Hoi allemaal!
In ons vorig blogbericht hebben we jullie alles verteld wat het grotere doel van ons project is. Sindsdien hebben we op technisch vlak grote vooruitgang gemaakt. In dit bericht willen we jullie de grote lijnen van ons project uitleggen.
In het eerste semester hebben we vanalles opgezocht over de werking van de batterij, de do’s en don’ts van het gebruik van een batterij en de verschillende types cellen. Een cel lijkt heel hard op de batterijen die we thuis hebben liggen voor in de afstandsbediening etc. Een lithium-ionbatterij is de combinatie van verschillende cellen, aangestuurd door een Battery Management System of BMS. Dit is een beetje de controlekamer van de batterij, die zorgt dat geen enkele cel buiten zijn werkingsgebied gaat. Wikkel alles in met wat schokdempers, een case en wat connectoren en dan heb je een batterij voor een elektrische fiets, elektrische auto…
Een cel bestaat inwendig uit een complex chemisch mechanisme van een pluskant, een minkant en een elektrolyt of vloeistof. De concrete werking van de cel is niet belangrijk voor ons project aangezien we deze cellen aankopen. Wel zijn de samenstellingen en bestanddelen van de verschillende onderdelen van de cel belangrijk. Zij bepalen zaken zoals energiedensiteit, veiligheid, capaciteit, kost en levensduur.
Er zijn twee hoofdgroepen cellen: niet-heroplaadbaar en heroplaadbaar. Uiteraard is het heroplaadbare type nodig voor ons project. Vervolgens bekeken we de belangrijkste cellen binnen deze groep: loodzuurbatterijen, nikkel-cadmiumcellen, nikkel-metaalhydride en lithium-ion cellen. We lazen over de voor-en nadelen en konden zo een beslissing maken. We vergeleken deze beslissing met wat er conventioneel in elektrische fietsen gebruikt wordt en dit was hetzelfde. Binnen lithium-ion heb je nog verschillende subgroepen. Het verschil tussen deze groepen is de samenstelling van de elektrodes wat de pluspool en de minpool van je batterij vormen. Elke samenstelling bepaalt de hierboven genoemde eigenschappen zoals energiedensiteit, veiligheid, capaciteit, kost en levensduur. We zijn dan beginnen kijken op de sites van Samsung en Panasonic, twee goede merken voor cellen en vonden soorten 4 cellen die voldeden aan onze eisen.
Dit semester zijn we gestart met het testen van de 4 soorten cellen die we in het eerste semester hebben uitgekozen. Dit konden we doen dankzij een meettoestel dat we konden lenen van de elektronicawinkel Aitec op de Naamsesteenweg. Hier kregen we ook een heel uitgebreide uitleg over batterijen. Dit meettoestel ontlaadt de cellen en dankzij de curve die hierbij getekend wordt op de computer, kan het gedrag van de cel bestudeerd worden. Capaciteit is hierbij de belangrijkste factor. De capaciteit is hoeveel uur een cel een bepaalde stroom kan leveren. Bij het uitkiezen van een cel wil je graag een grote capaciteit omdat je dan minder cellen nodig hebt in je batterijpakket. Er zijn helaas veel cellen op de Chinese markt die minder capaciteit hebben in werkelijkheid dan op de verpakking staat. Daarom is het belangrijk om de cellen zo grondig te testen. We vergeleken dan het gedrag tussen de cellen en hebben één cel uitgekozen en hier 140 stuks van besteld.
Eenmaal de keuze van de cellen gemaakt is, is de volgende stap het puntlassen van de cellen. Dit is het verbinden van de verschillende cellen met nikkel-strips. Dit is een heel gevaarlijke bewerking aangezien lithium-ion cellen explosief zijn, denk maar aan de Samsung Galaxy Note 7. Het is ook een hele puzzel, want alles moet zo dicht mogelijk bij elkaar zitten, maar natuurlijk ook op een fiets passen. Verder moet dit puntlassen ook met een specifieke machine gebeuren. Er hebben helaas weinig mensen in Leuven en omstreken deze machine. We hebben wekenlang mails gestuurd en zijn op veel plaatsen langs gegaan. Zo kregen we heel vriendelijk hulp aangeboden op het Departement Werktuigkunde en vergaarden we info bij Fietslab in Kessel-Lo. Het best zijn we geholpen in Aitec. Bert, de baas, bood ons aan om onze hele batterij te puntlassen want zij hebben een puntlastoestel. Verder gaf hij ons een hele goede uitleg over de werking van batterijen én leende hij ons zijn tester voor de cellen. Over één week hopen we dit klaar te hebben.
De volgende stap is het aansluiten van het Battery Management Systeem. Dit zullen we aankopen omdat het heel moeilijk is om dit zelf te maken. Als het project volgende jaren verder loopt dan zal er ingezet worden op het zelf maken van de BMS. De BMS beschermt de batterij van zichzelf door de batterij uit te schakelen zodra er een cel te warm wordt. Verder zorgt die ook dat de cellen mooi tegelijk evenveel opladen en ontladen, zodat niet één cel al vol is terwijl de andere nog niet helemaal opgeladen is. Na een deel opzoekwerk en wat vergelijken tussen verschillende BMS’en hebben we een type gekozen en besteld.
Eenmaal de BMS en alle cellen verbonden zijn, is het nog een kwestie van inpakken en beschermen. Een laag beschermschuim rond de cellen geeft een extra beschermlaag tegen schokken en trillingen. Vervolgens bundelt een laag krimpfolie alles samen, wat een eerste bescherming vormt tegen water en stof van buitenaf. De case vormt de buitenste schil van de batterij. Deze moet schokken kunnen weerstaan, water- en stofdicht zijn. Tot slot zal de hele batterij opgehangen worden binnen het frame van de fiets.
Dit weekend hebben we finale presentatie van ons hele project en moeten we ons finale verslag ingeleverd hebben. Volgende week zullen we dan proberen de cellen te laten puntlassen en vervolgens de BMS verbinden en hopelijk kunnen we de batterij dan verder afwerken. Ons ultieme doel is een werkende batterij te hebben die volledig afgewerkt is tegen midden mei. Het plan is om de komende weken voor de blok echt álle benodigdheden tot in het kleinste detail te verzamelen. Als we dan niet klaar geraken voor de blok begint dan nemen we onze spullen mee naar Benin en werken we de batterij daar verder af. Cruciaal is wel dat de cellen gepuntlast zijn en de BMS verbonden want dit is onmogelijk om te doen in Benin.
Tijdens de zomer kunnen we deze batterij dan testen, vastmaken aan de fiets en dan maar proefritjes maken. We kunnen kijken wat het gedrag is als we bergop of bergaf rijden en hoelang de batterij kan presteren. Verder gaan we kijken wat de gevolgen zijn van de temperatuur en het vaak opladen en ontladen van de cellen. Tot slot gaan we een teststation voor de batterij uitbouwen en techniekers opleiden die ons project verder kunnen zetten tijdens de zomer. Met alle informatie die we verzamelen kan er volgend jaar weer verder gewerkt worden om de batterij nog verder te verbeteren.
We hebben er enorm veel zin in en het gaat echt spannend worden om op 1 juli het vliegtuig op te stappen. 1 september zijn we terug thuis. We houden jullie tijdens de zomer zo veel mogelijk op de hoogte. Tot dan!
Olivia & Nicolas