Neste artigo exploraremos a variedade de soluções de micromobilidade pessoal disponíveis no mercado de consumo, os desafios técnicos que elas enfrentam e como a tecnologia pode resolver esses problemas.
- Introdução
- Infraestrutura Urbana e Micromobilidade
- Transporte Pessoal e Desafios do Consumidor
- Como a Tecnologia Moldará o Futuro
Soluções de Micromobilidade Pessoal
As soluções de micromobilidade pessoal vêm em uma ampla variedade de formas e tamanhos, desde e-bikes e e-scooters até skates elétricos e hoverboards. Para alguns, elas são uma forma de transporte utilizada como alternativa à caminhada ou ao carro; para outros, são uma forma de exercício.
As e-bikes são uma das soluções de micromobilidade mais proeminentes; analistas da Precedence Research esperam que o mercado de e-bikes cresça a uma taxa composta anual (CAGR) de 9,89% de 2023 a 2032, atingindo um valor de mercado de $44,08 bilhões.[1]
Enquanto as primeiras e-bikes eram essencialmente bicicletas com baterias pesadas acopladas e motores de cubo, as e-bikes modernas são significativamente mais leves e projetadas desde o início para acomodar sistemas de propulsão elétrica e baterias. A fiação agora é cuidadosamente passada através dos tubos do quadro para evitar danos. Nos modelos de médio porte e acima, as unidades de motor de tração intermediária estão localizadas entre os pedais para otimizar a eficiência do trem de força e a distribuição de peso (Figura 1).
Além das E-bikes
Além das e-bikes, existe uma ampla gama de alternativas de micro mobilidade, como hoverboards, Segways, skates elétricos e e-scooters. Embora a posse desses dispositivos seja legal, seu uso no Reino Unido e na maior parte da UE é restrito a ambientes privados devido à proibição de sua presença em espaços públicos, como calçadas, estradas e ciclovias.
Em termos de design eletrônico, esses produtos são semelhantes às e-bikes, com motor, interface de controle e pacote de baterias. A distinção entre eles e as e-bikes está no controle de seu movimento, pois eles dependem exclusivamente de um sistema de propulsão elétrica operado por um acelerador ou, no caso de hoverboards e Segways, por um sensor giroscópico que o usuário pode manipular para regular a velocidade.
Desafios da Micromobilidade Pessoal
Embora as soluções de micromobilidade pessoal tenham apresentado um crescimento incrível nas últimas décadas — uma tendência que deve continuar —, algumas barreiras estão impactando o mercado. Enquanto questões regulatórias precisam ser abordadas, ainda existem desafios técnicos enfrentados pelas soluções atuais de micromobilidade pessoal que devem ser resolvidos.
Incêndios em Baterias
Talvez o problema mais prevalente seja o incêndio em baterias devido à falha de células individuais ou do sistema de gerenciamento de baterias (BMS). A Brigada de Incêndio de Londres relatou 116 incêndios em 2022 causados por baterias de e-bikes e e-scooters, com ocorrências se tornando mais frequentes. No início de 2023, chamadas de emergência especificamente relacionadas a incêndios em baterias de e-bikes e e-scooters ocorreram, em média, a cada dois dias. Desde 2021, a Transport for London (TfL) proibiu scooters elétricas, hoverboards e skates elétricos em seus serviços devido ao aumento de incêndios.
Nas baterias de micromobilidade modernas, há uma série de células de íon-lítio (Li-ion) 18650 conectadas para fornecer a capacidade de carga e a tensão necessárias (geralmente 36V, 48V ou 52V). Os eletrólitos usados nas células de Li-ion são sais de lítio. Embora os sais de lítio sejam ideais para essa aplicação, eles também são voláteis e inflamáveis; como resultado, as células de lítio são extremamente sensíveis a mudanças de temperatura e podem sofrer fuga térmica.
Quando uma célula é comprometida, seja por danos, defeitos de fabricação, calor externo ou sobrecarga/descarga, sua temperatura aumenta rapidamente até pegar fogo ou explodir, incendiando o restante do pacote de baterias e criando um evento de fuga térmica. Além disso, como os cátodos nas baterias de Li-ion contêm oxigênio, qualquer incêndio é autoalimentado e extremamente difícil de extinguir.
Manutenção da Segurança
Embora os incêndios em dispositivos de micromobilidade sejam muito comuns, eles estão quase completamente restritos a dispositivos de baixo custo, com fabricantes de médio e alto padrão tendo poucos ou nenhum caso de incêndio.
Projetando Baterias Seguras
Para economizar custos, baterias de baixo custo geralmente utilizam um sistema de gerenciamento de baterias (BMS) simples, projetado apenas para balancear a carga e descarga das células, com um fusível na linha de carregamento e na tomada de energia.
Em comparação, modelos de alto padrão implementam medidas de segurança muito mais sofisticadas, como as recomendadas pela Littelfuse, que oferece uma ampla gama de soluções projetadas para e-bikes e outros projetos de micromobilidade (Figura 2).
Termistores de Coeficiente Negativo de Temperatura (NTC) são recomendados no diagrama de blocos da bateria, como a Série KC da Littelfuse, que pode ser usada para monitorar a temperatura das células de forma independente, permitindo que microcontroladores autem antes que ocorra a fuga térmica.
Esses componentes são usados juntamente com dispositivos de proteção contra sobrecorrente e sobretensão a nível de bateria, incluindo o dispositivo compacto de montagem em superfície da Série 0805L, um dispositivo polimérico de Coeficiente Positivo de Temperatura (PPTC). Além disso, os Protetores de Bateria ITV da Littelfuse oferecem proteção adicional (Figura 3).
Sendo posicionados entre a saída combinada das células e a unidade de BMS, os Protetores de Bateria ITV são uma solução de montagem em superfície rápida e econômica, projetada para cortar o circuito quando um CI ou transistor de efeito de campo (FET) detecta uma sobretensão.
Conclusão
Os incêndios em micromobilidade apresentam um risco considerável para os consumidores e afetam a confiança no mercado. Para garantir a segurança das baterias de Li-ion, os projetistas devem incluir várias medidas de segurança em toda a bateria, direcionadas a tensão, corrente e temperatura, tanto no nível do pacote de baterias quanto das células. Além disso, testes rigorosos por terceiros e a conformidade com regulamentações locais ajudam a garantir que os projetos tenham menos probabilidade de falhar e, se falharem, o façam de maneira segura, prevenindo a fuga térmica.
[1] Precedence Research, “E-Bike Market Size, Trends, Growth, Report 2023-2032,” August 2023, https://www.precedenceresearch.com/e-bike-market. [2] London Fire Brigade, “The Dangers of Electric Scooter and Electric Bicycle Batteries,” accessed January 12, 2024, https://www.london-fire.gov.uk/safety/lithium-batteries/the-dangers-of-electric-scooter-and-electric-bicycle-batteries/.Artigo publicado por Rudy no blog da Mouser Electronics: Personal Transportation and Consumer Challenges
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
