blijven verder fietsen als je rijbereik voldoende is voor jouw traject. Of de gebruikte cellen kunnen in een thuisbatterij een tweede leven krijgen.

De levensduur die een batterij fabrikant opgeeft, is gemeten volgens een gestandaardiseerde manier die afhangt van de toepassing waarvoor de cel ontwikkeld is (een e-bike en een schroefboormachine hebben bv. heel verschillende noden). Op dit ogenblik gebruiken we 1 van de topcellen van Samsung in Ellio. Deze cel is gegarandeerd voor 500 laadcycli wanneer ze volledig opgeladen en ontladen wordt aan een vaste laadstroom en ontlaadstroom.

Het aantal cycli opgegeven door de cel fabrikant is helemaal niet gelijk aan het aantal keer dat de gebruiker de batterij kan opladen. Een goede batterijhygiëne kan dit aantal sterk beïnvloeden in positieve zin. Maar evengoed kan slecht gebruik de cellen sneller doen falen.

Hoe kan je het aantal laadcycli verbeteren?

• Niet volledig opladen
• Niet volledig ontladen
• Niet te snel ontladen
• Tegen extreme koude beschermen
• De cellen gebalanceerd houden

Een paar snelle tips voor je Ellio batterij:

• Laad je batterij op in levensduur waar mogelijk. Het is beter om je batterij op het werk terug een poosje aan de lader te hangen (bv van 25% naar 75%) dan ze volledig op te laden en te ontladen. Dit geldt niet als een “volledige laadcyclus” en wordt dus niet “volledig afgetrokken van je laadbudget”.
• Rijd je batterij ook niet volledig leeg. We hebben er voor gekozen om in de rijbereik aanduiding het rijbereik tot 12% aan te geven. Dus ook als je rijbereik op 0 km staat, kan je nog verder fietsen, maar gaat dit een negatief effect hebben op de levensduur van je batterij.
• Pas je snelheid aan: indien er veel wind is, je een langer traject hebt,... kan je beter iets trager fietsen. We hebben de ondersteuningsniveaus hiervoor aangepast zodat je nu comfortabel kan fietsen:
• Met een redelijke inspanning aan 25/35/45kph in ondersteuning 1/2/3.
• Met beperkte inspanning of in ongunstige omstandigheden aan 25/35/45kph in ondersteuning 2/3/4.
• Indien je de indruk hebt dat je batterij capaciteit niet zo goed is, laad je je batterij best 3 keer op rijbereik op om daarna de instelling terug op levensduur te zetten. Hierdoor worden de cellen in je batterij terug gebalanceerd.

Wat doet Ellio om de levensduur te verbeteren?

Niet volledig opladen

Hier laten we de keuze aan de gebruiker, maar we hebben 3 settings voor het opladen voorzien: rijbereik, levensduur en opslag:

• Bij rijbereik wordt de batterij 100% opgeladen. Dit is de setting die door alle fietsfabrikanten gebruikt wordt
• Bij levensduur wordt de batterij tot 80% opgeladen. Dit is eerder zoals het voor elektrische auto’s gebeurt. Een supercharger zal ook nooit de batterij 100% opladen. Je zal ook zien dat je batterij sneller geladen is (de laatste 20% wordt trager geladen, zie verder)
• Bij opslag wordt de batterij tot 40% geladen. Het is slecht voor een batterij om langere tijd bewaard te worden wanneer ze volledig opgeladen is (de cel fabrikant laadt zijn cellen typisch tot 30% bij productie).

Niet volledig ontladen

Om dit te bereiken, proberen we vooral goed te communiceren met de gebruiker. Je laatste batterij segment in het display wordt rood vanaf 20% en begint te knipperen vanaf 10%. Rijbereik wordt aangegeven tot je batterijniveau onder 12% gezakt is. Dan is het aan de gebruiker om te beslissen om de snelheid bijvoorbeeld drastisch te laten zakken of om toch de volle capaciteit van de batterij te gebruiken.

Niet te snel ontladen

Hier heeft Ellio geen probleem omwille van de grote batterijcapaciteit: één cel kan een bepaald vermogen leveren zonder sneller te verouderen. Hoe meer cellen je hebt, hoe meer vermogen je kan leveren zonder je cellen snel te verouderen.

