Accu’s zijn het duurste onderdeel van elektrische voertuigen. Hun actieradius is de grootste zorg voor wie overweegt een e-auto aan te schaffen. De behoefte aan sensoren om de levensduur van de batterij te monitoren, mondde uit in twee nieuwe modules die in die behoefte voorzien. De Duitse onderneming Continental heeft nu twee sensoren voor auto-batterijen ontwikkeld: de Current Sensing Module (CSM) en de Battery Impact Detection (BID). Beide leveren belangrijke informatie aan het batterijbeheersysteem, dat helpt de werking van de energiemodule te beschermen en te optimaliseren.
Continental heeft al veel ervaring met het ontwerpen van sensoren, bijvoorbeeld voor airbags of loodzuurbatterijen.
“We hebben verschillende secties die sensoren voor passieve veiligheid en veiligheid voor inzittenden ontwerpen, om er maar een paar te noemen. Dus het was gemakkelijk om deze concepten aan te passen aan andere toepassingen,” legt Jürgen Maier uit, die deel uitmaakt van de groep die aan de BID heeft gewerkt.
Verbeterde nauwkeurigheid van de batterijstatus
Batterijen slaan een bepaalde hoeveelheid energie op. Wanneer ze worden opgeladen – vooral tijdens het snelladen – hebben ze de neiging om warm te worden. Zo’n overbelasting kan gevolgen hebben voor zowel de levensduur van de batterij, als voor de veiligheid van de passagiers. Daarom is er een systeem nodig om de temperatuur binnen een bepaalde bandbreedte te houden.
De CSM-module kan zowel de temperatuur als de stroom meten. Die gegevens worden vervolgens naar het accu-managementsysteem gestuurd. Zo kan het systeem zorgen voor een optimale actieradius. Alle metingen helpen bij het optimaliseren van de oplaadefficiëntie en het opsporen van potentiële storingen, die mogelijk brand kunnen veroorzaken.
“Als de accu beschadigt raakt, moet je de auto onmiddellijk uitschakelen. De sensoren die wij ontworpen hebben, kunnen stroompieken tot 2000 ampère meten”, legt Horst Gering, programmamanager bij de afdeling passieve veiligheid en sensortechniek van Continental, uit. “Daarnaast meten we de accustroom via twee kanalen, zodat het systeem altijd kan reageren. Ook al valt er één kanaal bijvoorbeeld door een botsing uit.”
Batterijschade detecteren
De accucellen worden beschermd door de voertuigcarrosserie. Het probleem is echter dat de batterijen door klappen tegen het onderstel wel beschadigd kunnen raken. Om dit probleem aan te pakken, voorzien automobielfabrikanten de accu’s aan de onderzijde van een metalen afdekking. Continental biedt een nieuw concept. Ze bouwden een beschermingsplaat van kunststof waarin sensoren zijn aangebracht. Deze geven informatie door over mogelijke gevolgen van steenslag tegen de onderkant.
“Deze BID is in staat om het niveau van de schok en de positie ervan te detecteren dankzij de twee druksensoren. De informatie wordt vervolgens naar het batterijmanagementsysteem gestuurd, dat in geval van ernstge schade de auto kan uitschakelen”, vertelt Maier.
Volgens de ingenieur is dit niets nieuws. “Passagiersimpactdetectiesystemen in de bumpers van auto’s gebruiken dezelfde sensoren”, legt hij uit. Het voordeel van de kunststof bescheermingsplaat is dat het totaalgewicht van de autio verminderd, zonder in te boeten aan de robuustheid die metaal kan bieden.
Nieuwe technische eisen
De CSM en de BID zijn slechts enkele voorbeelden van nieuwe technologieën die de komende jaren zin auto’s worden toegepast. Gezien het verbod van de EU op auto’s die op fossiele brandstoffen rijden vanaf 2035, moet de elektrificatie worden versneld. Auto- en batterijfabrikanten zijn dan ook naarstig op zoek naar nieuwe systemen die elektrisch rijden nog effcienter kunnen maken.
“Het is heel belangrij dat sensoren in voertuigen er steeds meer en steeds nauwkeuriger gegevens leveren. Dat kan uiteindelijk helpen bij het maken van betere inschattingen van de laadstatus van de batterij. In het begin kan het laden heel snel gaan. Maar zodra een accu voor 80 procent vol is, moet je de laadsnelheid verlagen”, benadrukt Gering. Anders raakt de accu overbelast, waardoor de levensduur vermindert en de veiligheidsrisico’s toenemen. Volgens Gering komt er nog meer bij kijken.
“Naast het garanderen van de voorspelde kilometrage en de duurzaamheid van een product, kunnen dit soort sensorontwikkelingen ook implicaties hebben voor het ontwerp van nieuwe, compactere brandstofbatterijcellen.”
Volgens Maier komt een volgende versie van de BID de veiligheid zeker ten goede. “Voor een betere botsingsdetectie kunnen verbeteringen aan de versnellingssensoren helpen om een botsingsdiagnose gedetailleerder uit te werken. Daarnaast zal het onderzoek naar materialen om gewicht te besparen – zowel wat betreft de beschermende plaat als het frame – worden voortgezet.”
De productie van de CSM begint tegen het einde van het jaar . De BID komt pas over enkele jaren op de markt.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
