Invloed van temperatuur en spanning op de lading en staat van lithium-ion batterijmodules in lichte elektrische voertuigen

Waarom hete dagen belangrijk zijn voor e-bike-batterijen

Elektrische fietsen en scooters beloven schoner en gemakkelijker vervoer, maar de batterijen die ze aandrijven worstelen stilletjes met warmte. Deze studie kijkt in het batterijpakket van een licht elektrisch voertuig om te zien hoe rijden in de echte wereld en verschillende temperaturen—van een milde kamertemperatuur tot woestijnachtige hitte—veranderen hoeveel energie de batterij kan opslaan en hoe lang deze meegaat. De bevindingen helpen verklaren waarom het bereik op zeer hete dagen afneemt en waarom slimmer koelen en laden essentieel zijn voor veilige, duurzame stedelijke e-mobiliteit.

Een blik in een klein elektrisch voertuig

De onderzoekers richtten zich op een veelvoorkomend type licht elektrisch voertuig, vergelijkbaar met een elektrisch ondersteunde fiets, uitgerust met een 48-volt lithium-ion batterijpakket opgebouwd uit 52 kleine cilindrische cellen. In plaats van het pakket als één zwarte doos te behandelen, demonstreerden ze het zodat elke cel afzonderlijk op een speciaal testbank kon worden gemeten. Voor elke cel bepaalden ze hoeveel lading deze kon opslaan en hoe "gezond" die nog was vergeleken met nieuw. Ze bouwden het pakket daarna weer in, plaatsten het voertuig op rollen en lieten het een gestandaardiseerde rijcyclus doorlopen die voor motorfietsen wordt gebruikt, waarbij stop-and-go stadsverkeer en korte periodes met hogere snelheid werden nagebootst.

De hitte gecontroleerd opvoeren

Om te zien hoe temperatuur het batterijgedrag verandert, plaatste het team het gehele pakket in een gesloten metalen kast waar ze de omgeving konden instellen op 25, 35, 45 of 65 graden Celsius. Terwijl het voertuig op de rollen "reed", registreerden sensoren spanning, stroom en temperatuur in real time, zowel aan de buitenkant van het pakket als bij het midden. Na elke reeks testen bij een bepaalde temperatuur werd het pakket opnieuw uit elkaar gehaald zodat de laadcapaciteit en de staat van gezondheid van elke afzonderlijke cel opnieuw gemeten konden worden. Thermische camerabeelden gaven een direct beeld van hoe warmte zich opbouwde en verspreidde binnen de module tijdens gebruik en laden.

Wat er met lading en gezondheid gebeurt als het heet wordt

Bij matige temperaturen—ongeveer 25 tot 35 graden Celsius—gedroeg de batterij zich goed. Het pakket kon bijna tot de doelspanning worden geladen en het gesimuleerde rijden van het voertuig nam energie soepel af, met slechts kleine temperatuurstijgingen. In dit bereik bleven de staat van lading (hoe vol de batterij is) en de staat van gezondheid (hoeveel capaciteit overblijft vergeleken met nieuw) binnen wenselijke grenzen. Maar naarmate de temperatuur opliep naar 45 graden en vooral naar 65 graden, ontstonden er problemen. Het pakket verloor tijdens de rijcyclus sneller spanning, wat betekende dat het voertuig minder bereik zou hebben. Sommige cellen verloren een merkbaar deel van hun oorspronkelijke capaciteit en zakten onder veelgebruikte grenswaarden voor acceptabele gezondheid voor verder gebruik in voertuigen.

Warmte verstopt zich in het midden

Thermische beelden en sensormetingen toonden aan dat warmte zich niet gelijkmatig verspreidde. De centrale cellen in de module liepen consequent warmer dan die aan de zijkanten. In de milde 25-graden test bereikte de warmste plek in het pakket net onder de 30 graden, maar in de 65-graden test steeg de hete kern boven de 80 graden. Tijdens het laden verergerde de situatie: het pakket hield warmte vast in het midden, terwijl de beschermende elektronica en kabels ook opwarmden. Bij de hoogste temperatuur schakelde het batterijbeheersysteem het laden vroegtijdig uit om schade te voorkomen, wat het pakket beschermde maar er ook toe leidde dat sommige cellen onderbeladen raakten in vergelijking met andere. Deze onbalans verminderde verder de bruikbare energie en versnelde het verouderingsproces in de meest belastte cellen.

Ontwerplessen voor veiligere, duurzamere ritten

Al met al toont de studie aan dat batterijen van lichte elektrische voertuigen comfortabel zijn binnen slechts een relatief nauwe thermische band, grofweg 25 tot 35 graden Celsius. Daarboven verliezen ze sneller energie, verouderen ze sneller en ontwikkelen ze ongelijkmatige hete plekken—met name in het midden van het pakket—terwijl beschermende elektronica moeite heeft ze veilig te houden. Voor rijders vertaalt dit zich in korter bereik en een hoger risico op voortijdige batterijvervanging in warme klimaten. Voor ontwerpers en stadsplanners onderstreept het werk de noodzaak van eenvoudige maar effectieve koeling of ventilatie, slimere pack-indelingen die oververhitte kernen vermijden, en zorgvuldige monitoring op celniveau. Met deze maatregelen kunnen kleine elektrische voertuigen schoner vervoer leveren zonder veiligheid of batterijleven op te offeren.

Bronvermelding: Quintana, J.M., Paredes-Rojas, J.C., Vázquez-Medina, R. et al. Temperature and voltage effects on the charge and health of lithium-ion battery modules in light electric vehicles. Sci Rep 16, 9408 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40094-5

Trefwoorden: lithium-ion batterijen, elektrische fietsen, batterijtemperatuur, batterijgezondheid, thermisch beheer