Tegen extreme koude beschermen

De batterij van Ellio is makkelijk uitneembaar. Het is geen probleem om bij vriestemperaturen te fietsen, maar de batterij kan niet geladen worden bij temperaturen onder het vriespunt. Het is ook aangeraden om de batterij van de fiets te verwijderen wanneer de temperatuur te laag wordt.

De cellen gebalanceerd houden

Als je tot hier geraakt bent… mag het een beetje moeilijker worden.

Een Ellio batterij heeft 65 cellen. Bij het laden wordt gecontroleerd dat de spanning over iedere cel niet te hoog oploopt om te vermijden dat de cel snel degradeert of zelfs te warm wordt. Bij het ontladen wordt gekeken dat er geen cellen 'te diep' ontladen worden. Het is het Battery Management System (BMS), niet de lader, dat hiervoor zorgt.

Omdat er spreiding zit op de cellen, is het mogelijk dat na verloop van tijd bepaalde cellen een hogere lading en andere cellen een lagere lading hebben. Omdat het BMS steeds zorgt dat iedere individuele cel nooit een te hoge of te lage spanning heeft, kan je verlies van capaciteit hebben wanneer je onbalans in de cellen hebt: de “beste” cel bepaalt wanneer je stopt met laden, de “slechtste” cel bepaalt wanneer je stopt met ontladen.

Om dus steeds over de volle capaciteit van je batterij te beschikken, is het belangrijk dat de cellen gebalanceerd zijn. De BMS kan dit eenvoudig meten en onze controller kan deze info aan de batterij opvragen (spanningsverschil tussen de “beste” en de “slechtste” cel).

Een ander deel van het verhaal is het “laadprofiel”. Ook dit is een eigenschap van de cel: hoe voller de cel, hoe kleiner de laadstroom mag zijn. Het is daarom dat een Tesla supercharger vooral in het begin heel snel laadt.

De lader van een fiets is veel eenvoudiger dan een Tesla supercharger en communiceert niet met de fiets. In de lader staat een bepaald laadprofiel geprogrammeerd dat moet overeenstemmen met de batterij. Er zijn 2 fases in een laadbeurt: CC (Constant Current) en CV (Constant Voltage). In de eerste fase wordt met een constante stroom (CC) opgeladen (3A voor Ellio) en daarna wordt met een constante spanning opgeladen (CV) geladen (54.6V voor Ellio).

In de Ellio batterij zitten er 5 cellen in parallel (alle plusjes hangen aan de plusjes en de minnetjes aan de minnetjes). Over zo een pakketje staat 4.2V wanneer de cel volledig opgeladen is. Van deze pakjes zijn er 13 in serie geplaatst (de plusjes van één pakketje worden met de minnetjes van het volgende pakketje verbonden). 13 x 4.2V geeft 54.6V voor een volledig geladen batterij.

Als we deze cellen willen balanceren, zijn er verschillende mogelijkheden. Omwille van de kost van een lader en BMS wordt er bij fietsbatterijen voor passieve 'balancing' gekozen. Tijdens de 2de fase van de laadcyclus (CV) wordt er gekeken welke van de 13 celpakketjes een hogere spanning hebben. Voor deze pakketjes wordt een weerstand in parallel met het pakketje geplaatst. Tijdens deze fase vloeit dan een deel van de laadstroom door de cel en een deel door de weerstand. Dit pakketje krijgt dan een kleiner laadvermogen dan de andere pakketjes waardoor de spanning over dit pakketje minder snel stijgt en de cellen beter gebalanceerd zullen zijn.

Dit balanceren kan alleen in het laatste deel (CV) van de cyclus gebeuren omdat de laadstromen dan heel klein zijn. Als dit in de eerste fase (CC) zou gebeuren zouden de stromen door de weerstanden te groot worden en zou er te veel warmte in de batterij gegenereerd worden. Bovendien is er voldoende tijd in dit laatste deel om de cellen te balanceren.

Levensduur van een batterij bepalen

De levensduur van een batterij kan niet “berekend” worden. Dit hangt af van zeer veel factoren zoals tot welk niveau geladen/ontladen wordt, met welke stromen geladen/ontladen wordt, de temperatuur waarbij de batterij bewaard en gebruikt wordt,... Dit kan wel gemeten worden in functie van hoe de batterij 'typisch' geladen en ontladen wordt, maar dat is voer voor een volgende blogpost.

‍