Hvorfor rækkevidden på en elcykel falder hurtigere end forventet ved kørsel i varme eller kolde omgivelser
Efter tolv år med support af elcykelsystemer, både inden for udviklingstest og feltstøtte, er en hyppig observation, at den angivne rækkevidde og effektlevering ikke lever op til forventningerne under almindelige kørselsforhold, som adskiller sig fra laboratorieforholdene. Dette underskud kan ofte tilskrives batteriets temperatur snarere end motorens effektivitet eller dæktrykket. Lithium-ion-celler ændrer både den tilgængelige kapacitet og den interne modstand afhængigt af temperaturen, og batteristyringssystemet indfører begrænsninger, der yderligere reducerer den anvendelige energi.
Ved temperaturer omkring 20–25 °C leverer cellerne næsten deres nominelle kapacitet med lav intern modstand. Under ca. 10 °C stiger elektrolytens viskositet, modstanden øges, og den anvendelige kapacitet falder typisk med 15–25 %. Ved 0 °C kan faldet nå op på 20–30 %, og spændingsfaldet under belastning bliver markant; BMS kan afbryde strømmen tidligere, end opladningsstatusdisplayet angiver, fordi de enkelte cellespændinger falder under beskyttelsestærsklerne. Over 40 °C accelererer nedbrydningsreaktionerne, og de fleste BMS-enheder begynder at begrænse afladningsstrømmen eller blokere opladningen, når celletemperaturerne nærmer sig 45–50 °C. Vedvarende høj strøm medfører derfor to effekter: reduceret energilevering på kort sigt og hurtigere kapacitetstab over gentagne cyklusser.
Under en kontrolleret valideringstur på en elcykel med midtermonteret motor, udstyret med et 48 V, 14 Ah batteri, omfattede ruten en 6 km lang stigning med en hældning på 5–6 % ved en omgivende lufttemperatur på 32 °C. Ved et konstant assistanceniveau på ca. 450–500 W steg batteripakkens overfladetemperatur fra 28 °C ved start til 46 °C efter 25 minutter. Den energi, der blev udvundet fra batteripakken, målt med en kalibreret coulombtæller, var 18 % lavere end ved samme afstand og hastighed målt ved en omgivelsestemperatur på 22 °C. På den sidste del af stigningen blev strømgrænsen for regulatoren reduceret af BMS, og gennemsnitshastigheden faldt fra 22 km/t til 16 km/t. Da det samme batteri fik lov til at køle af natten over, og turen blev gentaget ved lavere omgivelsestemperatur, blev fuld assistance opretholdt, og energimanglen forsvandt. Temperaturforskellen mellem cellerne i batteripakken forblev under 4 °C under begge test, hvilket indikerer, at begrænsningen skyldtes den samlede temperatur snarere end lokal ubalance.
Den praktiske styring fokuserer derfor på at holde batteripakken inden for intervallet 15–35 °C under afladning og undgå opladning ved temperaturer under 5–10 °C. Ved styring af temperaturintervallet for elcykelbatterier er de afgørende faktorer omgivelsesforholdene, den vedvarende strøm, batteripakkens isolering eller ventilation samt BMS’ termiske tærskelværdier. Rækkeviddeforringelsen i praksis minimeres, når cyklisterne sænker assistanceniveauet på lange stigninger i varmt vejr og opbevarer eller oplader batteripakken indendørs i koldt vejr. Når BMS' termiske beskyttelse på en elcykel begrænser effekten tidligere end forventet, kan dette bekræftes ved at måle batteripakkens overfladetemperatur eller celletemperaturen under belastning samt den tilsvarende energigennemstrømning. Ved at holde batteripakken tæt på den temperatur, hvor kapaciteten blev målt – hvilket blev demonstreret ved genoprettelsen af fuld energilevering, da batteripakken var afkølet under valideringsturen – genoprettes en konsistent rækkevidde og effekt uden ændringer af motoren eller styreenheden.